Глава 82. Методология учета анизотропии материала при проектировании техпроцесса изготовления изделия

Продолжаем разрабатывать методологию создания системы компьютерного проектирования (СИСКОМПР или CAD/CAM system) технологических процессов изготовления типичных деталей в промышленности (например, при производстве деталей из листового материала) на основе платформы визуального программирования (которая включает методы компьютерной графики). В предыдущих главах мы разработали методику проектирования процессов обработки заготовок на примере вытяжки листовой заготовки. Проектирование процесса выполнено при помощи математического моделирования обработки изотропной заготовки на основе аналитического и численного решения основных уравнений (моделирующих процесс обработки). Однако изотропный материал на практике применяется редко. Большинство материалов (металлов и неметаллов) обладает анизотропией, а именно, различием механических и других свойств. У наиболее распространенных горячекатаных и холоднокатаных металлических листовых материалов анизотропия проявляется различием механических свойств в различных направлениях в плоскости прокатки и по толщине листа (вследствие особенностей технологии прокатки и отжига). Анизотропия имеет кристаллографическую и текстурную природу, которая описана в литературе по физике металлов. В данной главе мы разработаем методику проектирования процессов с учетом анизотропии исходного материала на примере вытяжки детали из заготовки (любой конфигурации), которая вырезана из этого материала. Как и выше, проектирование выполним при помощи математического моделирования процесса на основе метода конечных элементов.

Для математического моделирования обработки заготовки с учетом ее анизотропии необходимо провести испытания материала и определить его механические свойства. Тип и количество этих свойств зависит от теории, которую мы будем использовать при моделировании. Принимаем, что осями координат x,y,z являются главные оси анизотропии: ось x размещаем вдоль базового направления; ось y перпендикулярна оси x; оси x и y лежат в плоскости листа; ось z перпендикулярна плоскости листа. Анизотропные листовые материалы, как правило, обладают симметрией механических свойств. Мы будем рассматривать материалы, у которых имеются три взаимно перпендикулярные плоскости симметрии механических свойств; эти плоскости проходят через оси координат x,y,z.

Глава 83. Методология проектирования техпроцессов изготовления изделий коробчатой формы

В данной главе разработаем методологию проектирования (при помощи математического моделирования) однооперационной и многооперационной штамповки-вытяжки коробчатых деталей различной геометрии из листовых материалов (металлов и неметаллов). Напомним, что детали коробчатой формы широко применяются в быту (металлическая посуда, консервные банки, кухонные мойки и т.п.) и в машинах (разнообразные кожуха, кузовные детали и т.п.).

Чтобы спроектировать процесс вытяжки коробки, мы должны задать на первой форме системы [1] следующие четыре типа исходных данных. 1. Размеры коробки AxBxRxH (A – длина, B – ширина, R – радиус углового закругления по наружной поверхности коробки, H –высота). 2. При помощи переключателя задаем (или не задаем) обрезку неровного края стенки коробки после вытяжки; если мы задали обрезку, то программа рассчитывает высоту полуфабриката после вытяжки (до обрезки) с учетом технологического припуска dH: Ha=H+dH. 3. Размеры листа, из которого будет изготавливаться коробка. 4. Шесть механических свойств листа после его стандартного испытания на растяжение: коэффициент поперечной упругой деформации , модуль упругости E, предел текучести , предел прочности , относительное равномерное удлинение и относительное равномерное сужение . Если мы хотим учесть анизотропию листа, то необходимо иметь дополнительные данные о механических свойствах листа, которые описаны в предыдущей главе. После ввода исходных данных система рассчитывает в первом приближении размеры квадратной заготовки для получения коробки заданной высоты (с учетом припуска на обрезку) и выполняет математическое моделирование вытяжки коробки из этой заготовки. При моделировании форма и размеры заготовки уточняются. Типичная (для промышленности) схема вытяжки коробки и результаты моделирования и графики приведены на рис. 83.1.

Для математического моделирования вытяжки осесимметричной, коробчатой или сложной детали из исходной заготовки применяем авторскую теорию вытяжки Жаркова, которая заключается в следующем: 1) весь процесс формоизменения заготовки разбиваем на большое число элементарных этапов и на каждом этапе задаем малое приращение хода пуансона (или матрицы); 2) при помощи метода конечных элементов – МКЭ (finite element method - FEM [1]) вычисляем компоненты напряженно-деформированного состояния (НДС) заготовки и практически важные параметры процесса с учетом упрочнения, анизотропии, изменения толщины заготовки, сил трения и других факторов; 3) анализируем опасность складкообразования и разрушения заготовки; 4) рассчитываем новую измененную форму заготовки после данного приращения хода пуансона; 5) задаем следующее приращение хода пуансона и повторяем все описанные выше стадии моделирования.