Analysis of the impact of forging and trimming tools wear on the dimension-shape precision of forgings obtained in the process of manufacturing components for the automotive industry

The study presents the results of an analysis of the manufacturing process of a yoke-type forging for automotive industry with the use of numerical modelling and 3D scanning techniques, taking into account the gradual wear of both forging tools and trimming to determine the mutual impact of their operation on the dimensional accuracy of the forgings. The performed analysis included the 4 variants which are that have the most common place in the industrial process that is, for a combination of new and partly worn out die inserts (used during hot forging) and new and partly used cutting tools used for cold trimming. The first stage involved modelling of a hot die forging process. Next, the obtained results were implemented into second modelling stage, which involved a simulation of a cold trimming process of a flash, with the use of the normalized Cockcroft-Latham fracture criterion, with the consideration of eliminating the removed elements, for which the cracking value has been exceeded. The obtained results was verified by means of a case study under industrial conditions for the least favourable operating conditions of both types of tools and their impact on the dimension-shape precision of the forgings. These results allowed for a more complete analysis of the trimming process for a variety of operating conditions and the confirmation of the correctness of carried out numerical modelling, and thus the possibility of its use in combination with scanning technique to computer-aided manufacturing processes. The proposed solution allows the selection of optimum conditions for implementation of the processes of forging and trimming because of their use to provide the required net shape forgings.

W pracy przedstawiono wyniki analizy procesu wytwarzania odkuwki typu rozwidlonego dla przemysłu motoryzacyjnego z wykorzystaniem modelowania numerycznego oraz technik skanowania 3D przy uwzględnieniu sukcesywnego zużywania się zarówno narzędzi do kucia, jak i do okrawania w celu określenia wzajemnego wpływu ich eksploatacji na dokładność wymiarową odkuwek. Przeprowadzona analiza obejmowała 4 warianty najczęściej występujące w procesie przemysłowym, czyli dla kombinacji nowych i częściowo wyeksploatowanych wkładek matrycowych (stosowanych podczas kucia na gorąco) oraz nowych i częściowo zużytych narzędzi okrojczych wykorzystywanych do okrawania na zimno. W pierwszym etapie zamodelowano proces kucia matrycowego na gorąco. Następnie uzyskane wyniki zaimplementowano do drugiego etapu modelowania, w którym zasymulowano proces okrawania na zimno wypływki przy zastosowaniu znormalizowanego kryterium pękania Cockcrofta-Lathama z uwzględnieniem eliminacji elementów, dla których została przekroczona wartość pękania. Uzyskane wyniki zostały zweryfikowane za pomocą studium przypadku w warunkach przemysłowych dla najmniej korzystnych warunków eksploatacji obu rodzajów narzędzi oraz ich wpływu na dokładność wymiarowo-kształtową odkuwki. Uzyskane wyniki pozwoliły na pełniejszą analizę procesu okrawania dla różnych warunków eksploatacyjnych oraz potwierdzenie poprawności przeprowadzonego modelowania numerycznego, a tym samym możliwości jego wykorzystania do komputerowego wspomagania procesów wytwarzania. Zaproponowane rozwiązanie pozwala na wybór optymalnych warunków realizacji procesów kucia i okrawania ze względu na ich eksploatację w celu zapewnienia wymaganej dokładności wymiarowo-kształtowej odkuwek.