Numerical investigation of producing a Ti6Al4V alloy jaw coupling sleeve-disk by orbital forging

Investigación numérica de la producción de un manguito-disco de acoplamiento de mordazas de aleación Ti6Al4V mediante forja orbital

El artículo presenta los resultados de un análisis numérico del proceso de forja orbital para producir un manguito-disco de acoplamiento de mordazas. El análisis se ha realizado con el programa Deform-3D, basado en el método de los elementos finitos (MEF). Se parte de la base de que la forja del manguito-disco de acoplamiento de mordazas se realiza en aleación de titanio Ti6Al4V. Como tocho se utiliza una preforma hueca. El proceso de forja orbital en caliente se ejecuta utilizando una prensa de forja orbital industrial, MCOF 4000. El análisis se centra en el patrón de flujo del material, la precisión de la forma de la pieza producida, así como en los cambios de temperatura del material que se está formando.

INTRODUCCIÓN

La forja orbital es una tecnología utilizada principalmente para el conformado en frío (o en caliente) de piezas planas, principalmente macizas. El estudio del autor [1], entre otros, ofrece una descripción detallada de esta tecnología y un análisis exhaustivo del estado de la técnica. Aunque existen numerosos estudios sobre la forja orbital, pocos de ellos se dedican al problema del conformado de piezas huecas. Por ejemplo, las investigaciones realizadas por Choi [2] o Guangchun [3] se refieren únicamente a la forja orbital para anillos con una forma simple. A continuación, Sheu y Yu [4] llevaron a cabo una investigación del proceso de forja orbital en frío para una pieza de corona dentada simple. En vista de lo anterior, la propuesta del presente autor de utilizar el proceso de forja orbital para producir una pieza hueca de forma compleja en condiciones de conformado en caliente es una nueva solución.

El principal supuesto de la nueva tecnología propuesta es que la pieza forjada se produzca a partir de una preforma hueca especialmente preparada. Dicha preforma puede producirse mediante forja mecánica (a partir de un tocho macizo), mediante compresión rotativa [5] o mediante un proceso de extrusión por laminación [6]. En la compresión rotativa, puede obtenerse la forma deseada si se utilizan tubos o manguitos como tocho [7]. Otro supuesto en el que se basa el proceso de forja orbital es que hay que reducir los márgenes de mecanizado y tecnológicos (por ejemplo, el alma). Lamentablemente, debido a las características de la forja orbital [1, 8], algunas tolerancias tecnológicas no pueden eliminarse por completo, sólo reducirse en gran medida.

MODELO GEOMÉTRICO DEL PROCESO DE FORJA ORBITAL

Con el fin de investigar el proceso de forja orbital para producir un manguito-disco de acoplamiento de mordazas, se realizaron una serie de simulaciones numéricas basadas en el MEF.