Numerical and Experimental Investigation of Cold orBital Forging of a 16MnCr5 Alloy Spur Bevel Gear

محورهای موضوعی : فصلنامه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک

سعید بهشتیان مسگران ¹ , محمد علی صادقی ²

1 - کارشناس ارشد مکانیک ساخت و تولید، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مشهد، باشگاه پژوهشگران جوان، مشهد، ایران.
2 - استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.

تاریخ دریافت : 1394/07/08 تاریخ پذیرش : 1394/07/08 تاریخ انتشار : 1390/10/01

کلید واژه: Finite Element, Orbital forging, Conventional Forging, Bevel gear, Microstructure,

چکیده مقاله :

The purpose of this research is to analyze the forging of bevel gears based on conventional forging method with material number 1.7131 with finite element method by means of SUPER FORGE software and to compare it with experimental cold orbital forging results.After doing simulation of conventional forging and obtaining press tonnage due to orbital forging method with DEFORM software, orbital forging dies are produced. Since bevel gears production based on conventional forging has three pre-form steps, so the forging process should be applied on the basis of hot forge. But in orbital forging process, bevel gear is produced in only one step which is cold forge. Finally, a comparison is done between microstructure of bevel gear which is produced by orbital forging and a bevel gear that is constructed through machining method and dies. Results obtained showed that the method of pieces production just before applying the heat treatment process have a high effectiveness on the microstructure. In orbital forging the tonnage of the levels are lower than conventional forging method and the capability of filling the mold’s cavity of raw materials in orbital forging is more than conventional forging method. The geometry of the billet have more affect on filling the mold’s cavity.

چکیده انگلیسی:

هدف از این تحقیق، تحلیل و بررسی فرایند آهنگری مرسوم چرخ‌دنده مخروطی با شماره مواد 7131/1 به روش المان محدود به کمک نرم‌افزار (SUPER FORGE) و مقایسه آن با آهنگری سرد دورانی بر اساس آزمایش‌های عملی است. بعد از انجام شبیه‌سازی بر روی آهنگری مرسوم و به‌دست آوردن تناژ پرس در روش آهنگری دورانی توسط نرم‌افزار DEFORM ، قالب­های آهنگری اوربیتال ساخته شد. از آنجایی که تولید چرخدنده مخروطی به روش آهنگری مرسوم دارای سه مرحله پیش فرم است، پس فرایند آهنگری بایستی به روش آهنگری داغ صورت گیرد. اما در فرایند آهنگری اوربیتال، چرخ‌دنده مخروطی تنها در یک مرحله و به صورت آهنگری سرد تولید می­شود. در انتها، ریز ساختار چرخ‌دنده­های تولید شده به روشهای آهنگری اوربیتال و ماشینکاری و ریز ساختار قالبها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل بیانگر این است که روش تولید قطعات قبل از انجام عملیات حرارتی تأثیر به‌سزایی بر ریز ساختار دارد. در آهنگری دورانی، میزان تناژ پرس به مراتب کمتر از تناژ در آهنگری مرسوم است و قدرت پرکنندگی حفره قالب از مواد خام در آهنگری دورانی به مراتب بیشتر از آهنگری مرسوم است. هندسه بیلت تأثیر به‌سزایی در پر کردن حفره قالب دارد.

منابع و مأخذ:

]1[ بیگلری ف.، صادقی م.، طراحی قالب­های فورج، چاپ اول، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تابستان 1386.

 [2]  Johnson J.H., Kiepur R.T., Metale HanbookNinth Edition Vol. 14 Forming and Forging , ASM International, 1993.

 [3]  Song J.H., Im Y.T., Process Design For Closed-Die Forging of Bevel Gear by Finite Element Analyses,Journal of Materials Processing Technology, Vol. 193, 2007, pp. 1-7.

 [4]  Cho J.R., Kang W.J., Distortions Induced by Heat Treatment of Automotive Bevel Gear, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 154, 2004, pp. 476-481.

 [5]  Bramley A.N., and D. J. Mynors, The Use of Forging Simulation Tools, Materials and Design, Vol. 21, 2000, pp. 279-286.

 [6]  Bariani P.F., Bruschi S., and Nergro T.D., Integrating Physical and Numerical Simulation Techniques to Design the Hot forging Process of Stainless Steel Turbine Blades, International Journal of Machine Tool & Manufacture, Vol. 44, 2004, pp. 945-951.

 [7]  Cheng L.V., Zhang L., Zhengiun M.U., Qingan T., and Quying Z., 3DFEM Simulation of the Multi- Stage Forging Process of a Gas Turbine Compressor Blade, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 198, 2008, pp 463- 470.

 [8]  Choi S.K., Chun M.S.,  Van Tyne  C.J., Moon Y.H., Optimization of Open Die Forging of Round Shapes Using FEM Analysis, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 172, 2006, pp. 88-95.

 [9]  Liu J., Cuia Z., Hot forging process design and parameters determination of magnesium alloy AZ31B spur bevel gear, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 209, 2009, pp. 5871-5880.

[10]  Deng X., Hua L., Han X., Song Y., Numerical and experimental investigation of cold rotary forging of a 20CrMnTi alloy spur bevel gear, Materials and Design, Vol. 32, 2011, pp. 1376-1389.