First Experimental and Numerical Study on the Use of Sheet Metal Die Covers for Wear Protection in Closed-Die Forging

Abstract

To reduce the failure of dies by abrasive wear, mechanical fatigue and thermal fatigue in closed-die forging usually measures like nitriding, deposition of ceramic layers by Physical Vapour Deposition (PVD), Chemical Vapour Deposition (CVD) or deposition welding are used. However, after some time wear appears and the dies have to be replaced. A new concept implements sheet metal die covers, which are placed on the die engraving during forging and will absorb abrasive wear, thermal and mechanical load. The inexpensive cover will be replaced quickly by a new one after it is worn-out. This concept is regarded in a first numerical and experimental study by comparing a covered die (C) and an uncovered die (U) for the production of the same part. A one-time use of the die cover showed a reduction of the peak temperature by 140 K and of the temperature amplitude by 37 %. The temperature reduction and the increase of inner radii of the engraving to fit the 1mm thick die cover doubled the expected die life time. The experiment showed that the soft deep drawing steel DC04 is not suitable in the current case for a die cover and a higher strength sheet metal should be applied.

Fechamento de vazios utilizando o dispositivo de forjamento de quatro bigornas

“…aumento da razão de redução. [23] Como já mencionado anteriormente Kakimoto et al Rosenstock et al [9] reportam que diversos autores investigaram o processo de forjamento com diferentes materiais e encontraram 𝑄-valor entre 0,18 e 0,56. Entre eles, os autores e seus estudos descritos acima: Kakimoto [23] , 𝑄-valor = 0,21 (pequena peça de alumínio com 0,12 kg); Kishimoto [22] , 𝑄-valor = 0,22 (pequena peça de chumbo com 0,72 kg); Araki [21] , 𝑄-valor = 0,5 (aço sinterizado em cápsula cilíndrica); Kishimoto [22] , 𝑄-valor = 0,56 (lingote grande de aço com 30 t).…”

“…Esta variedade de valores indica que outras influências são importantes para o fechamento dos vazios, incluindo as características de fluxo do material, do processo de forjamento, a geometria inicial do poro, o tamanho, formato e peso do lingote de partida. [9] Ainda neste estudo Rosenstock et al Foi observada uma coerência entre as simulações experimental e numérica, indicando que quanto maior o 𝑄-valor, maior também é a taxa de fechamento dos poros. 𝑄-valor na faixa de 0,30, neste estudo, não foi suficiente para o fechamento total dos poros, embora tenha atingido taxas de fechamento superiores a 80%.…”

“…𝑄-valor na faixa de 0,30, neste estudo, não foi suficiente para o fechamento total dos poros, embora tenha atingido taxas de fechamento superiores a 80%. [9]…”

“…A Figura 41 apresenta, de forma esquemática, os detalhes da geometria inicial das barras. O diâmetro inicial do furo passante, que chamaremos de vazio por assim representá-lo, corresponde a 10% do diâmetro inicial externo da barra, estando coerente com a literatura, onde Rosenstock at al [9] reportam porosidade ou vazio de até 20% em relação ao diâmetro de grandes lingotes.…”

“…Rosenstock et al [9] recomendam mordida de forja maior ou igual a 0,5; Chun et al [29] observaram uma razão de 0,7 como desejável para o fechamento de vazios, sem mudanças significativas para valores acima deste.…”