PL247368B1

PL247368B1 - Method of hammer forging of magnesium alloy forgings, especially stabilizer link

Info

Publication number: PL247368B1
Application number: PL441962A
Authority: PL
Inventors: Anna Dziubińska; Wojciech Presz
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2025-06-16
Also published as: PL441962A1

Abstract

Sposób kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu, w szczególności łącznika stabilizatora charakteryzujący się tym, że stempel górny (1) i matrycę dolną (2) nagrzewa się w piecu do temperatur od 260°C do 300°C i montuje się na młocie, po czym materiał wsadowy (3a) w postaci odlewu kształtowego z odlewniczych stopów magnezu z grupy magnez-cynk-cyrkon nagrzewa się w piecu temperaturze od 350°C do 400°C w czasie od 30 minut do 35 minut, po czym materiał wsadowy (3a) umieszcza się w wykroju (2a) matrycy dolnej (2), ściska się na młocie materiał wsadowy (3a) stemplem górnym (1) wprawionym w ruch postępowy z prędkością V<sub>1</sub> wynoszącą od 8 do 10 m/s z maksymalną energią uderzenia w zakresie od 37,93 do 48,62 kJ i kształtuje się odkuwkę (3b) z maksymalnym odkształceniem w zakresie od 4,5 do 7,1.A method of hammer forging of a magnesium alloy forging, in particular a stabilizer connector, characterized in that the upper punch (1) and the lower die (2) are heated in a furnace to temperatures from 260°C to 300°C and mounted on the hammer, after which the charge material (3a) in the form of a shaped casting of magnesium alloys from the magnesium-zinc-zirconium group is heated in a furnace to a temperature from 350°C to 400°C for 30 to 35 minutes, after which the charge material (3a) is placed in the cavity (2a) of the lower die (2), the charge material (3a) is compressed on the hammer with the upper punch (1) set in translational motion at a speed V<sub>1</sub> of 8 to 10 m/s with a maximum impact energy in the range of 37.93 to 48.62 kJ and a forging (3b) is formed with a maximum deformation in the range of 4.5 to 7.1.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu, w szczególności łącznika stabilizatora.The subject of the invention is a method of hammer forging a forging made of magnesium alloys, in particular a stabilizer link.

Dotychczas znane i stosowane są metody wytwarzania łączników z odlewniczych stopów magnezu z grupy magnez-cynk-cyrkon takie jak odlewanie i obróbka skrawaniem.So far, the methods known and used for manufacturing connectors from cast magnesium alloys from the magnesium-zinc-zirconium group include casting and machining.

Wykonując łączniki ze stopów magnezu technologią odlewania otrzymuje się wyroby, które posiadają znacznie niższe własności mechaniczne i użytkowe niż elementy uzyskane metodami obróbki plastycznej przedstawione w literaturze F. Stachowicza „Przeróbka plastyczna”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2000 r. Łączniki odlewane posiadają wady odlewnicze takie jak: niejednorodność struktury, gruboziarnistość, pęcherze, porowatości, jamy skurczowe, rzadzizny, które wpływają na ich niższe właściwości.When manufacturing connectors from magnesium alloys using casting technology, products are obtained which have significantly lower mechanical and functional properties than elements obtained by plastic processing methods presented in the literature by F. Stachowicz "Przeróbka Plastika", Publishing House of the Rzeszów University of Technology, Rzeszów 2000. Cast connectors have casting defects such as: structural inhomogeneity, coarse graining, bubbles, porosities, shrinkage cavities, and shrinkage porosities, which affect their lower properties.

Przy wytwarzaniu łączników z odlewniczych stopów magnezu stosowana jest technologia obróbki skrawaniem, którą opisano w literaturze W. Olszaka „Obróbka skrawaniem”, WNT, Warszawa 2008 r. Obróbka skrawaniem łączników polega na nadaniu powierzchniom żądanego kształtu, wymiarów oraz jakości powierzchni poprzez usuwanie materiału z wsadu w postaci prostopadłościanu lub walca przy użyciu narzędzi skrawających. Technologia ta odznacza się dużą pracochłonnością, czasochłonnością, energochłonnością procesu i generowaniem dużych strat materiałowych oraz niską jakością ukształtowanych wyrobów.When manufacturing connectors from cast magnesium alloys, the machining technology is used, which is described in the literature by W. Olszak "Obróbka skrawaniem", WNT, Warsaw 2008. The machining of connectors consists in giving the surfaces the desired shape, dimensions and surface quality by removing material from the input in the form of a cuboid or cylinder using cutting tools. This technology is characterized by high labor intensity, time consumption, energy consumption of the process and generation of large material losses and low quality of shaped products.

Z opisu patentu PL 237778 B1 znany jest sposób kucia na młocie półfabrykatu, zwłaszcza do wytwarzania korbowodu samochodowego, w którym matryce górną i dolną posiadające w części środkowej jednakowe wykroje robocze i nagrzewa się w piecu przy użyciu palników gazowych do temperatury 250°C i umieszcza się na młocie kuźniczym o energii uderzenia 36 kJ i masie bijaka 1000 kg. W dalszej kolejności materiał wsadowy w kształcie przedkuwki kształtowej odlewanej w formach piaskowych z mniej plastycznych stopów aluminium z grupy aluminium-cynk-magnez nagrzewa się w piecu w zakresie temperatur 460-500°C, korzystnie 480°C, w czasie do 40 minut. Następnie nagrzany materiał wsadowy umieszcza się w wykroju roboczym matrycy dolnej. Dalej wprawia się matrycę górną w ruch postępowy z prędkością do 10 m/s w kierunku matrycy dolnej i zgniata się materiał wsadowy wykrojem roboczym matrycy górnej i wykrojem roboczym matrycy dolnej i kształtuje się półfabrykat z mniejszym stopniem przekucia.From the description of the patent PL 237778 B1 a method of forging a semi-finished product on a hammer is known, especially for the production of a car connecting rod, in which the upper and lower dies having identical working cut-outs in the central part are heated in a furnace using gas burners to a temperature of 250°C and placed on a forging hammer with an impact energy of 36 kJ and a ram mass of 1000 kg. Next, the charge material in the shape of a shaped pre-forged cast in sand molds from less plastic aluminum alloys from the aluminum-zinc-magnesium group is heated in a furnace in the temperature range of 460-500°C, preferably 480°C, for up to 40 minutes. Then the heated charge material is placed in the working cut-out of the lower die. Next, the upper die is set in a forward motion at a speed of up to 10 m/s towards the lower die and the input material is crushed by the working cavity of the upper die and the working cavity of the lower die, forming a semi-finished product with a lesser degree of forging.

