Possibilities of investigating abrasive wear in conditions close to those prevailing in industrial forging processes

This paper presents aTriboForge – a prototype test stand for investigating abrasive wear, which unlike conventional tribometers, makes it possible to study wear under high pressures (500 MPa), i.e. in conditions close to those prevailing in industrial forging processes. The idea behind the designed and constructed prototype test stand was to most accurately reproduce the phenomena and processes acting on the surface layer of forging tools during their contact with the material being deformed. Preliminary tests were carried out on a tool material/selected forged material combination. A rotating disc made of tool steel (WCL) and a rectangular counter-sample made of the forged material (QS19-20), pressed against the disc constituted the friction pair. Thanks to a special control-measuring system integrated with the test stand it is possible to measure in real time several major parameters, such as: temperature distribution, the rotational speed of the sample, the pressure exerted by the counter-sample, the amount of wear, the sliding distance and changes in the friction coefficient value. The friction pairs would work for a fixed time of 4 hours at a constant counter-sample pressure of 10 kN (which for an average contact area amounted to about 220 MPa) at an average speed of 5 rpm (1 full rotation took about 12 s). Assuming that the key parameters describing abrasive wear are sliding distance and pressure per unit area, it has been shown that the magnitude of wear (material loss) depending on the cycle length is close to that in the actual industrial forging process. This proves the suitability of the test stand for the comprehensive analysis of the abrasive wear of forging dies.

W pracy autorzy przedstawili prototypowe stanowisko do badania zużycia ściernego – TriboForge, które w odróżnieniu od klasycznych tribometrów pozwala na analizę zużycia w warunkachwysokich nacisków (500 MPa), czyli w warunkach zbliżonych do panujących w przemysłowych procesach kucia. Koncepcją zaprojektowanego i zbudowanego prototypowego stanowiska jest jak najdokładniejsze odwzorowanie zjawisk i procesów oddziałujących na warstwę wierzchnią narzędzi kuźniczych w kontakcie z odkształcanym materiałem odkuwki. Autorzy przeprowadzili wstępne badania dla skojarzenia: materiał narzędziowy i wybrany materiał odkuwki. Parę trącą stanowiły: obracający się krążek wykonany ze stali narzędziowej (WCL) oraz dociskana do niego próbka prostokątna z materiału odkuwki (QS19-20). Dzięki specjalnemu systemowi sterująco-pomiarowemu zintegrowanemu ze stanowiskiem możliwy jestpomiar on-line wielu istotnychparametrów(rozkładu temperatury, prędkości obrotowej próbki, siłydocisku przeciwpróbki, wielkości zużycia, drogi tarcia oraz zmianywartości współczynnika tarcia). Skojarzone próbki pracowały przez ustalony wcześniej czas 4 h przy docisku (stałą siłą około 10 kN, co przy średniej wielkości pola kontaktu wynosiło około 220 MPa), ze średnią prędkością obrotową 5obr/min (1 pełny obrót wynosił około 12 s). Przy założeniu, że najważniejszymi parametrami opisującymi zużycie ścierne są droga tarcia oraz nacisk jednostkowy wykazano, że wielkość zużycia (ubytku materiału) w zależności od długość cyklu jest zbliżonado procesu przemysłowego. Potwierdzato przydatność opracowanego stanowiska badawczego do kompleksowej analizy zużycia ściernego matryc kuźniczych.