МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА» (САМАРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Институт двигателей и энергетических установок Кафедра технологий производства двигателей Отчет по лабораторным работам по курсу: «Моделирование процессов горячей и листовой штамповки» Выполнил: Студент гр. 2411-150305D Сосков И.А. Проверил: Вдовин Р.А. Самара 2020 РЕФЕРАТ Отчет: пояснительная записка 63 с., 75 рисунков, 1 таблица, 4 источника. ГОРЯЧАЯ ШТАМПОВКА, ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА, ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА. В данном отчете проводится компьютерный анализ листовой и объёмной штамповки заготовки. Цель работы - получение знаний, позволяющих вести расчеты технологических операций и процессов, проектировать соответствующий инструмент, управлять процессами изготовления изделий из листовой заготовки для получения качественных изделий, используя оптимальные технологические процессы, разрабатывать новые прогрессивные методы и процессы. 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 4 1 Основные сведения о штамповке ....................................................................... 5 1.1 Общие сведения о технологии горячей объемной штамповке.................. 5 1.1.1 Способы изготовления поковок в зависимости от типа штампа ....... 5 1.1.2 Основные типы штамповочного оборудования ................................... 8 1.2 Общие сведения о листовой штамповке .................................................... 18 1.2.1 Описание листовой штамповки и классификация процессов .......... 18 1.2.2 Разделительные операции листовой штамповки ............................... 20 1.2.3 Формообразующие операции листовой штамповки.......................... 21 2 Алгоритм работы в модуле горячей и листовой штамповки ......................... 23 2.1 Работа в модуле Hot forging ........................................................................ 23 2.2 Работа в модуле Sheet metal forming .......................................................... 40 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 62 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 63 3 ВВЕДЕНИЕ Штамповка металла – это технологическая операция, которая представляет собой контролируемый процесс изменения формы и размеров заготовки под действием давления. Процесс отличается высокой производительностью, а потому широко используется в различных отраслях промышленности. Существует два вида штамповки металлов: холодная и горячая. Первый вариант подразумевает обработку заготовки без ее предварительного нагревания. Этот метод дешевле с точки зрения промышленного производства, так как не требует затрат энергии на доведение металла до определенной температуры. Таким способом обрабатывают в основном тонкие листы, которые и без нагревания хорошо поддаются воздействию. Горячая штамповка металла позволяет обрабатывать более толстые заготовки, так как в раскаленном сплаве гораздо слабее межмолекулярные связи, и он лучше поддается сгибанию. Чаще всего штамповке подвергаются металлы или пластмассы. Существуют два основных вида штамповки – листовая и объёмная. Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими ( лист – до 5 мм). В противном случае штамповка называется объемной. Для процесса штамповки используются прессы – устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия. 4 1 Основные сведения о штамповке 1.1 Общие сведения о технологии горячей объемной штамповке 1.1.1 Способы изготовления поковок в зависимости от типа штампа Объемной штамповкой называют процесс обработки давлением, при котором происходит принудительное перераспределение металла заготовки с заполнением полости инструмента, называемого штампом. Полость штампа, которую заполняет металл при штамповке, называют ручьем. По способу изготовления поковок в зависимости от типа штампа горячую объемную штамповку разделяют на штамповку в открытых штампах, безоблойную штамповку в закрытых штампах, штамповку в штампах для выдавливания и штамповку на горизонтально-ковочных машинах. Открытыми называют штампы, у которых вдоль всего внешнего контура штамповочного ручья в плоскости разъема сделана облойная канавка. При деформировании нагретой заготовки она заполняет объем ручья, встречая сопротивление стенок 2 ручья и сил трения. Облойная канавка при штамповке имеет следующее назначение: во-первых, в нее вытекает избыточный объем металла заготовки; во - вторых, при соударении верхней и нижней частей штампа облой, находящийся в канавке, предохраняет их от жесткого удара, что способствует продлению срока службы штампа; в - третьих, мостик облойной канавки в виде узкой щели создает в конце штамповки большое сопротивление течению металла, чем способствует лучшему заполнению ручья штампа. Этому же способствует и быстрое остывание облоя. Штампы, в которых металл заготовки деформируется в замкнутом пространстве, называют закрытыми, а штамповку в них безоблойной. Для штамповки в таких штампах характерны следующие особенности: заготовка должна быть достаточно точной по объему, так как облой не предусматривается; макроструктура поковок весьма благоприятна, поскольку процесс формирования поковки в полости штампа протекает так, что волокна обтекают ее контур и после нигде не перерезаются. Расход металла при штамповке в закрытых штампах меньше, чем в открытых. Зазор между подвижной частью 5 1 (пуансоном) и неподвижной 2 (матрицей) в процессе штамповки не изменяется. При безоблойной штамповке заготовка с момента соприкосновения ее со стенками штампа подвергается всестороннему