Z opisu patentu PL 237779 B1 znany jest sposób kształtowania na młocie półfabrykatu, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego, w którym matryce górną i dolną posiadające w części środkowej wykroje robocze, nagrzewa się w piecu i przy użyciu palników gazowych do temperatury 250°C i umieszcza się na młocie kuźniczym o energii uderzenia 36 kJ i masie bijaka 1000 kg. Po czym materiał wsadowy w kształcie przedkuwki kształtowej o dlewanej w formach piaskowych z mniej plastycznych stopów aluminium z grupy aluminium-miedź nagrzewa się w piecu w zakresie temperatur 460-500°C, korzystnie 480°C, w czasie do 50 minut. Nagrzany materiał wsadowy umieszcza się w wykroju roboczym matrycy dolnej. Następnie wprawia się matrycę górną w ruch postępowy z prędkością do 10 m/s w kierunku matrycy dolnej i zgniata się materiał wsadowy wykrojem roboczym matrycy górnej i wykrojem roboczym matrycy dolnej i kształtuje się półfabrykat z większym stopniem przekucia.From the description of the patent PL 237779 B1 a method of shaping a semi-finished product on a hammer is known, especially for the production of an aircraft fastening, in which the upper and lower dies having working cut-outs in the central part are heated in a furnace using gas burners to a temperature of 250°C and placed on a forging hammer with an impact energy of 36 kJ and a ram mass of 1000 kg. Then the charge material in the shape of a shaped pre-forged cast in sand moulds from less plastic aluminium alloys from the aluminium-copper group is heated in a furnace in the temperature range of 460-500°C, preferably 480°C, for up to 50 minutes. The heated charge material is placed in the working cut-out of the lower die. The upper die is then set in a forward motion at a speed of up to 10 m/s towards the lower die and the feed material is crushed by the working cavity of the upper die and the working cavity of the lower die, forming a semi-finished product with a greater degree of forging.

Z opisu patentu PL 237778 B1 znany jest sposób kucia na młocie półfabrykatu, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego, w którym matryce górną i dolną posiadające w części środkowej wykroje robocze nagrzewa się w piecu przy użyciu palników gazowych do temperatury 300°C i umieszcza się na młocie kuźniczym o energii uderzenia 36 kJ i masie bijaka 1000 kg. Materiał wsadowy w kształcie przedkuwki kształtowej odlewanej w formach piaskowych z mniej plastycznych stopów magnezu z grupy magnez-aluminium-cynk nagrzewa się w piecu w zakresie temperatur 400-430°C, korzystnie 420°C, w czasie do 45 minut. Nagrzany materiał wsadowy umieszcza się w wykroju roboczym matrycy dolnej. W dalszej kolejności wprawia się matrycę górną w ruch postępowy z prędkością do 8 m/s w kierunku matrycy dolnej i zgniata się materiał wsadowy wykrojem roboczym matrycy górnej i wykrojem roboczym matrycy dolnej i kształtuje się półfabrykat z mniejszym stopniem przekucia. Badania numeryczne i doświadczalne dla sposobu według patentu PL 237778 B1 przedstawiono na przykładzie stopu magnezu AZ61 w artykule A. Dziubińskiej, P. Surdackiego, K. Majerskiego „The Analysis of Deformability, Structure and Properties of AZ61 Cast Magnesium Alloy in a New Hammer Forging Process for Aircraft Mounts”, Materials, 2021, vol. 14, nr 10, s. 1-25. Udowodniono w nim poprawę własności użytkowych i mechanicznych odlewów poddanych przeróbce cieplno-plastycznej według sposobu z opisu patentowego.From the description of the patent PL 237778 B1 a method of forging a semi-finished product on a hammer is known, especially for the production of an aircraft fastening, in which the upper and lower dies having working cut-outs in the central part are heated in a furnace using gas burners to a temperature of 300°C and placed on a forging hammer with an impact energy of 36 kJ and a ram mass of 1000 kg. The charge material in the shape of a shaped pre-forged cast in sand moulds from less plastic magnesium alloys from the magnesium-aluminium-zinc group is heated in a furnace in the temperature range of 400-430°C, preferably 420°C, for up to 45 minutes. The heated charge material is placed in the working cut-out of the lower die. Next, the upper die is set in a forward motion at a speed of up to 8 m/s towards the lower die and the feed material is crushed with the working cavity of the upper die and the working cavity of the lower die and a semi-finished product with a lower degree of forging is formed. Numerical and experimental studies for the method according to the PL 237778 B1 patent are presented on the example of the AZ61 magnesium alloy in the article by A. Dziubińska, P. Surdacki, K. Majerski "The Analysis of Deformability, Structure and Properties of AZ61 Cast Magnesium Alloy in a New Hammer Forging Process for Aircraft Mounts", Materials, 2021, vol. 14, no. 10, pp. 1-25. It proves the improvement of the functional and mechanical properties of castings subjected to thermoplastic processing according to the method from the patent description.

