Wymiana ciepła w procesach kucia swobodnego odkuwek

Abstract

Open die forging belongs to processes of the plastic working, in which heat transfer, characterized by the heat transfer coefficient between material being deformed and the anvil and the air, is a function of many variables. At doctor's thesis an attempt was made to determine the size of the heat transfer coefficient depending on size of the contact surface area between the forging and the anvil, degree of deformation, presence of primary scale, increase of the secondary scale during the forging operation, thermal resistance of anvil surface and temperature of material. The heat generation as a result of the work of the plastic strain was also taken into consideration. Thanks to applying numerical modeling, verified experimentally through thermovision measurements determining the forging surface temperature and temperature distribution in the cross section, value of heat transfer coefficient was determined. It ranges from 310 to 450 W / (m2 •K). A considerable influence was stated to its size depending on the thickness of the scale on the surface and the anvil. Also a slight influence of the contact surface between the forging and the anvil to the surface temperature of the forging was determined and no impact on the temperature field in the cross section of material. An also slight increase of the material temperature was observed in the consequence of plastic strain.

Kucie swobodne należy do procesów przeróbki plastycznej, w którym wymiana ciepła charakteryzowana przez współczynnik wymiany ciepła pomiędzy odkształcanym materiałem a kowadłem oraz otoczeniem jest funkcją wielu zmiennych. W pracy podjęto próbę oceny wielkości współczynnika wymiany ciepła w zależności od wielkości pola powierzchni styku odkuwki z kowadłem, stopnia odkształcenia materiału, obecności pierwotnej zgorzeliny, stanu powierzchni kowadła oraz temperatury materiału. Uwzględniono również generowanie ciepła na skutek pracy odkształcenia plastycznego. Dzięki zastosowaniu modelowania numerycznego zweryfikowanego eksperymentalnie poprzez pomiary termowizyjne wyznaczające temperaturę powierzchni odkuwki a także rozkład temperatury w przekroju poprzecznym, ustalono wielkość współczynnika wymiany ciepła. Waha się on od 310 do 450 W / (m2 •K). Stwierdzono znaczny wpływ na jego wielkość grubości zgorzeliny znajdującej się na powierzchni odkuwki i kowadła. Ustalono także niewielki wpływ powierzchni styku odkuwki z kowadłem na temperaturę powierzchni odkuwki oraz brak wpływu na przebieg pola temperatury w przekroju poprzecznym materiału. Zaobserwowano również niewielki wzrost temperatury odkuwki w wyniku odkształcenia plastycznego.