Analysis of cross rolling process of toothed titanium shafts

This paper presents the results of thermo-mechanical analysis of two stepped shafts. One of them has a step with toothed wheel rim (with skew teeth) and the second one has a step with worm winding (in the shape of trapezoidal screw). The shape of tools for toothing forming is similar to the shape used in a well-known Roto-Flo method (the basic differences include: rolling of whole shaft in hot rolling conditions, lack of mounts for stabilization of workpiece placement during rolling). Calculations were made in software DEFORM-3D, assuming that the shafts are rolled from titanium alloy Ti6Al4V. In the results of calculations, it was stated with high probability that the application of cross-wedge rolling allows for forming of stepped shafts with toothed steps in one working cycle. Moreover, temperature, strain and damage criterion distributions in the rolled product were analyzed and information concerning forces necessary for the rolling process realization was obtained.

---

W artykule przedstawiono wyniki analizy termomechanicznej dwóch wałków stopniowanych. Jeden z nich ma stopień z wieńcem zębatym (o zębach skośnych), zaś drugi uzwojenia ślimaka (w kształcie śruby trapezowej). Kształt narzędzi stosowanych do walcowania uzębień jest zbliżony do wykorzystywanego w znanej metodzie Roto-Flo (podstawowe różnice to walcowanie na gorąco całego wałka oraz nie stosowanie kłów do stabilizacji położenia odkuwki w trakcie kształtowania). Obliczenia wykonano w programie DEFORM-3D, zakładając ze wałki walcowane są ze stopu tytanu Ti6Al4V. W efekcie wykonanych obliczeń, z dużym prawdopodobienstwem, stwierdzono, że stosując metodę walcowania poprzeczno-klinowego można kształtować w jednym przejściu wałki stopniowane ze stopniami uzębionymi. Ponadto, prześledzono rozkłady temperatury, odkształcenia i kryterium zniszczenia w wyrobie odwalcowanym oraz uzyskano informacje na temat sił niezbędnych do realizacji procesu walcowania.