Łączniki stabilizatora do samochodów osobowych są wykonywane z odlewniczych stopów aluminium metodami odlewania i obróbki skrawaniem. Wykonując łączniki ze stopów aluminium technologią odlewania, ujawnione na stronie internetowej na dzień 29.07.2022 pod linkiem: https://www.iparts.pl/czesc/lacznik-stabilizatora-frap-f4117,0-486-f4117-2715965.html, otrzymuje się wyroby, które posiadają znacznie niższe własności mechaniczne i użytkowe niż elementy uzyskane metodami obróbki plastycznej opisane w literaturze F. Stachowicza „Przeróbka plastyczna”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2000 r. Łączniki odlewane posiadają wady odlewnicze takie jak: porowatości, jamy skurczowe, rzadzizny, niejednorodność struktury, gruboziarnistość, pęcherze, które wpływają na ich niższe właściwości. Przy wytwarzaniu łączników z odlewniczych stopów aluminium stosowana jest technologia obróbki skrawaniem, którą opisano w literaturze W. Olszaka „Obróbka skrawaniem”, WNT, Warszawa 2008 r. Obróbka skrawaniem łączników polega na nadaniu żądanego kształtu poprzez usuwanie materiału z wsadu w postaci prostopadłościanu lub walca przy użyciu narzędzi skrawających. Technologia ta odznacza się dużą pracochłonnością, czasochłonnością, energochłonnością procesu i generowaniem dużych strat materiałowych.Stabilizer links for passenger cars are made of cast aluminum alloys using casting and machining methods. By making links from aluminum alloys using casting technology, disclosed on the website as of 29.07.2022 under the link: https://www.iparts.pl/czesc/lacznik-stabilizatora-frap-f4117,0-486-f4117-2715965.html, products are obtained that have significantly lower mechanical and functional properties than elements obtained by plastic processing methods described in the literature by F. Stachowicz "Przeróbka Plastika", Publishing House of the Rzeszów University of Technology, Rzeszów 2000. Cast links have casting defects such as: porosity, shrinkage cavities, shrinkage, structural inhomogeneity, coarse graining, bubbles, which affect their lower properties. When manufacturing connectors from cast aluminum alloys, the machining technology is used, which is described in the literature by W. Olszak "Obróbka skrawaniem", WNT, Warsaw 2008. The machining of connectors consists in giving the desired shape by removing material from the input in the form of a cuboid or cylinder using cutting tools. This technology is characterized by high labor intensity, time consumption, energy consumption of the process and generation of large material losses.

Celem wynalazku jest kucie na młocie odkuwki łącznika stabilizatora z materiału wsadowego w postaci odlewu kształtowego z odlewniczych stopów magnezu z grupy magnez-cynk-cyrkon w jednej operacji kucia w wykroju końcowym, ograniczając przez to straty materiałowe i niską jakość wyrobów wytwarzanych poprzez odlewanie i obróbkę skrawaniem.The purpose of the invention is to hammer forge a stabilizer link forging from a feed material in the form of a shaped casting of magnesium alloys from the magnesium-zinc-zirconium group in a single forging operation in the final cut, thereby reducing material losses and low quality of products manufactured by casting and machining.

Istotą sposobu kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu, w szczególności łącznika stabilizatora, polegającego na tym, że stempel górny i matrycę dolną nagrzewa się w piecu i montuje się na młocie, po czym materiał wsadowy w postaci odlewu kształtowego nagrzewa się w piecu, umieszcza się w wykroju matrycy dolnej, po czym wprawia się stempel górny w ruch postępowy, ściska się materiał wsadowy wykrojem stempla górnego i wykrojem matrycy dolnej kształtując odkuwkę, jest to, że stempel górny i matrycę dolną, nagrzewa się w piecu do temperatur w zakresie od 260°C do 300°C i montuje się na młocie, po czym materiał wsadowy z odlewniczych stopów magnezu z grupy magnez-cynk-cyrkon, nagrzewa się w piecu w temperaturze od 350°C do 400°C, w czasie od 30 minut do 35 minut, po czym materiał wsadowy umieszcza się w wykroju matrycy dolnej, ściska się na młocie materiał wsadowy stemplem górnym wprawionym w ruch postępowy z prędkością od 8 do 10 m/s z maksymalną energią uderzenia w zakresie od 37,93 do 48,62 kJ, kształtując odkuwkę z maksymalnym odkształceniem w zakresie od 4,5 do 7,1.The essence of the method of hammer forging of a magnesium alloy forging, in particular a stabilizer connector, consisting in that an upper punch and a lower die are heated in a furnace and mounted on a hammer, after which the input material in the form of a shaped casting is heated in a furnace, placed in the lower die cavity, after which the upper punch is set in a progressive motion, the input material is compressed by the upper punch cavity and the lower die cavity to shape the forging, is that the upper punch and the lower die are heated in a furnace to temperatures in the range of 260°C to 300°C and mounted on a hammer, after which the input material made of magnesium casting alloys from the magnesium-zinc-zirconium group is heated in a furnace at a temperature of 350°C to 400°C for a time of 30 to 35 minutes, after which the material is The charge material is placed in the lower die cavity, the charge material is compressed on the hammer with the upper punch set in a forward motion at a speed of 8 to 10 m/s with a maximum impact energy in the range of 37.93 to 48.62 kJ, forming a forging with a maximum deformation in the range of 4.5 to 7.1.