неравномерному сжатию, что способствует значительному повышению пластичности металла [1, с. 2]. При штамповке в закрытых штампах можно деформировать малопластичные металлы и сплавы. Благодаря более равномерной деформации и отсутствию истечения металла в облой макроструктура и механические свойства поковок лучше, чем при штамповке с облоем. Штампами для выдавливания называют такие, в которых образование поковки происходит путем пластического течения материала заготовки в его полости. Слева показана схема штампа для прямого выдавливания, а справа для обратного выдавливания (прошивки). При прямом выдавливании направления действующего усилия и течения металла в полость штампа совпадают, при обратном выдавливании направления действующего усилия и течения металла противоположны. Рабочий инструмент таких штампов состоит из матрицы 2 (таблица 1), в которую помещают нагретую заготовку, пуансона 1 (таблица 1), который, воздействуя на металл, производит выдавливание, и выталкивателя 4, необходимого для удаления поковки 3. Сущность процесса горячей штамповки выдавливанием состоит в том, что заготовку деформируют в ручье, выполненном так же, как и при штамповке в закрытых штампах, но имеющем отверстия в матрице или пуансоне, через которые выдавливается часть металла, образуя сплошной или пустотелый стержень. Поковки при штамповке выдавливанием состоят из утолщенной части, которая получается в полости ручья, и стержневой части, выдавленной через отверстие полости штампа. Профиль выдавленной стержневой части поковки может иметь постоянное или переменное (конический или ступенчатый стержень) поперечное сечение. Обычно при штамповке выдавливанием отходы не предусматриваются за исключением той части объема заготовки, ко6 торая является избыточной вследствие неточности прокатки и разделки пруткового металла на мерные заготовки. Штамповка выдавливанием протекает по схеме неравномерного всестороннего сжатия, обеспечивающей металлу высокую пластичность. Благодаря этому горячая штамповка выдавливанием позволяет успешно изготавливать поковки из труднодеформируемых специальных сталей и сплавов, получающих в последнее время все более широкое применение в различных областях машиностроения. При штамповке на горизонтально-ковочной машине (ГКМ) штампы имеют взаимноперпендикулярные разъемы в двух плоскостях. Основными элементами штампов являются подвижная и неподвижная матрицы и блок с пуансонами, совершающими возвратно-поступательное движение. Работа на ГКМ выполняется следующим образом. Заготовка поковки в виде нагретого прутка 3 подается в неподвижную матрицу 4, причем длина деформируемой части прутка фиксируется заранее установленным на требуемой отметке передвижным упором. После включения машины подвижная матрица 2 перемещается и при полном смыкании с неподвижной зажимает пруток. В этот момент упор автоматически отходит, освобождая путь пуансону 1, приближающемуся к матрицам с зажатым прутком. В крайнем рабочем положении пуансон завершает процесс деформации, образуя на конце прутка утолщение. [1, с. 5]. Таблица 1- Классификация способов изготовления поковок. Наименование способа Схема процесса 1 2 Штамповка в открытых штампах (с облоем) 1,5 – верхняя и нижняя половины штампа. 2 – стенка ручья штампа, 3 – облой, 4 - поковка 7 Продолжение таблицы 1 1 2 Штамповка в закрытых штампах (безоблойная) 1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – поковка 4 - выталкиватель Штамповка выдавливанием (а) и прошивкой (б) 1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – поковка 4 - выталкиватель Штамповка на горизонтальноковочных машинах 1 – пуансон, 2 – подвижная матрица, 3 – поковка, 4 – неподвижная матрица 1.1.2 Основные типы штамповочного оборудования Поковка методом горячей объемной штамповки может быть получена несколькими способами с применением различного оборудования. Предварительно, без подробной технологической проработки, выбор того или иного способа штамповки и оборудования основывается на следующих общих положениях. 8 Штамповка на молотах остается широко распространенным способом горячей объемной штамповки. Штамповка осуществляется главным образом на паровоздушных штамповочных молотах двойного действия, в открытых и закрытых штампах. При штамповке на молоте деформирование происходит с большой скоростью за несколько ударов. В начале удара скорость движущейся бабы составляет более 6 м/с. Наличие окалины увеличивает коэффициент трения металла заготовки о стенки штампа и ухудшает его заполняемость. При штамповке на молоте в открытых штампах после каждого удара окалина отваливается от поверхности заготовки и выдувается из штампа, что облегчает течение металла. На молотах получают поковки различной конфигурации массой до несколько сот килограммов. Среди различных способов повышения рентабельности кузнечноштамповочного производства важное место занимает изготовление поковок на молотах в закрытых штампах (безоблойнная штамповка). Наряду с экономией металла, которая в зависимости от конфигурации поковок достигает от 10 до 30% (и более), снижаются трудоемкость и себестоимость изготовления поковок за счет устранения операции обрезки облоя, высвобождается оборудование (обрезные прессы), отпадает необходимость дорогостоящего обрезного инструмента, а также снижается расход топлива и электроэнергии, уменьшается трудоемкость обработки поковок на металлорежущих станках. Снятие операции обрезки облоя, которая нередко лимитирует работу штамповщика, позволяет увеличить производительность труда на 10 - 20%. Отсутствие облоя при штамповке в закрытых штампах позволяет вести штамповку на молотах меньшей мощности, упрощает конструкцию штампов и уменьшает их себестоимость. Поковки, изготовляемые безоблойной штамповкой, более высокого качества, чем в открытых, за счет лучшего расположения и отсутствия переделанных волокон в месте среза облоя и большой точности размеров поковок в плоскости их разъема. 