Моделирование процесса отбортовки при разной геометрии инструмента

Детали, которые получают методами холодной листовой штамповкой, широко используются во всем мире. При проектировании инструмента точного понимания того, какое будет распределения толщины в процессе штамповки нет, и основной способ точно сказать, что получится после той или иной операции - это спроектировать, изготовить инструмент и произвести эксперимент. Создание технологического процесса и проектирования оснастки для формообразования детали является актуальной задачей. В основной своей массе для получения детали необходимо выполнить несколько операций: вырезать заготовку, а потом ее согнуть или вытянуть, или произвести какие-то другие операции. Соответственно, для получения детали требуется изготовить несколько штампов или создать сложный комбинированный штамп или некоторые операции выполнить способом механической обработки. В любом случае, для составления технологии изготовления детали нужно выбрать способ получения детали (методом штамповки или механической обработки), составить последовательность простых операций, а затем рассматривать возможность их объединении.

Рисунок 1 – Эскиз изготавливаемого элемента детали

Рассмотрим процессы, которые имеют наиболее широкую область применения и форму его реализации:

• .    отбортовка эластичной средой;

• .    вырубка-пробивка и последующая отбортовка;

• .    инкрементальная формовка.

Далее подробно рассмотрим процесс отбортовки эластичной средой.

Штамповка деталей с применением эластичной среды нашла наиболее широкое применение в производстве летательных аппаратов, что объясняется простотой и универсальностью штамповой оснастки. Для того, чтобы сменить одну операцию другой (например: вырубка, гибка) достаточно поменять всего одну деталь – формоблок.

Моделирование процесса отбортовки с эластичной средой рассчитывался с применением программы Deform. Для моделирования эластичной среды в программе есть возможность создания нового материала. В разделе материалы создается новый материал и задаются требуемые параметры материала. Так как материал имеет тип упругий прописываются следующие параметры: коэффициент Пуассона 0,496 Па и модуль Юнга 6,7МПа.

При математическом моделировании принято, что трение подчиняется закону Кулона и составляет 0,2.

Этапы моделирования отбортовки с применением эластичной среды изображена на рисунке 2.

На рисунках 3, 4, и 5, представлены напряжения, интенсивности деформации и скорость перемещение материалов во время процесса при отбортовке с применением эластичной среды.

На рисунке 6 показан график усилия при моделировании процесса отбортовке с применением эластичной среды.

На рисунке 7 показано распределение толщины материала заготовки процесса отбортовки отверстия с применением эластичной среды.

Вторым этапом работы является моделирование инструментальной отбортовки.

Моделирование процесса проведено с помощью программы DEFORM. Геометрия инструмента и заготовки создана в CAD программе

Рисунок 2 – Этапы моделирования отбортовки с применением эластичной среды

Рисунок 3 – Напряжение при отбортовке с применением эластичной среды

Рисунок 4 – Деформация при отбортовке с применением эластичной среды

Рисунок 5 – Направление и скорость перемещение материалов при отбортовке с применением эластичной среды

Рисунок 6 – График усилия при отбортовке с применением эластичной среды

Рисунок 7 – График распределение толщины детали при моделировании процесса отбортовки

КОМПАС-3D. Полученная геометрия загружается в формате STL в программу DEFORM.

В процессе отбортовки участвуют 4 объекта: заготовка, матрица, пуансон для отбортовки и прижим. Геометрия оснастки и заготовки изображена на рисунке 8.

Моделирование отбортовки рассчитывается для трех инструментов.

Но демонстрируется наилучший результат моделирования, который дал второй инструмент с коническим переходом от наименьшего на требуемый диаметр отбортовки. Модель инструмента изображена на рисунке 10.

Конический пуансон во время отбортовки при хорошо смазаной поверхности не создает резких скачков внутренего напряжения в метале, что увеличивает высоту отбортовки до разрыва метала в очаге деформации.

На рисунках 11 - 13 видно, как максимальное внутренее напряжение плавно растет без резких скачков от переходов от меньшего к

Рисунок 8 - Геометрия оснастки и заготовок, построенных в программном продукте КОМПАС:

1 – пуансон для вытяжки; 2 – плоская заготовка;

3 – коническая матрица; 4 – прижим

Рисунок 9 - Эскизы применяемых пуансонов

Рисунок 10 – Модель инструмента с коническим переходом большему диаметру поперечного сечения конуса пуансона.

Так же доказывает теорию о равномерности распределения напряжений внутри заготовки график усилия отбортовки от пройденого расто-яния пуансоном. На рисунке 14 показан график усилия отбортовки на котором явно видно, что кривая, хоть и имеет крутой подъём, но лучшей аппроксимацией для графика является прямая. Это объясняет равномерное распределение нагрузки. Такое распределение более стабильно и с меньшей вероятностью создаст трещины в материале заготовки во время операции.

На рисунке 15 изображен график утонения стенок детали при моделировании про-

Рисунок 11 – Напряжение отбортовки коническим пуансоном на треть опустившийся от конечного диаметра

Рисунок 13 – Напряжение отбортовки коническим пуансоном

Рисунок 12 – Напряжение отбортовки коническим пуансоном на две трети опустившийся от конечного диаметра

Рисунок 14 – График усилия отбортовки

цесса отбортовки в программном комплексе DEFORM.

На графике моделирования видно, что утонение стенок начинается резко, сразу после начала деформирования.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В статье исследованы технологические процессы изготовления детали методом отбортовки. В программном комплексе DEFORM

го т

З’

о

1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

Расстояние, мм

^^—Заготовка ^^—Моделирование

Рисунок р у            д р д р рц р смоделированы процессы деформирования заготовки с применением эластичной среды и инструментальный метод, получены дан- 2. ные о напряжениях, деформациях и разно-толщинности. В ходе исследования было выявлено, что наилучший результат получается при инструментальной отбортовке кониче- 3. ским пуансоном. Выявлено влияние конического пуансона на распределение толщины материала вдоль образующей при отбортов- 4. ке. С данным инструментом материал долго не утоняется и минимальное значение толщины отбортованной стенки при моделиро- 5 вании достигает 0,76 мм.                       .