Korzystnie, że materiał wsadowy nagrzewa się w piecu w temperaturze 400°C.Preferably, the feed material is heated in a furnace at a temperature of 400°C.

Korzystnie, materiał wsadowy nagrzewa się w piecu w czasie 35 minut.Preferably, the feed material is heated in the oven for 35 minutes.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że zastosowanie do procesu kucia na młocie materiału wsadowego w postaci odlewu kształtowego pozwala na oszczędności materiału do 30% w stosunku do obecnie stosowanej w przemyśle technologii obróbki skrawaniem odlewów. Wynikiem sposobu kucia na młocie według wynalazku jest otrzymanie wyrobów, które charakteryzują się wyższą jakością wynikającą z rozdrobnienia struktury w całej objętości, dużą gładkością powierzchni, co przekłada się na lepsze własności mechaniczne i użytkowe w stosunku do wyrobów wykonywanych poprzez odlewanie i obróbkę skrawaniem.The advantageous effect of the invention is that the use of a feedstock in the form of a shaped casting for the hammer forging process allows for material savings of up to 30% compared to the currently used technology of machining castings in the industry. The result of the hammer forging method according to the invention is obtaining products that are characterized by higher quality resulting from the fragmentation of the structure in the entire volume, high surface smoothness, which translates into better mechanical and utility properties compared to products made by casting and machining.

Sposób kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu według wynalazku został opisany w przykładzie realizacji oraz na rysunku, na którym:The method of hammer forging of a magnesium alloy forging according to the invention is described in an example embodiment and in the drawing, in which:

Fig. 1 - przedstawia widok perspektywiczny narzędzi z wyrwaniem z materiałem wsadowym;Fig. 1 - shows a perspective view of the tools with a breakout with the input material;

Fig. 2 - przedstawia widok perspektywiczny stykających się narzędzi z wyrwaniem z odkuwką;Fig. 2 - shows a perspective view of the breakaway tools in contact with the forging;

Fig. 3 - przedstawia widok perspektywiczny stempla górnego;Fig. 3 - shows a perspective view of the upper punch;

Fig. 4 - przedstawia widok perspektywiczny matrycy dolnej;Fig. 4 - shows a perspective view of the lower matrix;

Fig. 5 - przedstawia widok perspektywiczny z góry materiału wsadowego;Fig. 5 - shows a perspective view from above of the input material;

Fig. 6 - przedstawia widok perspektywiczny z dołu materiału wsadowego;Fig. 6 - shows a perspective view from the bottom of the feed material;

Fig. 7 - przedstawia widok z góry materiału wsadowego;Fig. 7 - shows a top view of the input material;

Fig. 7a - przedstawia przekrój materiału wsadowego wzdłuż linii A-A z Fig. 7;Fig. 7a - shows a cross-section of the feed material along the line A-A from Fig. 7;

Fig. 7b - przedstawia przekrój materiału wsadowego wzdłuż linii B-B z Fig. 7;Fig. 7b - shows a cross-section of the feed material along the line B-B from Fig. 7;

Fig. 8 - przedstawia widok perspektywiczny z góry odkuwki;Fig. 8 - shows a perspective view from above of the forging;

Fig. 9 - przedstawia widok perspektywiczny z dołu odkuwki;Fig. 9 - shows a perspective view from the bottom of the forging;

Rys. 1 a przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z góry dla temperatury narzędzi 260°C i materiału wsadowego 350°C według wynalazku, uzyskany z analizy MES;Fig. 1a shows the strain distribution in the shaped forging in a top view for a tool temperature of 260°C and a feed material of 350°C according to the invention, obtained from FEM analysis;

Rys. 1 b przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z dołu dla temperatury narzędzi 260°C i materiału wsadowego 350°C według wynalazku, uzyskany z analizy MES;Fig. 1 b shows the strain distribution in the shaped forging in a bottom view for a tool temperature of 260°C and a feed material of 350°C according to the invention, obtained from the FEM analysis;

Rys. 2 a przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z góry dla temperatury narzędzi 260°C i materiału wsadowego 400°C według wynalazku uzyskany z analizy MES;Fig. 2a shows the strain distribution in the shaped forging in a top view for a tool temperature of 260°C and a feed material of 400°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Rys. 2 b przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z dołu dla temperatury narzędzi 260°C i materiału wsadowego 400°C według wynalazku uzyskany z analizy MES;Fig. 2b shows the strain distribution in the shaped forging in a bottom view for a tool temperature of 260°C and a feed material of 400°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Rys. 3 a przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z góry dla temperatury narzędzi 300°C i materiału wsadowego 350°C według wynalazku, uzyskany z analizy MES;Fig. 3a shows the strain distribution in the shaped forging in a top view for a tool temperature of 300°C and a feed material of 350°C according to the invention, obtained from FEM analysis;

Rys. 3 b przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z dołu dla temperatury narzędzi 300°C i materiału wsadowego 350°C według wynalazku, uzyskany z analizy MES;Fig. 3 b shows the strain distribution in the shaped forging in a bottom view for a tool temperature of 300°C and a feed material of 350°C according to the invention, obtained from the FEM analysis;

Rys. 4 a przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z góry dla temperatury narzędzi 300°C i materiału wsadowego 400°C według wynalazku uzyskany z analizy MES;Fig. 4a shows the strain distribution in the shaped forging in a top view for a tool temperature of 300°C and a feed material of 400°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Rys. 4 b przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanej odkuwce w widoku z dołu dla temperatury narzędzi 300°C i materiału wsadowego 400°C według wynalazku uzyskany zanalizy MES;Fig. 4b shows the strain distribution in the shaped forging in a bottom view for a tool temperature of 300°C and a feed material of 400°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Rys. 5 a przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanym półfabrykacie w widoku z góry wykonany w oparciu o dokument patentowy PL 237778 B1 i uzyskany z analizy MES;Fig. 5a shows the strain distribution in the shaped semi-finished product in a top view, made on the basis of patent document PL 237778 B1 and obtained from the FEM analysis;