9 К недостаткам безоблойной штамповки нужно отнести меньшую ее универсальность. В настоящее время штампуют главным образом поковки круглые в плане и можно штамповать поковки с вытянутой осью, имеющие постоянное поперечное сечение по длине. Для штамповки поковок удлиненной формы сложной конструкции со значительной разницей в сечениях требуется подготовка точных фасонных заготовок. Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах наиболее прогрессивный способ получения поковок. По сравнению со штамповкой на молотах он обладает более широкими возможностями механизировать и автоматизировать штамповочные операции. На ГКШП ложно штамповать, поковки различной конфигурации массой до 100 кг в открытых и закрытых штампах. Характер деформирования и течение металла на КГШП несколько иные, чем при штамповке на молотах. При штамповке на молоте заполнение металлом полости ручья штампа обычно происходит за несколько ударов, при штамповке на кривошипном прессе - за один ход ползуна пресса. При штамповке на молоте в момент нанесения ударов вследствие больших скоростей деформирования пластической деформации подвергаются преимущественно верхние слои заготовки, т. е. те объемы металла, которые находятся вблизи контакта с движущимся инструментом. Это способствует лучшему заполнению верхних полостей ручья штампа. При штамповке на прессе в момент нажатия деформации подвергается сразу весь объем заготовки. Объемы металла, прилегающие к поверхности штампа, при сравнительно небольшой скорости деформирования быстро охлаждаются, в результате чего происходит интенсивное течение внутренних слоев металла средней части заготовки от центра к периферии и менее интенсивное заполнение полости ручья штампа по высоте. Это необходимо учитывать при разработке технологического процесса и конструировании штампов. Наиболее целесообразным средством для предотвращения вытекания большого количества металла в облой и более интенсивного заполнения по10 лости ручья прессового штампа является увеличение количества подготовительных ручьев с целью постепенного приближения формы заготовки к форме поковки. В противном случае в облой вытечет, большее, чем положено, количество металла, а полость ручья штампа останется частично не заполненной. Поковки, штампуемые на молоте за один переход, целесообразно штамповать на прессе за два или несколько переходов. При штамповке поковок сложной конфигурации увеличить сопротивление вытеканию металла в облой можно за счет создания "зоны торможения". Для этого следует либо увеличить ширину мостика на 50 - 70%, либо уменьшить на 40 - 50% толщину облоя. Первый способ более простой и применяется чаще, поскольку высоту облоя при штамповке на КГШП можно изменять. При штамповке на молотах заполнение полости ручья верхней части происходит значительно быстрее, нежели полости ручья нижней части штампа; при штамповке на прессах значительной разницы в заполнении полости ручья верхней и нижней частей штампа нет. Различие в действии удара молота и нажатии пресса состоит в неодинаковой продолжительности воздействия штампа на заготовку. Каждый удар молота длится 0,005-0,01с, тогда как на прессе продолжительность единичного обжатия в каждом ручье составляет 0,03-0,08. К недостаткам штамповки на КГШП относятся: - меньшая универсальность в работе по сравнению с молотами. Ввиду жесткого хода ползуна такие операции, как протяжку и подкатку, не применяют; - необходимость очистки заготовок от окалины перед штамповкой, так как деформация происходит за один ход пресса, и вся окалина может заштамповаться в поверхность поковки; - штампы ГКШП более сложные, регулировка их трудоемкая. - Штамповка на гидравлических прессах, вместо штамповки на молотах, применяется, как правило, только там, где не может быть использован молот, а именно: 11 - при штамповке крупных поковок, для которых масса падающих частей самых тяжелых молотов оказывается недостаточной; - при штамповке малопластичных сплавов, не допускающих больших скоростей деформирования; - для различных видов штамповки выдавливанием; - там, где необходим очень большой рабочий ход, например, при глубокой прошивке или протяжке прошитых заготовок. Ввиду большой чувствительности пресса к нецентральной нагрузке, необходимо очень точно рассчитывать центр ручья штампа, и этот центр совмещать с осью пресса, в связи с чем на гидравлических прессах осуществляется штамповка только в одном центральном ручье. Гидравлические штамповочные прессы обладают сравнительно малой скоростью перемещения деформирующего инструмента, поэтому их производительность ниже по сравнению с КГШП, однако они значительно превосходят КГШП по развиваемым усилиям. Их широко применяют для штамповки поковок из легких сплавов. К особо характерным операциям и процессам, выполняемым на гидравлических прессах, относятся: прошивка в закрытой матрице (закрытая прошивка); протяжка через кольца или ролики, применяемая для тонкостенных поковок, которые нельзя изготовлять за одну операцию прошивки; открытая и закрытая (безблойная) штамповка; штамповка выдавливанием. На винтовых прессах изготовляют поковки различных конфигураций; их используют для правки, гибки и калибровки поковок. Наличие выталкивателя создает благоприятные условия для штамповки на фрикционных прессах болтов, заклепок, валиков и им подобных поковок. Важным технологическим преимуществом этих прессов является безопасность в отношении перегрузки. Так как винтовые прессы относятся к оборудованию с нежестким ходом (в отличие от КГШП и ГКМ), то перегрузки, могущие возникнуть при штамповке, не вызывают заклинивание пресса. Штамповка производится в закрытых штампах. 