Finite element analysis of enclosed die forging of axisymmetric parts

Abstract

Tez çalışmasında eksenel simetrik parçaların tam kapalı kalıpta dövme işleminin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi yapılmıştır. Tam kapalı kalıp dövme işleminin kesin davranışının tahmini giderek önem kazanmaktadır ve gerekli yükü ve tüketilen enerjiyi azaltmak için proses tasarımını optimize de önemlidir. Bu çalışmada, H-şekilli parça için dövme yükü ve metal akışının çeşitli zımba/karşı zımba hareketleri ve çeşitli önşekiller kullanılarak değerlendirilmesi sunulmuştur. Sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanılarak, iki tip önşekil için farklı sürtünme koşullarında, tek yönlü ve iki yönlü dövme koşulları (basma ve ekstrüzyon şekil değiştirme modu); dövme yükü, şekil değiştirme enerjisi ve metal akışı açısından karşılaştırılmıştır. Dövme yükü ve enerjisi üzerindeki; yanak açısının ve göbek kalınlığının H-şekilli parça üzerindeki etkileri de gösterilmiştir. Deneysel çalışma, doğrulama için bir modelleme malzemesi (oyun hamuru) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, kalıp köşe boşluğunun doldurulmasının gerçekleştiği dövmenin son aşamasında dövme yükünün asimptotik olarak arttığını göstermektedir. Maksimum dövme yükü, iki yönlü-iki aşamalı basma (bölünmüş akış) kullanılarak önemli ölçüde azaltılmıştır, bu nedenle servo tahrikli preslerin kullanımı çok etkilidir. H-şeklinin iki yönlü dövülmesindeki malzeme akışı simetrik iken, tek yönlü dövme de malzeme akışı simetrik değildir. Düzgün olmayan malzeme akışı şekil değiştirme direncini ve sürtünme yükünü arttırır.Anahtar Kelimeler: SEM, kapalı kalıpta dövme, bölünmüş akış, iki yönlü basma

In this thesis, the finite element analysis of enclosed die forging of axisymmetric parts is studied. Prediction of the exact behavior of enclosed die forging process is becoming increasingly essential and it also important to optimize the process design to reduce the required load and consumed energy. In this study, evaluation of forging load and metal flow for H-shape part by using various punch/counter-punch movements and various preforms are presented. By using a finite element analysis (FEA), uni-directional forging and bi-directional loading conditions for two types of preforms (upset and extrusion mode of deformation) are compared in terms of forging load, deformation energy and metal flow under different friction conditions. The effects of rib angle and hub thickness of H-shape forgings on the forging load and energy are also shown. The experimental work is carried out by using a modeling material (plasticine) for verification. The results show that the forging load asymptotically increases at the final stage of the forging where the corner filling of the die cavity. The maximum forging load is considerably reduced by using the bi-directional step loading (divided flow), therefore, the usage of servo-driven presses are very effective. The material flow in bi-directional forging of the H-shape is symmetrical while the flow in uni-directional forging is non-symmetrical. The non-uniform material flow increasing the deformation resistance and friction load. Key Words: FEM, enclosed die forging, divided flow, bi-directional loading