Investigation of applying protective sheet metal die covers for hot forging dies on a cross-forging geometry
Investigation of applying protective sheet metal die covers for hot forging dies on a cross-forging geometry
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在交叉锻造几何形状上应用热锻模具保护性金属板模具盖的研究
DOI：
10.1007/s00170-018-03250-4
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
G. Hirt
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
J. Zottis;M. Wolfgarten;G. Hirt
提高模具寿命是闭式模锻面临的主要挑战和研究目标之一。在（Rosenstock等人，2015年）中首次提出的一种方法是使用廉价且易于更换的金属板模具盖，该模具盖在锻造过程中放置在模具表面上。通过使用这种覆盖物，可以减少模具磨损，因为机械和热负荷主要影响模具覆盖物而不是模具本身。数值和实验研究（Wolfgarten等人，2015; Yu等人，2016）已经证明了该概念的一般关键特征以及对锻模寿命的积极影响。然而，这些研究表明，该概念的适用性和相应的寿命的模具盖强烈依赖于所研究的模具和模具盖的几何形状。对于简单的2D模具盖几何形状，其中模具盖可以通过简单的弯曲操作生产，实现了七个锻造循环的最大模具盖寿命。由于这些几何形状提供低的结构稳定性，模具盖在锻造期间易于变形或折叠。因此，这项工作研究了复杂几何形状的模具盖的应用。为此，提出了一种3D模具盖几何形状，该几何形状提供了更高的结构稳定性和更少的关于锻造期间材料流动的挑战性接触条件。模盖成功地经历了40次锻造循环，没有可见的变形或折叠。关于热负荷，在锻模中测量的最高温度和温度幅度降低了40 °C。基于实验结果，建立了数值模拟模型，并验证了温度演变和锻造力。数值模型表明，通过应用模具盖，模具上的机械载荷显著降低。
Improving tool life is one of the main challenges and research objectives in closed-die forging. One approach, first proposed in (Rosenstock et al. 2015) uses an inexpensive and easy-to-exchange sheet metal die cover, which is placed on the die surface during forging. By using this cover, die wear can be reduced since mechanical and thermal loads mostly affect the die cover instead of the die itself. Numerical and experimental investigations (Wolfgarten et al. 2015; Yu et al. 2016) have proven the general key features of the concept and the positive impact on the lifetime of the forging die. However, these studies have shown that the applicability of the concept and the corresponding lifetime of the die cover are strongly dependent on the investigated die and die cover geometries. For simple 2D die cover geometries, where the die cover can be produced by a simple bending operation, the maximum die cover lifetime of seven forging cycles was achieved. Since these geometries offer low structural stability, the die covers are prone to deformation or folding during forging. Hence, this work investigates the application of die covers in complex geometries. For this purpose, a 3D die cover geometry was proposed that offers higher structural stability and less challenging contact conditions regarding the material flow during forging. The die cover successfully experienced 40 forging cycles without visible distortions or folds. Regarding the thermal loads, the maximum temperature and the temperature amplitude measured in the forging die were reduced by 40 °C. Based on the experimental results, a numerical simulation model was built and validated regarding the temperature evolution and forging forces. The numerical model indicates a significant reduction in the mechanical loads on the dies through the application of the die cover.
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