Rys. 5 b przedstawia rozkład odkształceń w ukształtowanym półfabrykacie w widoku z dołu wykonany w oparciu o dokument patentowy PL 237778 B1 i uzyskany z analizy MES;Fig. 5 b shows the strain distribution in the shaped semi-finished product in a bottom view, made on the basis of patent document PL 237778 B1 and obtained from the FEM analysis;

Wykres 1 - przedstawia krzywe płynięcia odlewanego w formach piaskowych stopu magnezu ZK61 dla temperatury 350°C;Graph 1 - shows the flow curves of the ZK61 magnesium alloy cast in sand molds for a temperature of 350°C;

Wykres 2 - przedstawia krzywe płynięcia odlewanego w formach piaskowych stopu magnezu ZK61 dla temperatury 400°C;Graph 2 - shows the flow curves of the ZK61 magnesium alloy cast in sand molds for a temperature of 400°C;

Wykres 3 - przedstawia krzywe płynięcia odlewanego w formach piaskowych stopu magnezu ZK61 dla temperatury 450°C;Graph 3 - shows the flow curves of the ZK61 magnesium alloy cast in sand molds for a temperature of 450°C;

Wykres 4 - przedstawia krzywe płynięcia odlewanego w formach piaskowych stopu magnezu AZ61 dla temperatury 350°C;Graph 4 - shows the flow curves of the AZ61 magnesium alloy cast in sand molds for a temperature of 350°C;

Wykres 5 - przedstawia krzywe płynięcia odlewanego w formach piaskowych stopu magnezu AZ61 dla temperatury 400°C;Graph 5 - shows the flow curves of the AZ61 magnesium alloy cast in sand molds for a temperature of 400°C;

Wykres 6 - przedstawia krzywe płynięcia odlewanego w formach piaskowych stopu magnezu AZ61 dla temperatury 450°C;Graph 6 - shows the flow curves of the AZ61 magnesium alloy cast in sand molds for a temperature of 450°C;

Wykres 7 - przedstawia zależność energii uderzenia stempla górnego od czasu dla temperatury narzędzi 260°C i materiału wsadowego 350°C według wynalazku otrzymanej z analizy MES;Graph 7 - shows the dependence of the upper punch impact energy on time for the tool temperature of 260°C and the feed material temperature of 350°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Wykres 8 - przedstawia zależność energii uderzenia stempla górnego od czasu dla temperatury narzędzi 260°C i materiału wsadowego 400°C według wynalazku otrzymanej z analizy MES;Graph 8 - shows the dependence of the upper punch impact energy on time for the tool temperature of 260°C and the input material temperature of 400°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Wykres 9 - przedstawia zależność energii uderzenia stempla górnego od czasu dla temperatury narzędzi 300°C i materiału wsadowego 350°C według wynalazku otrzymanej z analizy MES;Graph 9 - shows the dependence of the upper punch impact energy on time for a tool temperature of 300°C and a feed material temperature of 350°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Wykres 10 - przedstawia zależność energii uderzenia stempla górnego od czasu dla temperatury narzędzi 300°C i materiału wsadowego 400°C według wynalazku otrzymanej z analizy MES;Graph 10 - shows the dependence of the upper punch impact energy on time for a tool temperature of 300°C and a feed material temperature of 400°C according to the invention obtained from the FEM analysis;

Wykres 11 -przedstawia zależność energii uderzenia matrycy górnej od czasu wykonany w oparciu o dokument patentowy PL 237778 B1 i otrzymany z analizy MES.Graph 11 shows the dependence of the upper die impact energy on time, made on the basis of patent document PL 237778 B1 and obtained from the FEM analysis.

Przykład 1Example 1

Sposób kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu dla stopu magnez-cynk-cyrkon z gatunku ZK61 według normy ASTM B80-01 łącznika stabilizatora przeznaczonego do modelu Audi A4 - typ B6/B7 produkowanego w latach 2001-2008 polegający na tym, że stempel górny 1 i matrycę dolną 2 posiadające w części środkowej wykroje 1a i 2a w postaci bryły, której zarys zbliżony jest do litery „U” z kołowymi zagłębieniami na jej końcach, nagrzewano w piecu do temperatury w 260°C i zamontowano na młocie o energii uderzenia 110 kJ i masie bijaka 3000 kg. Po czym materiał wsadowy 3a w postaci odlewu ze stopu magnezu ZK61 według normy ASTM B80-01, w postaci bryły, której zarys zbliżony jest do litery „U” z kołowymi zagłębieniami na jej końcach, o objętości 124011,766 mm³ i masie 0,223 kg nagrzewano w piecu w temperaturze 400°C przez 30 minut. Następnie nagrzany materiał wsadowy 3a umieszczono w wykroju 2a nieruchomej matrycy dolnej 2. Po czym wprawiono stempel górny 1 w ruch postępowy z prędkością V1 wynoszącą od 8 do 10 m/s w kierunku nieruchomej matrycy dolnej 2 i ściskano materiał wsadowy 3a wykrojem 1a stempla górnego 1 i wykrojem 2a matrycy dolnej 2 z maksymalną energią uderzenia 37,93 kJ i kształtowano odkuwkę łącznika 3b z maksymalnym odkształceniem 7.A method of hammer forging a magnesium alloy forging for a magnesium-zinc-zirconium alloy of the ZK61 grade in accordance with the ASTM B80-01 standard for a stabilizer link intended for the Audi A4 model - type B6/B7 manufactured in the years 2001-2008, which consists in that an upper punch 1 and a lower die 2 having in their central part cut-outs 1a and 2a in the form of a solid whose outline is similar to the letter "U" with circular recesses at its ends, were heated in a furnace to a temperature of 260°C and mounted on a hammer with an impact energy of 110 kJ and a ram mass of 3000 kg. Then the charge material 3a in the form of a casting of magnesium alloy ZK61 according to the ASTM B80-01 standard, in the form of a block, the outline of which is similar to the letter "U" with circular depressions at its ends, with a volume of 124011.766 mm ³ and a mass of 0.223 kg was heated in a furnace at a temperature of 400°C for 30 minutes. Then the heated charge material 3a was placed in the cavity 2a of the stationary lower die 2. Then the upper punch 1 was set in a translational motion at a speed V1 of 8 to 10 m/s towards the stationary lower die 2 and the charge material 3a was compressed by the cavity 1a of the upper punch 1 and the cavity 2a of the lower die 2 with a maximum impact energy of 37.93 kJ and the forging of the connector 3b was formed with a maximum deformation of 7.