12 На горизонтально ковочных машинах можно штамповать детали определенной конфигурации массой от 0,1 до 150 кг. Основное отличие штампов ГКМ от молотовых и прессовых – это наличие у них двух взаимно перпендикулярных плоскостей разъема: а) между пуансоном и матрицами и б) между неподвижной и подвижной полуматрицами. Штамповка на ГКМ имеет следующие преимущества: - можно легко штамповать детали, которые на другом оборудовании рационально изготовить нельзя, например, поковки типа стержня с фланцем и другие; - достигается экономия металла, так как штамповка производится преимущественно в закрытых штампах, а штамповочные уклоны в ряде случаев отсутствуют; - макроструктура поковок получается благоприятной и обеспечивает высокое качество деталей; - возможно применение вставок для ручьев, чем экономится штамповая сталь; - работа на ГКМ легко автоматизируется. К недостаткам штамповки на ГКМ относятся: - меньшая универсальность по сравнению с молотами и прессами. Номенклатура поковок резко ограничена; - низкая стойкость штампов, которая объясняется рядом причин. Штамп закрытый, поэтому возникают перегрузки в полости ручья; - необходимость очистки нагретого прутка от окалины, так как деформирование происходит за один ход и вся окалина будет заштампована. Изотермическая штамповка. Сущность заключается в том, что формоизменение нагретой заготовки осуществляют в штампе, нагретом до температуры деформации: Т=700-1100°С. Высокотемпературным изотермическим деформированием можно получать поковки из легированных сталей, титановых и жаропрочных сплавов разнообразных конфигураций. Изотермические условия можно создавать в специальных штамповых блоках, позволяющих 13 со сравнительно небольшими затратами энергии нагревать инструмент до температуры деформации. Штамповочными материалами служат литейные жаропрочные сплавы на никелевой основе. Заготовки нагревают в автономном нагревателе или непосредственно в штамповом блоке. Время процесса 3-5 мин. В качестве деформирующего оборудования для изотермической штамповки используют гидравлические прессы с усилием 2,5; 6,3 и 16 МН. Управление прессами - кнопочное. Режимы работы – полуавтоматический и наладочный. Плиты пресса нагревают трубчатыми нагревателями. Большим преимуществом изотермического деформирования является повышение пластичности обрабатываемого металла. Что связано с более полным протеканием разупрочняющих процессов, а также с «залечиванием» микротрещин при пониженных скоростях деформации. Поскольку усилие и работа деформации в изотермических условиях снижаются, соответственно уменьшается количество выделенной в результате деформации теплоты, которая вследствие однородности деформации распределяется в объеме заготовок относительно равномерно. Равномерная деформация заготовки при отсутствии зон затрудненной деформации и локального перегрева из-за теплового эффекта обеспечивает хорошую всестороннюю переработку структуры, высокие прочностные и пластические характеристики металла, уменьшает разброс свойств в объеме заготовок. Точность заготовок, штампованных в изотермических условиях, значительно повышается в результате: - уменьшения упругих деформаций системы пресса – штамп за счет снижения сопротивления деформированию штампуемого металла и усилия штамповки; - уменьшения колебаний температуры деформации и, следовательно, большей стабильности геометрических размеров штампованных поковок; 14 - снижения остаточных напряжении в объеме штамповочной поковки, что уменьшает ее деформацию при остывании и термообработке и улучшает ее качество; - уменьшения толщины дефектного слоя и улучшения качества поверхности поковки в результате меньшего взаимодействия с окружающей средой при снижении температуры деформации и использовании эффективных защитно-смазочных стеклянных покрытий. Особенности изотермического деформирования обуславливает область его применения, которая охватывает в основном следующие технологические процессы: - деформирование малопластичных материалов, практически не поддающихся обработке давлением в обычных условиях; - штамповку заготовок с элементами небольшой ширины, которые в обычных условиях можно получить только с большими напусками; - штамповку поковок повышенной точности, особенно для деталей из дорогостоящих материалов; - штамповку поковок для изделий, к качеству и надежности которых предъявляют повышенные требования. Штамповка в условиях сверхпластичности. Сверхпластичность означает способность металла к большим пластическим деформациям без нарушения внутренней сплошности в изотермических условиях при повышенной температуре и низких усилиях деформации, величина которых зависит от скорости деформации. Для возникновения сверхпластичного состояния материала обычно требуется следующие условия: - ультрамелкозернистая структура с размерами зерен в диапазоне 1-10 мкм; - при температуре деформирования предпочтительнее иметь двухфазную структуру во избежании роста зерен; - эти две фазы должны иметь примерно одинаковую прочность; 15 - температура деформирования должна составлять 0,4-0,7 абсолютной температуры плавления; - малая скорость деформации. Отсюда следует, что эффект сверхпластичности проявляется в гораздо узком температурно-скоростном