Wykorzystanie wyników symulacji numerycznych do analizy przemysłowego procesu kucia haka holowniczego

Artykuł prezentuje wyniki modelowania numerycznego wieloetapowego procesu kucia haka holowniczego prowadzonego w matrycach otwartych na gorąco na linii kuźniczej wykorzystującej młoty parowo-powietrzne. Celem prowadzonych badań jest analiza przemysłowego procesu wytwarzania pozwalająca przede wszystkim na określenie parametrów/ wielkości, które trudno wyznaczyć bezpośrednio w procesie lub w sposób doświadczalny, a dla których wyznaczone i następnie wprowadzone w modelowaniu ich zmiany mogą wpłynąć na poprawę aktualnie realizowanej technologii.

W ostatnich latach nastąpił zauważalny wzrost produkcji elementów dla przemysłu automotive. Powoduje to, że wciąż poszukuje się nowych energooszczędnych i przyjaznych środowisku technologii wytwarzania podzespołów samochodowych, m.in.: korbowodów, kół zębatych, przekładni ślimakowych, turbin, przegubów homokinetycznych, a także dodatkowych komponentów samochodowych, jak np. haki holownicze. Te ostatnie są często dodatkowym i niezastąpionym elementem wyposażenia pojazdu, dzięki któremu możliwe są transport ładunku na przyczepie lub holowanie innego pojazdu [6, 10]. Obecnie w produkcji wielkoseryjnej stosuje się metodę wielozabiegowego kucia haka na gorąco pod młotami poprzez operacje kucia matrycowego. Jako elementy bezpieczeństwa od haków otrzymywanych z odkuwek wymaga się dobrych właściwości wytrzymałościowych, dokładności wymiarowych, odpowiedniej wielkości ziarna, nieodwęglania i przebiegu włókien [5, 9, 11].

Duża liczba czynników wpływających na poprawność przemysłowych procesów kucia, w szczególności wieloetapowych, złożonych i często bardzo dynamicznych technologii wytwarzania (odkształcenie podczas jednej operacji kucia trwa około 0,2 s), a także ich wzajemne oddziaływanie powodują, że tego typu procesy są trudne do analizy [1, 2, 8, 12]. Wiele z głównych parametrów technologicznych procesu jest trudnych lub niemożliwych do określenia. Dodatkowo procesy kucia są nadal często realizowane przez człowieka, co powoduje, że czynnik ludzki odgrywa niebagatelną rolę. Z tego też powodu w celu projektowania, analizy i optymalizacji całego procesu kucia wykorzystuje się szereg narzędzi CAD/CAM/CAE oraz opartych najczęściej na metodach numerycznych bazujących na MES [3, 4, 7].

Celem pracy jest opracowanie poprawnego modelu numerycznego wielozabiegowego procesu kucia haka holowniczego. Posłuży on do analizy i ewentualnej poprawy obecnego procesu wytwarzania, a także zoptymalizowania zbliżonych procesów wytwarzania tego typu odkuwek pod młotami.

Przedmiot i metodyka badań

W pracy analizie poddano hak holowniczy przedstawiony na rys. 1a oraz gotową odkuwkę haka po okrawaniu (rys. 1b). Najważniejsze dane specyfikacji technicznej wybranego do analizy haka to jego masa. Nie powinna ona przekroczyć 3 kg. Wytrzymałość na działanie siły pionowej na głowę zamontowanego haka powinna wynosić w zakresie do 150 kg, a wytrzymałość na wyginanie/pęknięcie haka w przypadku przyłożenia poziomej siły pociągowej do 3500 kg. Wszystko to sprawia, że jedyną technologią, która predysponuje takie właściwości, jest obróbka plastyczna poprzez kucie matrycowe.

Galeria

Zobacz więcej