Kucie matrycowe

Kucie matrycowe jest jedną z najstarszych metod obróbki plastycznej odkuwek – znane jest ono naszej cywilizacji już od epoki brązu. W dzisiejszych czasach kucie matrycowe jest jednym z podstawowych sposobów kształtowania części maszyn i bardzo popularną technologią spotykaną praktycznie w każdej gałęzi przemysłu maszynowego, rolniczego, motoryzacyjnego, lotniczego, zbrojeniowego, budowlanego itd. Na całym świecie tylko odkuwek stalowych rocznie produkuje się ponad 30 tys. ton. Do tego dochodzą odkuwki wykonane ze stopów nieżelaznych, takich jak stopy magnezu, tytanu i aluminium.

Rozwój technologii kucia matrycowego w dzisiejszych czasach jest ukierunkowany przede wszystkim na zwiększenie ekonomiczności produkcji, przy jednoczesnym polepszeniu jakości wyrobów. Na szczególną uwagę zasługują badania dotyczące zwiększenia możliwości i efektywności kucia odkuwek ze stopów nieżelaznych dla przemysłu lotniczego i kosmicznego. Katedra Komputerowego Modelowania i Technologii Obróbki Plastycznej od wielu lat prowadzi intensywne badania w zakresie technologii kucia matrycowego – znaczące osiągnięcia uzyskano w wyniku prac badawczych realizowanych pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Andrzeja Gontarza.

Ważniejsze kierunki prowadzonych prac badawczych w Katedrze Komputerowego Modelowania i Technologii Obróbki Plastycznej:

• kucie matrycowe odkuwek w trójsuwakowej prasie kuźniczej (TPK), która została zaprojektowana i wykonana w ramach projektu badawczego;

• optymalizacja procesów kucia matrycowego pod kątem uzysku materiałowego;

• analiza numeryczna procesów kucia matrycowego odkuwek realizowanych w różnych maszynach kuźniczych, zarówno uniwersalnych jak i specjalnych;

• opracowywanie nowych technologii kucia matrycowego odkuwek wykonanych ze stali stopowych i stopów nieżelaznych, takich jak: stop tytanu (np. Ti-5Al-4V), stopy magnezu (np. AZ31, AZ61, AZ80, MA2) i stopy aluminium (np. z serii 2000, 6000).

Wybrane publikacje

  1. Weroński W.S., Gontarz A., Pater Z.: Analysis of the drop forging of a piston using Slip-Line Fields and FEM. International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 39, Issue 2, 1997, pp. 211-213 (tekst do pobrania).
  2. Gontarz A., Weroński W.S.: Kucie stopów aluminium. Aspekty technologiczne i teoretyczne procesu. Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej 2001, ISBN 83-88110-44-6.
  3. Samołyk G.: Nowa technika symulacji kucia matrycowego. Przegląd Mechaniczny, Nr 12/2003, s. 32-34 (pełny tekst).
  4. Gontarz A.: Comparative study of the flow characteristics of AlCu2SiMn alloy. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 138, Issues 1-3, 2003, pp. 156-162 (tekst do pobrania).
  5. Weroński W.S., Gontarz A.: Influence of deformation parameters on grain size of AlSi1Mg alloy in forging. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 138, Issues 1-3, 2003, pp. 196-200 (tekst do pobrania).
  6. Samołyk G., Pater Z.: Application of the slip-line field method to the analysis of die cavity filling. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 153-154, 2004, pp. 729-735 (tekst).
  7. Samołyk G., Pater Z.: Use of SLFET for design of flash gap with V-notched lands in a closed-die forging. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 162-163, 2005, pp. 558-563 (tekst).
  8. Samołyk G., Pater Z.: Rowek na wypływkę w kuciu matrycowym. Lublin: Lubelskie Towarzystwo Naukowe 2005, ISBN 83-87833-64-9 (pełny tekst).
  9. Weroński W.S., Gontarz A., Pater Z.: Wybrane zagadnienia z teorii i technologii kucia w prasie trójsuwakowej. Lublin: Lubelskie Towarzystwo Naukowe 2007, ISBN 978-83-87833-72-5.
  10. Gontarz A.: Forming process of valve drop forging with three cavities. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 177, Issues 1–3, 2006, pp. 228-232 (tekst).
  11. Weroński W.S., Gontarz A., Pater Z.: The research of forging process of eccentric part on three slide forging press. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 177, Issues 1-3, 2006, pp. 214-217 (tekst do pobrania).
  12. Tomczak J., Pater Z.: Numeryczna analiza procesu kucia stożkowych kół zębatych. Przegląd Mechaniczny, Nr 7-8/2011, s. 31-38 (pełny tekst).
  13. Tomczak J., Pater Z.: Analiza procesu kucia odkuwki piasty koła ze stopu AZ31 z przedkuwki kulistej. Rudy i Metale Nieżelazne, R. 58, Nr 4, 2013 (tekst do pobrania).

