Методическое пособие 671

Рис. 57 (продолжение). Последовательность работы с программой «Проектирование заготовки»

100

Рис. 57 (окончание). Последовательность работы с программой «Проектирование заготовки»

8.3. Решение задач

Решение задач ковки и объемной штамповки подробно рассмотрено в презентационных материалах, прилагаемых к настоящему курсу.

Вопросы для самоподготовки:

1.Как выбрать заготовку для реализации технологических процессов обработки металлов давлением?

2.С помощью какого документа можно назначить припуски, кузнечные напуски и прочие параметры при исследовании технологических процессов обработки металлов давлением?

3.Как программно реализуются алгоритмы назначения технологических припусков, кузнечных напусков?

101

4.Какие существуют этапы подготовки геометрической модели?

5.В каком формате реализован импорт-экспорт дан-

ных?

ЛЕКЦИЯ № 9 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Теоретические вопросы

9.1.Моделирование листовой штамповки. Анизотропия.

9.2.Разрыв. Гофрообразование и утонение.

9.3. Решение задач.

9.1. Моделирование листовой штамповки

Изначально САПР ТП Deform-3D разрабатывалась для моделирования процессов объемной штамповки. В целом моделирование листовой штамповки очень похоже на моделирование процессов объемной штамповки, но в то же время предъявляет особые требования, как к заданию граничных условий процесса, так и обработке полученных результатов.

Анизотропия. Процессы листовой штамповки всегда обусловлены неоднородностью кристаллической решетки металлов по длине изделия, что напрямую влияет на их прочностные свойства. Эффект анизотропии может привести к образованию дефектов, типа фестоны, когда при осесимметричном процессе штамповки осесимметричное изделие не получается

(рис. 58).

102

Рис. 58. Эффект анизотропии

Учитывать эти эффекты позволяет модель анизотро-

пии по Хиллу (Hill’s anisotropy model).

Он показал, что состояние текстурованного полуфабриката может быть охарактеризовано следующими шестью величинами.

;

Здесь X, Y, Z – пределы текучести при линейном растяжении вдоль 15 главных осей анизотропии;

R, S, Т – пределы текучести на сдвиг.

Необходимо отметить, что оценка различий в свойствах среды с помощью таких параметров анизотропии не всегда является точной.

Р. Хилл, говоря об определении анизотропии тонких листов, предлагал показатели F, G, H и др. вычислять не по величине пределов текучести, а по деформациям, так как при испытаниях тонколистовых материалов трудно определить точную величину s, что учитывается в указанной работе разбросом значений s при испытаниях тонколистовых материалов. Для характеристики направления преимущественного

103

развития деформаций при пластическом течении (анизотропии деформаций) широко применяются коэффициенты второй группы, называемые часто деформационными показателями анизотропии.

Общая структура их записи следующая:

.

Для определения этих показателей обычно проводят механические испытания при линейной схеме напряжений образцов, вырезанных в различных направлениях листа.

9.2. Разрыв. Гофрообразование и утонение

Для выявления зон вероятного разрушения программа Deform-3D использует специальные модели разрушения.

Рис. 59. Предсказание зон вероятного разрушения

При моделировании процессов листовой штамповки оценку критериев разрыва или разрушения проводят по диа-

грамме предельной штампуемости (Forming Limit Diagram).

Диаграмма предельной штампуемости отображает направления основной и второстепенной деформации на X-Y графике. Кривая представляет собой предел штампуемости материала. Зоны основных и второстепенных деформаций, которые лежат выше кривой, имеют большую вероятность

104

разрыва. Те деформации, которые лежат ниже кривой, представляют собой безопасную зону.

Гофрообразование. Для контроля отбортовки листового изделия используется подпружиненный инструмент. Если усилие на прижиме слишком велико, то велика вероятность разрыва. Если усилие на прижиме слишком мало, то это может привести к образованию гофр. Поведение прижима позволяет смоделировать большой выбор определения коэффициентов жесткости пружин и возможность задания нагрузки.

