Numerical And Experimental Study On Producing Aluminum Alloy 6061 Shafts By Cross Wedge Rolling Using A Universal Rolling Mill

The paper presents a selection of numerical and theoretical results of the cross wedge rolling process for producing stepped shafts made of aluminum alloy 6061. The numerical modeling was performed using the FEM-based Simufact Forming simulation software. In the simulations, we examined the kinematics of metal flow and determined the distribution patterns of effective strains, temperatures, axial stresses and the Cockroft-Latham damage criterion. Variations in the rolling forces were determined, too. The numerical results were verified experimentally using a universal rolling mill designed and constructed by the present authors. This machine can be used to perform such processes as cross wedge rolling, longitudinal rolling and round bar cropping. During the experiments, we examined process stability and finished product geometry and recorded the torques. The experimental results confirm that axisymmetric aluminum alloy shafts can be produced by cross wedge rolling with two rolls. Last but not least, the experiments served to evaluate the technological potential of the rolling mill used.

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań teoretyczno – doświadczalnych procesu walcowania poprzeczno – klinowego odkuwki wałka stopniowanego ze stopu aluminium w gatunku 6061. Analizę teoretyczną przeprowadzono w programie Simufact Forming, bazującym na metodzie elementów skończonych. W trakcie symulacji analizowano kinematykę płynięcia materiału, wyznaczono rozkłady intensywności odkształcenia, temperatury, naprężeń w kierunku osiowym oraz kryterium zniszczenia wg Cockrofta Lathama. Ponadto określono parametry siłowe podczas walcowania. Weryfikacji doświadczalnej wyników modelowania numerycznego procesu walcowania dokonano w uniwersalnej walcarce kuźniczej, która stanowi własna konstrukcję. Zastosowana walcarka umożliwia realizacje takich procesów jak: walcowanie poprzeczno-klinowe, walcowanie kuźnicze wzdłużne oraz dzielenie bezodpadowe. Podczas eksperymentu analizowano stabilność procesu, geometrie ukształtowanych odkuwek oraz rejestrowano wartość momentów obrotowych. Uzyskane wyniki prowadzonych badań potwierdziły możliwość kształtowania osiowosymetrycznych odkuwek ze stopów aluminium metodą WPK dwoma walcami. W trakcie eksperymentu określono również możliwości technologiczne walcarki.