интервале, чем при изотермическом деформировании. При этом к исходной структуре предъявляются жесткие требования. Оборудование применяется такое же, как и при изотермической штамповке. Высокоскоростная штамповка. Обработке с высокими скоростями деформации подвергают различные материалы, в том числе труднодеформируемые - жаропрочные и титановые сплавы, коррозионно-стойкие стали. Технология высокоскоростной штамповки может быть использована для получения точных поковок с тонкими стенками, с минимальными штамповочными уклонами. При этом значительно снижается трудоемкость последующей обработки заготовок в механических цехах, повышается качество изготовления деталей. Как показала практика, высокоскоростная деформация является одним из путей повышения точности поковок. Технологические возможности высокоскоростной штамповки основываются на ряде особенностей процесса и оборудования: - повышенная (8-20м/с) скорость деформирования, позволяющая сократить длительность процесса штамповки, выполнить его практически без теплообмена, что создает условия для изготовления сложных и точных поковок с тонкими элементами, которые трудно получить на обычных молотах и прессах; - наличие нижнего (или верхнего) выталкивателя с большим ходом и значительным усилием, что позволяет получать поковки с минимальными штамповочными уклонами или без уклона; 16 - повышенная точность дозирования энергии последовательных ударов. На высокоскоростном оборудования фактически можно получить толщину стенок 3-4 мм, точность выполняемых размеров по 6-7-му квалитетам и выше; отдельные элементы поковок (ребра, лопатки) можно выполнить с допуском 0,05-0,1 мм; шероховатость поковок из титановых сплавов и сталей Rz20-Rz25. Высокоскоростная штамповка позволяет обрабатывать различные материалы и сплавы. К преимуществам высокоскоростной штамповки относятся: - деформирование на высокоскоростных машинах проводит к увеличению теплосодержания поковки, таким образом, формообразование происходит в таких тепловых условиях, которые поддерживают в деформируемом материале высокую пластичность; - трение в условиях высокоскоростного деформирования ниже, чем при деформации с обычными скоростями; - Для высокоскоростной штамповки используют специализированное оборудование - высокоскоростные молоты. Скорость инструмента находится в пределах 8-20м/с. К нагреву заголовок на высокоскоростном молоте следует предъявлять более высокие требования, чем при штамповке на обычном оборудовании, т.е. повышенные требования к размерности прогрева, толщины дефектного слоя на поверхности (обезуглероживание у сталей, альфированный слой у титановых лопаток). - Ротационная ковка. - Для получения заготовок наиболее близко приближающимся по конфигурации и размерам к готовой детали применяется ротационная ковка. Этот метод заключается в периодических обжатиях и вытягивании по уступам отрезанной от прутка цилиндрической заготовки в специальных матрицах. Большое число, следующих друг задругам (примерно через 0,01 с), обжатий пластически деформируют заготовку, уменьшая ее поперечное сече17 ние и заставляя металл течь в осевом направлении. Этот метод применим в крупносерийном производстве [1, с. 15]. 1.2 Общие сведения о листовой штамповке 1.2.1 Описание листовой штамповки и классификация процессов При листовой штамповке исходная форма материала пластически изменяется. При этом обеспечиваются требуемые геометрическая точность формы, состояние и качество поверхности. Формоизменение в большинстве случаев осуществляется с помощью основных инструментов - пуансона и матрицы и вспомогательных - прижима, съемника, выталкивателя и т. д. Пуансон вдавливается в деформируемый материал, обтягивается, обтекается или охватывается им. Матрица вбирает в себя, охватывает изменяющий форму материал и пуансон. Поверхность матрицы, по отношению к которой строится и измеряется проем, называется зеркалом матрицы. Зеркало матрицы может быть плоскими и искривленным. Контуром проема матрицы называется линия пересечения поверхности полости с базовой поверхностью. Полость матрицы может быть глухой (с дном) или сквозной в виде отверстия. Если полость сквозная, матрица имеет форму осесимметричного или неосесимметричного кольца. Пуансон и матрицу изготовляют, как правило, из более твердого и прочного материала, чем обрабатываемый материал. Вместе с тем один инструмент - пуансон или матрица - может быть из твердого материала, а другой - из эластичного, легко поддающегося формоизменению. Инструмент называется жестким, если он изготовлен из более твердого материала, чем обрабатываемая заготовка. Исходный материал, предназначенный для последующей обработки в виде тела определенной формы, называется заготовкой [2, с.9]. 18 В зависимости от толщины листа (заготовки) s листовая штамповка условно делится на следующие группы: - тонколистовую штамповку (s < 4 мм); - нормальную (s = 4…15 мм); - толстолистовую (s > 15…20 мм). Толстолистовая штамповка, как правило, производится с нагревом заготовки. С нагревом заготовки перед штамповкой производится также листовая штамповка ряда сплавов, которые обладают пониженной деформируемостью, таких, например, как некоторые титановые сплавы. Все процессы листовой штамповки могут быть разбиты на следующие основные группы операций: 1. разделительные; 2. формоизменяющие; 3. прессовочные; 4. комбинированные; 5. штампосборочные. При разделительных операциях материал заготовки доводится до разрушения, а при формоизменяющих операциях изменяется форма и размеры заготовок, при этом деформирование заготовки не должно сопровождаться разрушением. Кроме