МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. Королева»
(САМАРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Институт ракетно-космической техники Кафедра обработки металлов давлением
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине:
«Моделирование и оптимизация процессов обработки материалов»
на тему:
«Моделирование и оптимизация процесса штамповки равнопроходного тройника»
Задание: Метод оптимизации: метод золотого сечения
Материал: Ст10
Коэффициент трения = 0,1
Выполнила студентка группы: 1239
Ручкина В.С.
Проверил: к.т.н. доц., Николенко К.А.
Самара 2017
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: страниц 21, рисунков 11, таблица 1.
МОДЕЛИРОВАНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ТРОЙНИК, ШТАМПОВКА, ДЕФОРМАЦИЯ, МЕТОД ЗОЛОТОГО СЕЧЕНИЯ.
Целью работы было смоделировать и оптимизировать процесс штамповки равнопроходного тройника методом золотого сечения.
Выполнено моделирование в ANSYS LSD, оптимизация по методу золотого сечения.
Установлено, что оптимальным является движение перемещения торцующего пунсона на величину 7,22 мм., при этом наблюдается разнотолщинность которая составляет 32.96%.
Описана эпюра напряжения, деформации и разнотолщинности.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………….……………………….4
1. Номенклатура изделия и способ штамповки…………..…………...…...……6
2. Моделирование процесса штамповки равнопроходного тройника в программном продукте ANSYS LSD………………….…….…………..….....11
3. Оптимизация процесса штамповки …………...……..……………...........…14
4. Описание результатов моделирования …………………………...………...16
Заключение……………………………………………………………………….19
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………20
ВВЕДЕНИЕ
Быстрое развитие вычислительной техники и ее внедрение практически во все сферы жизни привело к тому, что сегодня грамотный специалист в любой области знаний должен хорошо ориентироваться в мире компьютеров и владеть необходимыми программными средствами. Современный инженер не возможен без знания систем автоматического проектирования (CAD – Computer Aids Design), автоматического производства (CAM – Computer Aids Manufacturing) и автоматического инженерного анализа (CAE – Computer Aids Engineering). Такие CAD/CAM системы как AutoCAD, DUCT, Pro/Engineer, Unigraphics и SolidsWorks широко используются для компьютерного моделирования изделий сложной формы, с последующим выпуском чертежей и генерацией управляющих программ для станков с ЧПУ. Однако эти специализированные пакеты численного моделирования не обладают развитыми средствами инженерного анализа.
Одним из самых распространенных комплексов инженерного анализа сегодня является программа ANSYS, использующая метод конечных элементов. Многоцелевая направленность программы, независимость от аппаратных средств (от персональных компьютеров до рабочих станций и суперкомпьютеров), средства геометрического моделирования на базе B- сплайнов (технология NURBS), полная совместимость с CAD/CAM/CAE системами ведущих производителей и «дружеский» интерфейс привели к тому, что именно ANSYS в настоящее время используется во многих университетах для обучения студентов и выполнения научно- исследовательских работ.
В настоящее время программа ANSYS представляет собой многоцелевой пакет проектирования и анализа, признанный во всем мире. ANSYS – это чрезвычайно мощная и удобная программа. Каждая ее версия включает новые и расширяет прежние возможности пакета, что делает программу быстродействующей, более гибкой и удобной. Эти ее качества помогают пользователям справиться с непрерывно возрастающими запросами современного промышленного производства. Программа ANSYS – это гибкое, надежное средство проектирования и анализа. Она работает в среде операционных систем самых распространенных компьютеров – от РС до рабочих станций и суперкомпьютеров. Особенностью программы является файловая совместимость всех членов семейства ANSYS для всех используемых платформ. Многоцелевая направленность программы (т.е. реализация в ней средств для описания отклика системы на воздействия различной физической природы) позволяет использовать одну и ту же модель для решения таких связанных задач, как прочность при тепловом нагружении, влияние магнитных полей на прочность конструкции, тепломассоперенос в 7 электромагнитном поле. Разработчики, использующие программу ANSYS, могут выявить возможные недостатки проекта или найти его оптимальный вариант до начала изготовления или эксплуатации продукции. Конечно-элементный анализ с помощью программы ANSYS может помочь значительно уменьшить расходы на проектирование и изготовление, добавить уверенности разработчику в правильности принятых им решений. Программа ANSYS может быть положена в основу сквозной подготовки студентов ряда специальностей, начиная с первого курса и заканчивая дипломным проектом.
1 Номенклатура изделия и способ штамповки
Прокладка и обслуживание трубопроводов различного назначения, в особенности, магистральных, представляется невозможной без использования тройника металлического, по обыкновению выполняемого из малоподверженной коррозии нержавеющей стали. Благодаря этой разновидности фитинга с тремя патрубками становится возможным подключение дополнительных ответвлений к основной трубе.
Для изготовления тройников используются способы:
1. Литье - полученные литьем изделия могут выпускаться бесшовными или сварными. Производство бесшовных регламентируется ГОСТом 17376-2001;
2. Сварка - исходным материалом становится, по обыкновению, стальной лист, а у полученного изделия насчитывается несколько швов. Сварные изделия обычно предназначаются для эксплуатации на трубопроводах, по которым перемещают нефть, воду или пар. Способ производства трудоемок, но несложен, поэтому нашел применение для выпуска изделий большого диаметра (Ø 500 и более).
