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Important Aspects Forging Prediction Rodrigo Lobenwein – Commercial Alisson Duarte – Engineering May 21 st , 2018 SIXPRO Virtual&Practical Process [email protected] / www.sixpro.pro

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Important Aspects

Forging Prediction

Rodrigo Lobenwein – Commercial

Alisson Duarte – Engineering

May 21st, 2018

SIXPRO Virtual&Practical Process

[email protected] / www.sixpro.pro

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• Material Properties

• Heat Treatment

• Forging

• Extrusion

• Rolling

• Wire drawing

• Sheet Metal Forming

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Agent in Brazil

Agent in South America

SG PROJETOS

Center for Precision FormingOSU/The Ohio State University

Partners:

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Furnace

Rammer

Ram

Forging

Furnace

Billet

Exit ramp

Rammer

Preform

Ram

Upper Die

Lower Die

4

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Flange

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Dies:• Material;• Temperature;• Wear;• Plastic deformation;• Elastic deformation;• Fracture.

Interface Die/Material:• Friction;• Heat exchange;• Lubrication;• Part residue.

Material;• Mechanical properties;• Temperature distribution;• Oxidation;• Final form and dimensions;• Fracture;• Phase transformation.

Presses;• Equipment;• Velocity;• Force.

Important Aspects

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FEM Mesh

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Node

Element

Billet being upset

Mesh Density

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Engineering Curve

True stress/strain curve

Yield Stress= 300 MPa

oA

FT =

o

o

L

LLe

−=

constant

constant

Engineering

A

F=

=

0

lnL

L

True

Strain

Str

ess (

MP

a)

9

Material

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Elastic portion

Flow Curve

Strain

Str

ess (

MP

a)

Flow Curve

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Billet

Upper

Die

Bottom

Die

FEM Model

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Interface problems Proper relationship

between part and die

Mesh Influence

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Punch stroke (mm)

Forg

ing

Loa

d (

ton)

Effect on the Results

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Symmetry plane

Symmetry plane

Points for profile measurement

Precision Gears

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Normalized Cockroft and Latham 𝜖𝑒𝑓𝑖:𝜖𝑒𝑓𝑖 𝜎1

𝜎𝑒𝑓𝑑𝜀𝑒𝑓

Oyane:𝜖𝑒𝑓𝑖𝜖𝑒𝑓𝑖(1 +

𝜎𝑚

𝜎𝑒𝑓)𝑑𝜀𝑒𝑓

Ayada:𝜖𝑒𝑓𝑖𝜖𝑒𝑓𝑖 𝜎𝑚

𝜎𝑒𝑓𝑑𝜀𝑒𝑓

Normalized C&L

Fracture (Damage)

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Inicial

50.000 Golpes

100.000 Golpes

150.000 Golpes

Number of

forged parts

Die Wear

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Hammer Forging

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Symmetry line

Process

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Symmetry line

Simulation

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Effective Strain

Effe

ctiv

e St

ress

(M

Pa)

Effect of Temperature

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True Effective Strain

Engineering Effective Strain

Effective Strain

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Chemical Composition

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Taking into account the Processing History

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Tensile Test

Forging

Effective Strain

Effe

ctiv

e St

ress

(M

Pa)

Effect of Strain Rate

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Strain Rate (s-1)

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Burr formation lineCentral region of thickness “t”

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Heavy Forged Part

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Preforming

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(a)

Central region of thickness “2t” impossible to cut

Burr formation line

Possible defect (underfill)

Underfill

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Problem

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Results

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Simulation – New Preform

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Forged Geometry

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Anterior Novo

Matéria Prima 30,5% 24,0% volume

Cortar 1,4% 1,4% não considerado

Forjar/Rebarbar 18,9% 5,1% quatidade de golpes

Usinagem central 12,9% 0,0% tempo de usinagem

Têmpera e Revenimento 6,6% 6,6% não considerado

Jatear 0,4% 0,4% não considerado

Usinagem acabamento 29,4% 29,4% não considerado

Total 100,0% 66,7%

Redução

considerada

Custos relativos (%)OperaçãoOperation

Relative costs (%)

Before New

Considered Reduction

Raw material

Piercing

Forging/Deburring

Central Machining

Quenching and Tempering

Shoot peening

Finishing machining

Volume

Not considered

Blow Number

Machining Time

Not considered

Not considered

Not considered

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Costs

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Tentativa Solução AbordagemPeso do

tarugo (kg)

Espessura

central (mm)

Margem de

lucro (%)Resultado Justificativa

1Pré-forma

cúbica

Tentativa

e erro30,0 12 - Impossível

Falta de

preenchimento

2Aumento no

volume

Tentativa

e erro38,5 25 - 1 Inviável

Aumento no volume

e na usinagem

3Modificação

da pré-formaSimulação 30,0 0 + 13 Viável

Redução no volume

e na usinagem

Attempt Solution ApproachBillet

Weight (Kg)Central

thickness (mm)

Profit Margin

Result Justification

Cubic Preform

Volume increase

Preform modification

Trial and error

Trial and error

Simulation

Impossible

Not viable

Viable

Underfill

Increase in the volume and machining

Reduction in the volume and machining

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Viability

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Numerical Method

Material Science

Fabrication Process

Process Simulation

Cost Analysis

Implementing Simulations

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