Wybrane patenty i zgłoszenia patentowe

  1. Gontarz A., Bogusz E., Pater Z., Weroński W.S., Brożek J., Szczepaniuk J.: Prasa, zwłaszcza do obustronnego kucia łbów wkrętów szynowych. Opis patentowy PL 206336, nr zgłoszenia 366496, 2004-03-22 (pełny tekst).
  2. Gontarz A., Pater Z., Weroński W.S., Brożek J., Szczepaniuk J.: Sposób wytwarzania wkrętów, zwłaszcza szynowych. Opis patentowy PL 208034, nr zgłoszenia 366500, 2004-03-22 (pełny tekst).

 

Realizowane lub zrealizowane projekty badawcze

 

   1.

 Badania procesów kształtowania objętościowego w uniwersalnej prasie trójsuwakowej

 

Rodzaj projektu:

Projekt badawczy finansowany ze środków MNiSW na naukę jako projekt nr 3T08A 024 26 w latach 2004-2006.

Słowa kluczowe:

Obróbka plastyczna metali, prasa trójsuwakowa, kucie, odkuwka, przedkuwka, modelowanie numeryczne, badania doświadczalne.

Cel projektu:

Skonstruowanie i zbudowanie prototypu uniwersalnej trójsuwakowej prasy kuźniczej oraz opracowanie podstaw teoretyczno-doświadczalnych procesów kształtowania w w/w prasie.

Ważniejsze wyniki:

Opracowanie podstaw procesów kształtowania  w prasie trójsuwakowej, w tym:

  1. klasyfikacja geometrii odkuwek i przedkuwek możliwych do kształtowania w prasie trójsuwakowej;
  2. wytyczne projektowania odkuwek i przedkuwek;
  3. wytyczne konstruowania narzędzi;
  4. określenie parametrów siłowo-energetycznych procesu.

Wyniki upowszechnione w formie monografii:

  1. Weroński W., Gontarz A., Pater Z.: Wybrane zagadnienia z teorii i technologii kucia w prasie trójsuwakowej. Lublin: Lubelskie Towarzystwo Naukowe 2007, ISBN 978-83-87833-72-5, s. 1-166.

   2.

 Uruchomienie nowego procesu kształtowania wkrętów z łbem prostokątnym

 

Rodzaj projektu:

Projekt celowy finansowany ze środków KBN jako projekt nr PB 2750/C T08-7/2000 w latach 2000-2003.

Słowa kluczowe:

Wkręty szynowe, kucie matrycowe, trójsuwakowa prasa kuźnicza, walcowanie poprzeczno-klinowe (WPK)..

Cel projektu:

Opracowanie i uruchomienie nowej technologii kształtowania plastycznego wkrętów szynowych.

Ważniejsze wyniki:

Nowa technologia polega na kuciu łbów w układzie podwójnym (rys. a) w trójsuwakowej prasie kuźniczej (zaprojektowanej i zbudowanej na potrzeby technologii - rys. b) oraz walcowaniu poprzeczno-klinowemu gwintu z jednoczesnym rozdzieleniem wyrobów (rys. c).

 
  rys. a rys. b rys. c
 

Uzyskane główne efekty ekonomiczne są następujące:

  1. poprawione zostały własności użytkowe, dzięki stożkowemu zakończeniu części gwintowej wkrętów;
  2. uzyskano dużą wydajność procesu wynoszącą 500 szt./godz., przy możliwości zwiększenia jej do 720 szt./godz. (wydajność starej technologii wynosi tylko 250 szt./godz.);
  3. wydajność operacji cięcia w porównaniu z technologią starą jest dwukrotnie wyższa, gdyż z jednego wsadu wykonywane są dwa wyroby;
  4. w operacji kucia przy jednym cyklu pracy agregatu kuźniczego kształtowane są dwa łby metodą bezwypływkową, podczas gdy w starym procesie technologicznym do kształtowania jednego łba konieczne są trzy operacje: spęczanie, kucie łba z wypływką oraz obcięcie wypływki;
  5. zbędna jest operacja okrawania wypływki; brak wypływki poprawia również wskaźnik zużycia materiału oraz własności wyrobu.

Wyniki upowszechnione w formie monografii:

  1. Gontarz A., Łukasik K., Pater Z., Weroński W.: Technologia kształtowania i modelowanie nowego procesu wytwarzania wkrętów szynowych. Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej 2003, ISBN 83-89246-41-4, s. 1-329.
  2. Weroński W., Gontarz A., Pater Z.: Some Aspects of New Forming Process of Screw Spike, Key Engineering Materials, Vol. 233-236, 2003, s. 407-412.
  3. Pater Z., Gontarz A. Weroński W.: New method of thread rolling. Journal of Material Processing Technology, Vol. 153-154C, 2004, s. 721-727.
  4. Gontarz A., Pater Z., Weroński W.: Head forging aspects of new forming process of screw spike. Journal of Material Processing Technology, Vol. 153-154C, 2004, s. 735-739.