3. Точение - производство изделий на токарных станках регламентировано ГОСТами 22822-83 и ГОСТ 17376-2001. Ввиду особенностей изготовления, требующих немалых затрат труда и прочих ресурсов, продукт получается достаточно дорогостоящим, поэтому такой способ принято использовать для получения продукции либо нестандартной формы и диаметра, либо просто малого диаметра и размеров (ниже Ø45 первое исполнение идет исключительно этим способом);
4. Штамповка (горячей или гидравлической). Штампованная конструкция является бесшовной. Для изготовления штампованных тройников применяют гидравлическое выдавливание с последующей обработкой. Горячую штамповку используют только на крупных промышленных предприятиях, производящих большие партии продукта из цельных стальных листов. Штампованные считаются наиболее экономичными из всех стальных тройников, так как для изготовления могут применяться различные марки углеродистой стали. Штампосварное изделие изготавливается в два этапа. Сначала с привлечением штамповки выполняют основное тело и горловины, которые затем соединяют с помощью сварки.
Независимо от способа, использованного при производстве тройника он выпускается:
- Переходным (фланцевым). У тройника стального переходного наличие противостоящих патрубков одинакового диаметра позволяет осуществлять соединение труб, отличающихся по значению сечения.
- Равнопроходным (прямым). Такая конструкция может быть использована для стыковки труб с одинаковыми значениями сечения.
Равнопроходные тройники изготавливаются согласно ГОСТу 17376-2001. Конструкция тройников должна соответствовать рисунку 1. [1]
Рис.1 – Конструкция равнопроходного тройника.
Размеры изделия должны соответствовать ГОСТу 17376-2001.
В данной работе размеры тройника указаны в таблице 1 и соответствуют ГОСТ 17376-2001.
Таблица 1 – Размеры тройника.
DN |
D |
T |
D1 |
T1 |
F |
Н |
r, не менее |
Масса, кг |
50 |
57 |
3,0 |
45 |
2,5 |
50 |
45 |
0,4 |
3,0 |
4,0 |
|
3,0 |
|
|
0,6 |
4,0 |
||
5,0 |
|
4,0 |
|
|
0,7 |
5,0 |
||
3,0 |
- |
- |
|
|
0,4 |
3,0 |
||
4,0 |
|
|
|
|
0,6 |
4,0 |
||
5,0 |
|
|
|
|
|
5,0 |
Способ формообразования тонкостенного тройника описан в патенте № 2559623.[2] Авторы патента: Маслов Валентин Дмитриевич, Мисюра Валентин Дмитриевич, Галимова Лилия Рафаэльевна.
Способ включает формовку отростка на боковой поверхности трубной заготовки внутренним давлением регламентированной величины при одновременном осевом сжатии заготовки, изготовление отверстия в дне отростка, его отбортовку жестким пуансоном. Диаметр отверстия регламентирован математической зависимостью. После установки жесткого пуансона в отверстие внутренней полости отростка последующую отбортовку отверстия осуществляют при одновременном осевом сжатии заготовки путем приложения избыточного давления, величина которого регламентирована математической зависимостью.
Рис.2
- Фигура 1
Рис.3 - Фигура 2
Рис.3 - Фигура 3
На фигуре 1 слева от оси симметрии показано исходное положение деформируемой заготовки, а справа - завершение предварительной стадии формообразования отростка на боковой поверхности трубы с помощью внутреннего давления регламентированной величины Ррегл.
На фигуре 2 показана заготовка, в дне отростка которой изготовлено отверстие диаметром Дотв. В это отверстие установлен пуансон, а во внутренней полости заготовки создается давление избыточной величины Ризб.
На фигуре 3 изображено окончание процесса формообразования полого тройника, при которой завершена формовка отростка и отбортовка отверстия в дне тройника.
На чертежах принято следующее обозначение:
На плоскости разъема полуматриц 1 выполнена рабочая фильера, которая состоит из сквозной цилиндрической полости для размещения исходной трубной заготовки 2 и перпендикулярной ей полости для формовки отростка. Внутри рабочей фильеры полуматриц расположены осевые пуансоны 5. На цилиндрической поверхности осевых пуансонов выполнены уступы, на которые опираются торцы трубной заготовки и с помощью которых осуществляется осевое сжатие деформируемой заготовки. Внутри заготовки 2 располагают комбинированный пуансон, состоящий из металлической вставки 3 и эластичного сегмента 4, дополняющих друг друга до окружности. С торцов заготовки 2 располагают ступенчатые пуансоны 5, которые первоначально соприкасаются с эластичным сегментом 4 и верхним выступающим торцом трубной заготовки 2.
Рабочие торцы осевых пуансонов 3 имеют ступенчатую форму рабочей поверхности. Выступающая часть рабочей поверхности пуансонов осуществляет сжатие эластичного элемента 4, в то время как уступ пуансона фиксирует положение жесткой внутренней вставки 3.