так называемых классических способов штамповки, в которых штамповочные операции производятся жестким, как правило, твердым металлическим инструментом, существуют способы листовой штамповки с помощью различных сред и полей. Такими способами являются: - электрогидравлическая штамповка, которая основана на использовании ударной волны, получаемой в результате электрическо- го разряда в жидкости; - штамповка взрывом — основана на использовании энергии взрывной волны, передаваемой на деформируемую заготовку через воздух или жидкость; 19 - магнитно-импульсная штамповка — с использованием сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в стенке обрабатываемой заготовки при пересечении их силовыми линиями магнитного поля и самим импульс- ным полем, в результате чего возникают импульсные механические силы, деформирующие заготовку. Эти способы листовой штамповки возникли в связи с интенсивным развитием судостроения, авиационной и ракетной техники, энергетического и химического машиностроения, что тесно связано с обработкой труднодеформируемых высокопрочных и жаропрочных металлов и сплавов, а также с постоянно увеличивающимися размерами вновь проектируемых деталей машин и ракет [2, с. 11]. Оборудование для листовой штамповки можно условно разделить на две группы: основное и вспомогательное (рисунок 1.1). Рисунок 1.1 – Классификация оборудования для листовой штамповки 1.2.2 Разделительные операции листовой штамповки К разделительным операциям относятся: - отрезка - полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига; - разрезка - разделение заготовки на части по незамкнутомву контуру (с отходом и без отхода); - надрезка - неполное отделение части заготовки путем сдвига; 20 - обрезка - удаление излишков металла (припусков, облоя) путем сдвига; - вырубка - полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига; - пробивка - образование в заготовке отверстия или паза путем сдвига с удалением части металла в отход; - проколка - образование в заготовке отверстия без удаления металла в отход; - зачистка - удаление технологических припусков с помощью штампа с образованием стружки для повышения точности размеров и уменьшения шероховатости штампованной заготовки; - высечка - полное отделение заготовки или изделия по замкнутому контуру путем внедрения инструмента в материал исходной заготовки; - просечка в штампе - образование отверстия в заготовке путем внедрения инструмента с удалением части материала в отход. 1.2.3 Формообразующие операции листовой штамповки Листовой штамповкой путем изменения формы листовой заготовки изготовляют самые разнообразные необходимые в технике и быту детали: металлическую посуду, детали автомобилей, тракторов, самолетов, вагонов, ракет, консервные банки и детали различных резервуаров и котлов, детали морских судов, части велосипедов и мотоциклов и др. Трудно перечислить даже основные детали, получаемые листовой штамповки, настолько их сортамент многообразен. Это предопределяет и многообразие видов формоизменяющих операций листовой штамповки. Выделим только их основные виды [2, с. 96]. В листовой штамповке применяют следующие основные виды формоизменения заготовки: гибку, вытяжку, ротационную вытяжку, обтяжку, местную формовку, отбортовку, обжим, раздачу. 21 Гибка — формоизменение, основное назначение которого состоит в изменении кривизны всей или части заготовки в плоскости гибки. Вытяжка — формоизменение листовой заготовки в чаше или коробкообразную оболочку или заготовки в виде такой оболочки в более глубокую оболочку. Ротационная вытяжка — формоизменение вращающейся круглой листовой заготовки в осесимметричную оболочку или заготовки в виде такой оболочки в оболочку другой формы и толщины. Обтяжка — формоизменение листовой заготовки в оболочку, состоящее в ее растяжении и одновременном обтягивании по пуансону. Местная формовка — формоизменение относительно небольшого участка листовой заготовки. Отбортовка — формоизменение, при котором часть листовой заготовки, расположенная вдоль ее замкнутого или незамкнутого контура, под действием пуансона смещается в матрицу, одновременно растягивается, поворачивается и превращается в борт. Раздача — формоизменение трубы, в результате которого удлиняется и расширяется контур поперечного сечения на отдельном кольцевом участке или по всей ее длине. Обжим — формоизменение полой цилиндрической заготовки в целях уменьшения поперечных размеров краевой ее части. 22 2 Алгоритм работы в модуле горячей и листовой штамповки 2.1 Работа в модуле Hot forging Создание нового прокта. Запускаем Simufact Forming с помощью ярлыка на рабочем столе. После запуска появляется главное окно. Создаём новый проект и выбираем модуль «Hot forging» (рисунок 2.1). Рисунок 2.1 – Выбор модуля горячей штамповки После открытия окна модуля настройки процесса (рисунок 2.2) выбираем из списка тип процесса – ковка (forging) и подтверждаем значения, предварительно установленные в шаблоне ковки: 1. Тип процесса: ковка (общий). 2. Тип моделирования: 3D. 3. Тип решателя: (FV) Конечный объем высшего порядка. 