Numerical Analysis of the Skew Rolling Process for Rail Axles

The paper describes a new method for producing stepped rail axles. The method is based on the skew rolling process. With this method, the product is formed by three tapered rolls located every 120° on the perimeter of the billet. Positioned askew to the centerline of the billet, the rolls rotate in the same direction and with the same velocity. At the same time, they get closer together or go apart depending on the desired cross sectional reduction of an axle step. In addition, the workpiece is shifted lengthwise relative to the rolls by the translational motion of the workpiece-holding chuck. In order to verify the designed method for producing rail axles, a series of numerical simulations were performed using the Simufact. Forming v.12 simulation software. The numerical modeling enabled the determination of maps of the effective strain and temperature in the finished product as well as variations in the loads and torques during rolling. The numerical results unambiguously confirm that the skew rolling method can be applied to form parts of considerable dimensions (the modeled axles had a length of 2146 mm and their maximum diameter was 202 mm).

W artykule opisano metodę wytwarzania stopniowanej osi wagonowej bazującą na procesie walcowania skośnego. W metodzie tej wyrób kształtowany jest za pomocą trzech rolek stożkowych, rozmieszczonych na obwodzie wsadu co 120°. Rolki te ustawione są skośnie względem osi wsadu, a w trakcie kształtowania obracają się z jednakową prędkością w tę sa-mą stronę oraz jednocześnie zsuwają lub rozsuwają się - w zależności od redukcji przekroju poprzecznego kształtowanego stopnia osi. Dodatkowo, wyrób kształtowany przesuwany jest wzdłużnie względem rolek, w wyniku ruchu postępowego uchwytu utwierdzającego jeden z jego końców. Sprawdzenia poprawności założonej koncepcji kształtowania osi wagonowej dokonano w drodze symulacji numerycznej wykonanej w programie Simufact. Forming v.12. W efekcie wykonanych obliczeń uzyskano mapy intensywności odkształcenia i temperatury w ukształtowanym wyrobie oraz wyznaczono przebiegi sił i momentów w trakcie walcowania. Jednoznacznie potwierdzono możliwość kształtowania wyrobów o dużych gabarytach (długość osi wynosi 2146 mm, a jej średnica maksymalna 202 mm) metodą walcowania skośnego.