Enhancing the energy efficiency of the combined forging operations of upsetting and drawing out

Abstract

The study investigates the influence of upsetting and drawing out forging parameters on the quality of hook forging and the energy efficiency of these processes. The quality indicators of forged hooks include uneven strain distribution, which leads to a non-uniform distribution of the mechanical properties of the product. The forging technology of hooks was analyzed, and it was determined that the main technological forging operations causing uneven deformation distribution are the sequential upsetting and drawing out processes. Since the influence of specific parameters of these operations remains insufficiently studied, this research was conducted to compare and determine the effect of upsetting and drawing out parameters when performed sequentially in order to improve the mechanical properties of forged hook metal. The modeling was carried out using the QForm engineering software package. To study the distribution of the mechanical properties of the metal, a method for assessing deformation non-uniformity in the cross-section of the forging was applied. Indicators of plastic deformation were considered in one section along the height for upsetting and in one section along the length for drawing out. Additionally, graphs of the deformation non-uniformity coefficient distribution during upsetting and drawing out of the billets were constructed. It was determined that the optimal shape factor for upsetting is h/D = 2. In this case, deformation non-uniformity is reduced by 60%. For drawing out with prior upsetting, the optimal shape factor is also h/D=2 with a strain degree of ℇ=20%. The analysis showed that deformation non-uniformity is reduced by 54%. Additionally, the energy efficiency of the processes was analyzed: with h/D=2, energy consumption during upsetting is reduced by 20–25%, and for drawing with h/D=2 and ℇ=20%, the third pass (2.838 MN) is the least energy-intensive, providing an energy saving of 25–30%.

Studiul investighează influența parametrilor de deformare și extragere asupra calității forjarii cu cârlig și a eficienței energetice a acestor procese. Indicatorii de calitate ai cârligelor forjate includ distribuția neuniformă a tensiunii, ceea ce duce la o distribuție neuniformă a proprietăților mecanice ale produsului. A fost analizată tehnologia de forjare a cârligelor și s-a stabilit că principalele operațiuni tehnologice de forjare care provoacă distribuția neuniformă a deformărilor sunt procesele secvenţiale de răsturnare și extragere. Întrucât influența parametrilor specifici ai acestor operații rămâne insuficient studiată, această cercetare a fost efectuată pentru a compara și determina efectul bulversării și extragerii parametrilor atunci când sunt efectuate secvențial pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice ale metalului de cârlig forjat. Modelarea a fost realizată folosind pachetul software de inginerie QForm. Pentru a studia distribuția proprietăților mecanice ale metalului s-a aplicat o metodă de evaluare a neuniformității deformației în secțiunea transversală a forjarii. Indicatorii deformarii plastice au fost luați în considerare într-o secțiune de-a lungul înălțimii pentru răsturnare și într-o secțiune de-a lungul lungimii pentru extragere. În plus, au fost construite grafice ale distribuției coeficientului de neuniformitate de deformare în timpul răsturnării și extragerii țaglelor. S-a determinat că factorul de formă optim pentru răsturnare este h/D = 2. În acest caz, neuniformitatea deformației este redusă cu 60%. Pentru tragerea cu deformare prealabilă, factorul de formă optim este, de asemenea, h/D=2 cu un grad de deformare de ℇ=20%. Analiza a arătat că neuniformitatea deformației este redusă cu 54%. În plus, a fost analizată și eficiența energetică a proceselor: cu h/D=2, consumul de energie în timpul bulversării este redus cu 20–25%, iar pentru desen cu h/D=2 și ℇ=20%, a treia trecere (2,838 MN) este cea mai puțin consumatoare de energie, oferind o economie de energie de 25–30%.

В работе проведено исследование влияния параметров кузнечных операций осадки и протяжки на качество ковки крюков с повышением энергоэффективности этих процессов. К показателям качества кованых крюков относятся неравномерное распределение деформации, которое обуславливает неравномерное распределение показателей механических свойств изделия. Рассмотрена технология ковки крюков и установлено, что основными технологическими кузнечными операциями, вызывающими неравномерное распределение деформации, являются последовательное выполнение операций осадки и протяжки. При этом влияние конкретных параметров этих операций до сих пор недостаточно изучено. С целью улучшения механических свойств металла кованых крюков проведено исследование для сравнения и определения влияния параметров кузнечных операций осадки и протяжки при их последовательном выполнении. Моделирование выполнено с применением инженерного программного комплекса Qform. Для исследования распределения механических свойств металла использован метод оценки неравномерности деформации металла в сечении поковки. В исследовании приведены параметры моделирования осадки и протяжки. Результаты анализа моделирования рассмотрены в поперечных сечениях поковки на конечной стадии процесса осадки и после третьего прохода процесса протяжки. Были проанализированы показатели пластической деформации в одном сечении по высоте для осадки и в одном сечении по длине для протяжки. Также построены графики распределения коэффициента неравномерности деформации при осадке и протяжке заготовок. Установлено, что для осадки оптимальным вариантом является коэффициент формы с отношением h/D=2. В этом случае неравномерность деформации снижается на 60 %. Для протяжки с предварительной осадкой оптимальным вариантом является коэффициент формы со значением h/D=2 и степенью деформации ε=20 %. Анализ показал, что неравномерность деформации уменьшается на 54 %. Также проведена оценка для повышения энергоэффективности процессов осадки, где энергопотребление при отношении h/D=2 снижается на 20–25 %, и протяжки, где режим h/D=2, ε=20 % является наименее нагруженным на третьем проходе (2,838 МН), что обеспечивает экономию энергии на 25–30 %.