4. Температура окружающей среды: 50,0 ° C. 5. Плашки: измените количество с 2 на 0. Нажимаем кнопку Ок. Рисунок 2.2 – Настройка модуля процесса Моделирование процесса. Название процесса. Стало доступно главное окно программы Simufact Forming. Про23 грамма автоматически устанавливает базовые элементы для каждого процесса моделирования в окне дерева процессов. Каталог объектов находится посередине, а справа – представление модели. Основными элементами каждого задания моделирования в дереве процессов слева являются: заготовка; температура окружающей среды; формование. Эти элементы необходимо указать для создания процесса моделирования. При начале работы над новым проектом, необходимо присвоить процессу уникальное имя. Это можно сделать либо левой кнопкой мыши (ЛКМ), щелкнув параметр ForgingFv3D, когда он уже выделен, или щелкнув его правой кнопкой мыши и выбрав «Переименовать». Импорт геометрии Изначально необходимо импортировать или создать геометрию для штампов и заготовки. Для этого необходимо перейти в подменю геометрия в меню вставка или щелкните правой кнопкой мыши каталог объектов и выбрать геометрия. Предлагаемые файлы геометрии для этой модели имеют формат *.stl, поэтому необходимо использовать опцию из файла (рисунок 2.3). Рисунок 2.3 – Импорт геометрии модели После этого откроется диалоговое окно Открыть файл. Затем необходимо перейдите в папку Примеры в каталоге установки Simufact Forming. Файлы геометрии находятся в C:\ProgramFiles\simufact\forming\16.0\sfForming\examples\hot_forging \quicstart\quickstart-FV\CAD-Daten. 24 Необходимо выбрать три файла: Lower, Preform и Upper (рисунок 2.4). Рисунок 2.4 – Выбор файловой геометрии При возникновении предупреждающего сообщения (рисунок 2.5) необходимо нажать на кнопку OK. Рисунок 2.5 – Окно с предупреждением при выборе единиц длины После этого три геометрических объекта (Lower, Preform и Upper) должны появятся в каталоге объектов. Настройка пресса: Необходимо выбрать меню Вставка (или нажать правой кнопкой мыши (ПКМ) в каталоге объектов) и выбрать Пресс – Вручную (рисунок 2.6). 25 Рисунок 2.6 – Выбор параметров пресса Затем в разделе Тип пресса необходимо выбрать Гидравлический пресс. В разделе Тип гидравлического пресса необходимо выбрать Постоянная скорость. Единица измерения должна быть mm/s, затем необходимо ввести скорость – 100 и нажать на кнопку OК (рисунок 2.7). Рисунок 2.7 – Задание параметров гидравлического пресса Затем необходимо назначить объект пресса только процессу в окне дерева процессов. После назначения процессу один или несколько компонентов штампа могут быть назначены прессу (рисунок 2.8). Рисунок 2.8 – Назначение процессу типа пресса Настройка штампов в дереве процессов: Создание штампов (компонентов) в дереве процессов и задание геометрии пресса могут быть выполнены одной операцией. Для этого необходимо нажать ПКМ на имени процесса в окне дерева процессов и выбрать па26 раметр Вставить – Штампы – используя существующие модели. В открывшемся диалоговом окне необходимо изменить тип по умолчанию на Жесткий штамп с теплопроводностью. В графе присоединить к процессу необходимо изменить тип на Hydraulic только для верхней матрицы Upper (рисунок 2.9). Рисунок 2.9 – Добавление штампов из существующей геометрии После этого нажимает на кнопку OK. Также параметру заготовки Workpiece необходимо задать геометрию Preform путем ее перетаскивания с помощью ЛКМ. Оставшиеся инструменты Die и Die-2 при необходимости можно удалить. Дерево модели изображено на рисунке 2.10. Рисунок 2.10 – Дерево модели и вид процессов после назначения штампов Верхняя и нижняя матрицы и заготовка уже правильно расположены в файлах *.stl, поэтому после импорта в Simufact Forming их не нужно снова позиционировать. 27 Ориентацию модели в рабочей области можно изменить тремя кнопками мыши: с помощью ЛКМ можно переместить модель. Прокрутка колесика мыши приведет к увеличению / уменьшения масштаба изображения модели. Нажатие и удерживание ПКМ приведет к повороту модели. Назначение материалов: После импорта и назначения геометрических объектов соответствующим компонентам, должны быть импортированы или созданы материалы штампов и заготовки. Если матрице не назначен материал, программа по умолчанию назначит ей штамповой стали H13 Die Steel с соответствующей плотностью и термическими свойствами. Таким образом, для проведения моделирования процесса необходимо назначить материал для заготовки. Для этого необходимо выбрать меню Вставка (или нажать ПКМ в каталоге объектов) и выбрать Материал. Существует три способа импорта информации о материалах: Вручную, Из библиотеки и Зашифрованные. Для компьютерного моделирования процесса получения заготовки лопатки ГТД методом горячей штамповки необходимо использовать титановый сплав TiAl6V4_h1, который находится в библиотеке материалов (рисунок 2.11 и 2.12). Рисунок 2.11 – Выбор материала для заготовки из библиотеки материалов 28 Рисунок 2.12 – Титановый сплав TiAl6V4_h1 в библиотеки материалов В Simufact Material можно ввести имя материала TiAl6V4_h1, для более быстрого его поиска. Двойной щелчок по материалу откроет дополнительное окно с дополнительными свойствами данного материала. Необходимо нажать OK в Simufact Material, для импорта этого материал в каталог объектов под названием «DB.TiAl6V4_h1». В каталоге объектов можно дважды щелкнуть по материалу или нажать ПКМ и выбрать Свойства, чтобы открыть диалоговое окно со свойствами материала. В этом диалоговом окне можно редактировать свойства материала. Затем используем операцию Drag & Drop, чтобы назначить этот материал заготовке в дереве процессов. Определение трения: Для титанового сплава при горячей штамповке Simufact Forming предлагает предварительно заданное трение в библиотеке Simufact master. Для того, чтобы импортировать этот объект трения из библиотеки, необходимо нажать ПКМ в каталоге объектов и выбрать Трение. Из библиотеки (рисунок 2.13). В открывшемся диалоге необходимо нажать кнопку слева от bulk, затем выбрать параметр hot titanium-hot-medium (рисунок 2.14). 