Przykład 2Example 2

Sposób kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu dla stopu magnez-cynk-cyrkon z gatunku ZK61 według normy ASTM B80-01 łącznika stabilizatora realizowany wg przykładu 1, przy czym materiał wsadowy 3a nagrzewano w piecu w temperaturze 350°C przez 35 minut. Odkuwkę kształtowano ściskając materiał wsadowy 3a wykrojem 1a stempla górnego 1 i wykrojem 2a matrycy dolnej 2 z maksymalną energią uderzenia 48,62 kJ i kształtowano odkuwkę łącznika 3b z maksymalnym odkształceniem 5,9.The method of hammer forging a magnesium alloy forging for a magnesium-zinc-zirconium alloy of the ZK61 grade according to the ASTM B80-01 standard for a stabilizer connector was carried out in accordance with Example 1, wherein the charge material 3a was heated in a furnace at a temperature of 350°C for 35 minutes. The forging was formed by compressing the charge material 3a with the upper punch 1 impression 1 and the lower die 2 impression 2a with a maximum impact energy of 48.62 kJ and the connector forging 3b was formed with a maximum deformation of 5.9.

Przykład 3Example 3

Sposób kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu dla stopu magnez-cynk-cyrkon z gatunku ZK61 według normy ASTM B80-01 łącznika stabilizatora realizowany wg przykładu 1, przy czym stempel górny 1 i matrycę dolną 2 nagrzewano w piecu do temperatury 300°C, materiał wsadowy 3a nagrzewano w piecu w temperaturze 350°C przez 35 minut. Odkuwkę kształtowano ściskając materiał wsadowy 3a wykrojem 1a stempla górnego 1 i wykrojem 2a matrycy dolnej 2 z maksymalną energią uderzenia 47,21 kJ i kształtowano odkuwkę łącznika 3b z maksymalnym odkształceniem 4,5.A method of hammer forging a magnesium alloy forging for a magnesium-zinc-zirconium alloy of the ZK61 grade according to the ASTM B80-01 standard for a stabilizer link, carried out in accordance with Example 1, wherein the upper punch 1 and the lower die 2 were heated in a furnace to a temperature of 300°C, the charge material 3a was heated in a furnace at a temperature of 350°C for 35 minutes. The forging was formed by compressing the charge material 3a with the upper punch 1 and lower die 2 with a maximum impact energy of 47.21 kJ, and the connector forging 3b was formed with a maximum deformation of 4.5.

Przykład 4Example 4

Sposób kucia na młocie odkuwki ze stopów magnezu dla stopu magnez-cynk-cyrkon z gatunku ZK61 według normy ASTM B80-01 łącznika stabilizatora realizowany wg przykładu 1, przy czym stempel górny 1 i matrycę dolną 2 nagrzewano w piecu do temperatury 300°C, przy czym materiał wsadowy 3a nagrzewano w piecu w temperaturze 400°C przez 30 minut. Odkuwkę kształtowano ściskając materiał wsadowy 3a wykrojem 1 a stempla górnego 1 i wykrojem 2a matrycy dolnej 2 z maksymalną energią uderzenia 39,10 kJ i kształtowano odkuwkę łącznika 3b z maksymalnym odkształceniem 7,1.A method of hammer forging a magnesium alloy forging for a magnesium-zinc-zirconium alloy of the ZK61 grade according to the ASTM B80-01 standard for a stabilizer link, carried out in accordance with Example 1, wherein the upper punch 1 and the lower die 2 were heated in a furnace to a temperature of 300°C, and the charge material 3a was heated in a furnace at a temperature of 400°C for 30 minutes. The forging was formed by compressing the charge material 3a with the upper punch 1 and lower die 2 with a maximum impact energy of 39.10 kJ, and the connector forging 3b was formed with a maximum deformation of 7.1.

Otrzymano odkuwkę łącznika stabilizatora o wyższych własnościach mechanicznych i użytkowych wynikających z korzystniejszej struktury ukształtowanego wyrobu w stosunku do wyrobów wykonywanych poprzez odlewanie i obróbkę skrawaniem.The resulting forging of the stabilizer link had higher mechanical and functional properties resulting from a more advantageous structure of the shaped product in comparison to products made by casting and machining.

