Prediction of fracture onset in flashless warm forging Mg alloy AZ61

The paper presents an innovative precision forging process, highlighting the use of advanced simulation of net forging process in multiple-tool die set with consideration of counter-pressure and interaction of components so as to control speed and displacement of metal flow. In addition to the use of finite element method in optimization of process conditions, damage criteria have been formulated to investigate the effect on plasticity and tendency of formation of defects and define process conditions which contribute to cracking occurrence in warm forging of magnesium alloy AZ61. Both forged samples and numerical simulation prediction indicate minimization of cracking hazard in lower work-temperature range at relatively high strain rate by employing counter-pressure imposing hydrostatic component into state of stress.

Praca dotyczy analizy wpływu zastosowania przeciwnacisku w procesie kucia dokładnego przy zastosowaniu bezwypływkowej metody opartej na równowadze ciśnień. Przedstawiona koncepcja narzędzi do kucia dokładnego metodą bezwypływkową jest innowacyjnym rozwiązaniem, które nie jest jeszcze dobrze rozeznane, zwłaszcza w zakresie optymalnego doboru parametrów kinematycznych procesu. Odpowiednia konstrukcja matryc z ruchomymi wkładkami oraz dobór prędkości poszczególnych narzędzi, jak również wartości przeciwnacisków wywieranych przez elementy matryc składanych zapewniają zwiększenie plastyczności materiału, umożliwiając kucie bezwypływkowe w jednej operacji kucia. Pozwala to wytwarzać odkuwki porównywalne do kształtów uzyskiwanych na urządzeniach wielooperacyjnych typu Hatebur, eliminując obróbkę skrawaniem do niezbędnego minimum. Zapewniając poprawę plastyczności, umożliwia również kształtowanie materiałów trudnoodkształcalnych, takich jak stopy magnezu. Przedstawione wyniki kucia stopu magnezu potwierdzają możliwości wykorzystania tej techniki do kucia odkuwki cienkościennej ze stopu AZ61 w zakresie temperatur przeróbki na ciepło oraz jednoczesnych dużych prędkościach odkształcania. Powodzenie kucia bezwypływkowego w układzie wielonarzędziowym, w przeciwieństwie do typowych procesów kucia bezwypływkowego nie zależy tylko od dokładnego doboru masy wsadu do kucia. Aby zapewnić optymalny schemat płynięcia metalu, prędkości narzędzi, wartość nacisków i przeciwnacisków kompensatora oraz jego położenie muszą być ściśle określone i kontrolowane w całym cyklu odkształcania. Stąd przedstawiona technika kucia, wymaga dokładnego sterowania parametrami procesu kucia. Z uwagi na obiektywne trudności kontrolno-pomiarowe, optymalizacja procesu w oparciu o próby fizyczne jest trudna. Zastosowanie technik komputerowych umożliwia analizę powiązań ciśnienia podtrzymującego kompensator ze zmianami plastyczności oraz zapewnia informacje poznawcze dotyczące wpływu przeciwnacisku na rozkład naprężeń i stanu naprężeń, pozwalając tym samym na parametryzację zmiennych procesowych. Jednocześnie, analiza numeryczna w programie QFormVX, umożliwiła powiązanie warunków procesowych z prognozowaniem ryzyka powstawania pęknięć w oparciu o kryteria Cockcrofta-Lathama i Freudenthala, które potwierdziły zasadność założeń konstrukcyjnych, wskazując zakresy najkorzystniejszych wartości przeciwnacisków.