Analiza numeryczna procesu kucia matrycowego elementu typu dźwignia

Kucie matrycowe jest jedną z najstarszych metod obróbki plastycznej odkuwek. Technologia ta jest jednym z podstawowych sposobów kształtowania części maszyn i jest wykorzystywana w niemal każdej gałęzi przemysłu maszynowego, lotniczego, zbrojeniowego, motoryzacyjnego, rolniczego czy budowlanego. Z odkuwek wykonuje się najbardziej odpowiedzialne części maszyn. Jest to spowodowane licznymi zaletami tego procesu, do których należą: wysoka dokładność, możliwość odkuwania przedmiotów o skomplikowanych kształtach czy możliwość stosowania mniejszych naddatków technologicznych. W produkcji światowej najwięcej wytwarza się odkuwek stalowych, jednakże wzrasta ilość odkuwek wykonywanych ze stopów metali nieżelaznych, takich jak stopy magnezu, tytanu i aluminium. W artykule przedstawiono analizę teoretyczną oraz numeryczną procesu kucia matrycowego na przykładzie kształtowania odkuwki dźwigni. W pierwszej części opisano proces kucia matrycowego oraz przykłady jego szerokiego zastosowania w przemyśle. W kolejnej wykonano rysunki wsadu, matryc dolnej i górnej oraz odkuwki, wykorzystując oprogramowanie Solid Egde. Do wykonania elementu odkuwanego użyto łatwej w obróbce stali niestopowej jakościowej C45. Obliczenia przeprowadzono w oparciu o metodę elementów skończonych (MES), przy użyciu oprogramowania DEFORM 3D. Zastosowano siłę nacisku prasy wynoszącą 10000 kN oraz współczynnik tarcia równy 0,1. Następnie zaprezentowano wyniki symulacji przeprowadzonej w warunkach przestrzennego stanu odkształcenia, które umożliwiły wyznaczenie rozkładów intensywności odkształceń, naprężeń, temperatury oraz zniszczeń. Na ich podstawie stwierdzono poprawny dobór parametrów geometrycznych modelu oraz właściwy przebieg procesu, w którym nie zaobserwowano żadnych niewłaściwych deformacji lub pęknięć materiału.

Die forging is one of the oldest methods of forming forgings. This technology is one of the basic ways of shaping machine parts and is used in almost every branch of mechanical engineering, aerospace, defense, automotive and construction industries. The most responsible parts of machines are made from forgings. It is caused by many advantages of this process, which include: high accuracy, ability to forge objects with complex shapes and the possibility of using fewer technological allowances. Steel forgings are the most popular produced elements in the world production, but the number of forgings made from non-ferrous alloys such as magnesium, titanium and aluminum alloys increase. In this paper, theoretical and numerical analysis of die forging was presented on example of forming of lever forging. In first part die forging procces and examples of their wide use in industry was described. In the next part drawings of the charge, the upper and lower dies and forgings were made, using Solid Edge . Material used to make forging element was carbon quality steel C45. Calculations were based on the finite element method (FEM) using DEFORM 3D. Press force of 10,000 kN and the coefficient of friction equal 0.1 were applied. Then, results of simulations, made in conditions of three dimensional state of strain were presented, allowed for determining distributions of strain intensity, stress, temperature and damage. On the basis of them, it was found that selection of parameters and course of process was appropriate, which influenced by many factors, including the selection of the respective radii of rounding the forging, which prevented the appearance of cracks in the first steps of the process.