Przeprowadzono analizę porównawczą Metodą Elementów Skończonych MES sposobu kucia na młocie odkuwki łącznika stabilizatora według przykładów wynalazku - M1.1-M1.4 oraz sposobu kucia na młocie półfabrykatu, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego w oparciu o dokument patentowy PL 237778 B1 - M2. Modelowanie numeryczne przeprowadzono w systemie przeznaczonym do symulacji procesów obróbki plastycznej - Deform 3D zgodnie z parametrami przyjętymi w tabeli 1.A comparative analysis was carried out using the Finite Element Method (FEM) of the method of hammer forging of the stabilizer link forging according to the examples of the invention - M1.1-M1.4 and the method of hammer forging of a semi-finished product, especially for the production of an aircraft fastening based on the patent document PL 237778 B1 - M2. Numerical modeling was carried out in a system designed for the simulation of plastic forming processes - Deform 3D in accordance with the parameters adopted in Table 1.

PL 247368 BIPL 247368 BI

Tabela 1Table 1

Parametry i wyniki sposobu kucia według opisu patentowego PL237778B1Parameters and results of the forging method according to patent description PL237778B1

Nazwa parametru Parameter name Jednostki Units Sposób według wynalazku Method of the invention Sposób według dokumentu patentowego PL 237778 B1-M2 Method according to patent document PL 237778 B1-M2 Ml.l Ml.l M1.2 M1.2 M1.3 M1.3 M1.4 M1.4 Parametry procesu Process parameters Temperatura nagrzania narzędzi w piecu Tool heating temperature in the furnace [T] [T] 260 260 260 260 300 300 300 300 250 250 Temperatura materiału wsadowego Feed material temperature [”C] ["C] 350 350 400 400 350 350 400 400 400 400 Czas nagrzewu materiału wsadowego Material feed heating time [min] [min] 35 35 30 30 35 35 30 30 45 45 Materiał Material Η Η Model stopu magnezu w gatunku ZK61 z grupy Mg-Zn-Cr odlewany do form piaskowych utworzony na podstawie krzywych płynięcia z badań plastometrycznych A model of a magnesium alloy in the ZK61 grade from the Mg-Zn-Cr group cast into sand molds created on the basis of flow curves from plastometric tests Model stopu magnezu w gatunku AZ61 z grupy Mg-AI-Zn odlewany do form piaskowych utworzony na podstawie krzywych płynięcia z badań plastometrycznych A model of a magnesium alloy of the AZ61 grade from the Mg-Al-Zn group cast into sand moulds created on the basis of flow curves from plastometric tests Moduł Younga Young's modulus GPa GPa 45 45 44,8 44.8 Liczba Poissona Poisson's ratio H H 0,35 0.35 0,35 0.35 Współczynnik rozszerzalności cieplnej Thermal expansion coefficient pm/mC pm/mC 27 27 26 26 Przewodność cieplna Thermal conductivity W/mK W/mK 120 120 70 70 Liczba elementów skończonych wsadu Number of finite elements of the batch H H 150000 150000 150000 150000 Objętość materiału wsadowego Volume of input material mm² ^mm2 124011,766 124011,766 270701,054 270701,054 Masa materiału wsadowego Mass of input material kg kg 0,223 0.223 0,487 0.487 Maksymalna wysokość geometrii materiału wsadowego Maximum height of the feed material geometry [mm] [mm] 28 28 42,5 42.5 Maksymalna wysokość geometrii odkuwki Maximum height of forging geometry [mm] [mm] 19 19 28,5 28.5 Stopień przekuciamaksymalna wysokość geometrii materiału wsadowego τ maksymalna wysokość geometrii odkuwki Degree of forgingmaximum height of the geometry of the input material τmaximum height of the geometry of the forging H H 1,47 1.47 1,49 1.49 Energii uderzenia młota The energy of a hammer blow [kJ] [kJ] 110 110 110 110 110 110 110 110 36 36 Masa bijaka młota Mass of the hammer head [kg] [kg] 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 1000 1000 Czynnik tarcia Friction factor Η Η 0,25 0.25 0,25 0.25 Współczynnik wymiany ciepła wsad - narzędzia Heat transfer coefficient input - tools kW/m2K kW/m2K 4,5 4.5 4,5 4.5

PL 247368 BIPL 247368 BI

Współczynnik wymiany ciepła wsad - otoczenie Heat exchange coefficient input - environment kW/m2K kW/m2K 0,03 0.03 0,03 0.03 Wyniki MES MES results Maksymalna energia uderzenia górnego narzędzia z MES Maximum impact energy of the upper tool from FEM [kJ] [kJ] 48,62 48.62 37,93 37.93 47,21 47,21 39,10 39.10 19,88 19.88 Maksymalne odkształcenie w ukształtowanym wyrobie Maximum deformation in a shaped product H H 5,9 5.9 7 7 4,5 4.5 7,1 7.1 4,98 4.98 Pole powierzchni styku ukształtowanej odkuwki z narzędziem górnym Contact surface area of the shaped forging with the upper tool [mm²] [ ^mm2 ] 14011,7 14011.7 13983,1 13983.1 13957,3 13957.3 13967,1 13967,1 18793,9 18793.9 Pole powierzchni styku ukształtowanej odkuwki z narzędziem dolnym Contact surface area of the shaped forging with the lower tool [mm²] [ ^mm2 ] 13355 13355 13363,8 13363.8 13355,1 13355.1 13337,1 13337.1 25647,5 25647.5

Do modelowania MES wykorzystano utworzone modele materiałów opracowane na podstawie badań plastometrycznych metodą spęczania walców. Badania te przeprowadzono dla odlewanego w formach piaskowych stopu magnezu ZK61 według normy ASTM B80-01 oraz stopu magnezu w gatunku AZ61 według normy ASTM B951-10 o składzie chemicznym przedstawionym w tabeli 2.The FEM modeling used the material models developed on the basis of plastometric tests using the roll upsetting method. These tests were conducted for the ZK61 magnesium alloy cast in sand molds according to the ASTM B80-01 standard and the AZ61 magnesium alloy according to the ASTM B951-10 standard with the chemical composition shown in Table 2.