Рис. 60. Гофры

Утонение. Утонение листа в каждой точке заготовки показывает график утонения в пост-процессоре (рис. 60).

Рис. 61. График утонения

105

Это позволяет оценить утонение листа в результате растяжения или вытяжки между инструментами.

9.3. Решение задач

Основным прогрессивным технологическим фактором для дальнейшего развития процессов холодной листовой штамповки является стремление получить полностью законченную деталь, не требующую дальнейшей обработки, чему способствует развитие и применение компьютерных технологий, таких как CAD, CAM, CAE и компьютерного моделирования на основе метода конечных элементов, является абсолютной необходимостью для повышения конкурентоспособности и рентабельности современного производства.

Исследование процесса вырубки и пробивки выполним с помощью программного комплекса Deform-3D, основываясь на чертежах изготавливаемых изделий, показанных на рис. 62.

Рис. 62. Чертеж изделия: а) круг; в) кольцо; б) шестигранник

Основными технологическими процессами являются вырубка и пробивка. Вырубка и пробивка – отделение металла по замкнутому контуру в штампе.

106

При вырубке и пробивке характер деформирования заготовки одинаков. Эти операции отличаются только назначением. Вырубкой оформляют наружный контур детали, а пробивкой – внутренний контур (изготовление перфорированного листа). Схема процессов вырубки и пробивки представлена на рис. 63.

Целью исследования является получение энергосиловых параметров исследуемых технологических операций. Практическое и эффективное применение этих технологий требует знаний различных факторов, влияющих на процесс листовой штамповки. Эти факторы включают в себя:

1.Пластическое течение и штампуемость листового материала;

2.Геометрию, материал и покрытия инструмента;

3.Трение и смазки;

4.Механику деформации (деформации, напряжения и

силы);

5.Характеристику штамповочного оборудования и ос-

настки;

6.Геометрию, точность, чистоту поверхности и механические свойства формируемых деталей;

7.Влияние процесса на окружающую среду

8.Результатами исследования технологических процессов методом конечных элементов являются картины на- пряженно-деформированного состояния заготовки:

9.Деформация;

10.Напряжения в заготовке в очаге деформации и по всему телу;

11.Распределение температурных полей в очаге деформации и по всему телу;

12.График изменения усилия деформации в зависимости от перемещения деформирующего инструмента.

107

Рис. 63. Схема процессов вырубки и пробивки

Для исследования процесса отрезки в CAD-системе необходимо смоделировать контактную систему, состоящую из следующих тел для каждой из рассматриваемых технологических схем нагружения (рис. 64).

а)

Рис. 64 (начало). Контактные системы деталей: а) круг (операция – вырубка): 1 – пуансон; 2 – втулка-ограничитель (введена для запрета перемещений точек вокруг очага дефор-

мации в плоскостях x и y); 3 – заготовка; 4 – матрица

108

б)

в)

Рис. 64 (окончание). Контактные системы деталей: б) шестигранник (операция – вырубка): 1 – пуансон;

2 – прижим-ограничитель (введен для преодоления момента, возникающего при деформации плоской заготовки

в плоскости по оси z); 3 – заготовка; 4 – матрица;

в) кольцо (операции пробивки и вырубки): 1 – пуансоны; 2 – прижим-ограничитель (введен для преодоления момента,

возникающего при деформации плоской заготовки

в плоскости по оси z); 3 – втулки-ограничители (введена для запрета перемещений точек вокруг очага деформации

в плоскостях x и y); 4 – заготовка; 5 – матрица

Важнейшими характеристиками технологических процессов являются картины напряженно-деформированного состояния (НДС), используемые для качественного анализа и графики потребного технологического усилия операции, на основе которых выполняется выбор кузнечно-прессовой машины.

Картины НДС заготовки в процессе вырубки показаны на рис. 65.

109