Tabela 2Table 2

Skład chemiczny stopu magnezu ZK61 stosowanego w sposobie według wynalazku według normyChemical composition of the ZK61 magnesium alloy used in the method according to the invention according to the standard

ASTM B80-01 i stopu magnezu AZ61 według normy ASTM B951-10 stosowany w sposobie według opisu patentowego PL237778B1.ASTM B80-01 and magnesium alloy AZ61 according to the ASTM B951-10 standard used in the method according to patent description PL237778B1.

Materiał Material Skład chemiczny stopów magnezu (% mas.) Chemical composition of magnesium alloys (% wt.) Al Al Zn Zn Mn Mn Fe Fe Si Si Zr Zr Cu Cu Ni Ni Inne Other Mg Mg stop magnezu ZK61 magnesium alloy ZK61 5,5- 6,5 5.5- 6.5 - - - - - - 0,6- 1,0 0.6- 1.0 0,10 0.10 0,01 0.01 0,30 0.30 reszta rest stop magnezu AZ61 magnesium alloy AZ61 5,8- 7,2 5.8- 7.2 0,4- 1,5 0.4- 1.5 0,15- 0,5 0.15- 0.5 max. 0,005 max. 0.005 max. 0,10 max. 0.10 max. 0,05 max. 0.05 max, 0,005 max, 0.005 reszta rest

Badania plastometryczne wykonano na dylatometrze odkształceniowym w temperaturach 350°C, 400°C, 450°C przy prędkościach odkształcenia 0,01 s^-1; 0,1 s^-1; 1 s^-1; 10 s’¹. Na podstawie uzyskanych wyników z pomiarów wyznaczono krzywe płynięcia dla stopu ZK61 przedstawione na wykresach 1-3 i dla stopu magnezu AZ61 przedstawione na wykresach 4-6.Plastometric tests were performed on a deformation dilatometer at temperatures of 350°C, 400°C, 450°C at deformation rates of 0.01 s ^-1 ; 0.1 s ^-1 ; 1 s ^-1 ; 10 s' ¹ . Based on the measurement results, the flow curves were determined for the ZK61 alloy, presented in graphs 1-3, and for the AZ61 magnesium alloy, presented in graphs 4-6.

W symulacjach numerycznych analizie poddano: maksymalną energię uderzenia narzędzia górnego w funkcji czasu, maksymalne odkształcenie w ukształtowanych wyrobach, pole powierzchni styku ukształtowanej odkuwki z matrycą górną, pole powierzchni styku ukształtowanej odkuwki z matrycą dolną dla obu analizowanych sposobów.The following were analyzed in the numerical simulations: maximum impact energy of the upper tool as a function of time, maximum deformation in the shaped products, contact surface area of the shaped forging with the upper die, contact surface area of the shaped forging with the lower die for both analyzed methods.

Otrzymaną z analizy numerycznej maksymalną energię uderzenia i maksymalne odkształcenie w ukształtowanej odkuwce według wynalazku - M1 przedstawiono na wykresach 7-10 oraz Rys. 1-4. Maksymalną energię uderzenia i maksymalne odkształcenie w ukształtowanym półfabrykacie uzyskane z analizy numerycznej wykonanego w oparciu o dokument patentowy PL 237778 B1 - M2 przedstawiono na wykresie 11 i Rys. 5.The maximum impact energy and maximum deformation in the shaped forging according to the invention - M1 obtained from the numerical analysis are presented in graphs 7-10 and Fig. 1-4. The maximum impact energy and maximum deformation in the shaped semi-finished product obtained from the numerical analysis made on the basis of patent document PL 237778 B1 - M2 are presented in graph 11 and Fig. 5.

Wykaz oznaczeńList of designations

- stempel górny- top stamp

1a - wykrój stempla górnego1a - upper stamp pattern

- matryca dolna- lower matrix

2a - wykrój matrycy dolnej2a - lower die cut

3a - wsad3a - batch

3b - odkuwka łącznika stabilizatora3b - stabilizer link forging

Vi - prędkość stempla górnegoVi - upper punch speed

Claims

Patent Claims

1. A method of hammer forging a magnesium alloy forging, in particular a stabilizer connector, comprising: an upper punch and a lower die are heated in a furnace and mounted on a hammer, after which the input material in the form of a shaped casting is heated in a furnace, placed in the lower die cavity, after which the upper punch is set in a forward motion, the input material is compressed by the upper punch cavity and the lower die cavity to form a forging, characterised in that the upper punch (1) and the lower die (2) are heated in a furnace to temperatures from 260°C to 300°C and mounted on a hammer, after which the input material (3a) in the form of a shaped casting made of magnesium alloys from the magnesium-zinc-zirconium group is heated in a furnace at a temperature from 350°C to 400°C, during which time 30 to 35 minutes, after which the charge material (3a) is placed in the cavity (2a) of the lower die (2), the charge material (3a) is compressed on the hammer with the upper punch (1) set in translational motion at a speed (Vi) of 8 to 10 m/s with a maximum impact energy in the range of 37.93 to 48.62 kJ, and a forging (3b) is formed with a maximum deformation in the range of 4.5 to 7.1.

2. The method according to claim 1, characterized in that the input material (3a) is heated in a furnace at a temperature of 400°C.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the input material (3a) is heated in the furnace for 35 minutes.