29 Рисунок 2.13 – Выбор параметра трения из библиотеки Рисунок 2.14 Выбор параметра titanium-hot-medium Затем необходимо нажать Импорт, и этот объект трения отобразится в каталоге объектов. Используя возможность перетаскивания компонент трения необходимо назначить для каждого компонента штампа (рисунок 2.15). 30 Рисунок 2.15 – Назначение трение всем компонентам штампа Назначение температур: Заключительный этап подготовки штампов и заготовки – определение температур. Для этого необходимо дважды нажать на значок корневой компонент Температура среды в дереве процессов, а затем установите температуру 20 °C. Это также можно изменить в диалоговом окне определения процесса (рисунок 2.16). Рисунок 2.16 – Назначение температуры среды Затем необходимо назначить температуру для штампа. Для этого требуется нажать ПКМ в каталоге объектов и выбрать Нагрев – Штамп – Вручную (рисунок 2.17). Затем в открывшемся диалоговом окне необходимо ввести следующие значения (рисунок 2.18): 1) начальная температура штампа: 380 °C; 2) коэффициент теплопередачи в окружающую среду: 50 Вт/(м2•K); 3) коэффициент теплопередачи к заготовке: автоматический; 31 4) коэффициент излучения для теплового излучения в окружающую среду: 0,25. Рисунок 2.17 – Назначение температуры для штампа Рисунок 2.18 – Задание параметров для температуры штампа После нажатия кнопки ОК назначьте его обеим частям штампа (или вместо этого поместите его в процесс) (рисунок 2.19). В том же каталоге объектов необходимо выбрать подменю Заготовка и ввести следующие значения (рисунок 2.20): 1) температура заготовки начальная: 930 °C; 2) коэффициент теплопередачи в окружающую среду: 50 Вт/(м2•K); 3) коэффициент излучения для теплового излучения в окружающую среду: 0,25. 32 Рисунок 2.19 – Назначение температуры обеим частям штампа Рисунок 2.20 – Задание параметров температуры для заготовки Используя операцию перетаскивания, необходимо назначить созданную температуру заготовке (рисунок 2.21). Рисунок 2.21 – Назначение температуры заготовке 33 Следующим шагом является установка параметров сетки и исправления сетки для заготовки. Настройка параметров сетки: Компонент Preform требует начальной поверхностной сетки и критериев исправления сетки для процесса моделирования. Необходимо дважды нажать на значок поверхностной сетки (Surface mesh) или нажать на его ПКМ и выбрать Показать / создать сетку. В открывшемся диалоге начального построения сетки уже имеется предварительно рассчитанный размер элемента для поверхности сетка. Необходимо использовать это значение и нажать на кнопку Создать начальную сетку (рисунок 2.22). Рисунок 2.22 – Установка параметров сетки Данная операция создает поверхностную сетку для заготовки. В этом диалоговом окне также отображается сетка, представляющая сетку конечного объема, используемая для процесса моделирования. Размер элемента конечного объема может быть установлен слева внизу этого диалогового окна. Заданное значение составляет 3,45765 мм, что является предварительно рассчитанным значением по умолчанию. Затем необходимо нажать на кнопку ОК и ответить Да для использования этих параметров для переназначения сетки. После этого в каталоге объектов будет автоматически создан объект Surfacemesh, который уже назначен заготовке. Настройка параметров формовки: 34 В дереве процессов располагается элемент с именем Формование. Это комбинированный параметр, в котором можно внести окончательные изменения в процесс моделирования. Перед тем, как настраивать параметры в элементе управления формованием, необходимо определить 2 вспомогательные точки на Верхней и Нижней части пресс-формы. Эти точки будут использоваться для определения фактического хода, который должен использоваться при процессе моделирования. Необходимо перейти в раздел меню Инструменты и выбрать Создать точку. Сначала необходимо выбрать точку на верхней матрице, обозначенной красным цветом, и нажать кнопку Добавить в окне Задать точки (рисунок 2.23). Рисунок 2.23 – Задание первой точки на верхней матрице Затем, аналогично, необходимо точку на нижней матрице и нажать кнопку Добавить в окне Задать точки (рисунок 2.24). Рисунок 2.24 – Задание второй точки на нижней матрице 35 Затем необходимо выйти из диалогового окна Задать точки, нажав кнопку Закрыть. Необходимо дважды нажать элемент управления Формование (или нажать ПКМ и выбрать Свойства) и перейти во вкладку Ход. Затем необходимо нажать на кнопку Задайте ход и в появившемся диалоговом окне требуется задать точки P1 и P2, а также ввести расстояние 6,057 мм при 100% ходе (рисунок 2.25). Рисунок 2.25 – Определение расстояние фактического хода Фактический ход, который будет использоваться при моделировании, будет рассчитан на основе этой информации. Заданные точки будут перемещаться вместе с матрицами. Таким образом, ход можно легко изменить, если необходимо рассчитать вариант процесса с другой прессформой. В случае необходимости фактический ход необходимо переопределить с помощью той же операции после изменения процесса. Он не обновляется автоматически. Запуск процесса моделирования: Для запуска процесса моделирования необходимо нажать на кнопку Выполнить на панели инструментов моделирования в нижней части графического интерфейса. Simufact Forming автоматически проверит подготовленную задачу на наличие ошибок. В случае отсутствия ошибок и 36 правильности настройки процесса появится система выдаст окно со следующей информацией (рисунок 2.26). Рисунок 2.26 – Проверка корректности настройки задачи и запуск расчета После нажатия кнопки Запуск анализа Simufact Forming начинает процесс моделирования. Пользователь может контролировать прогресс в строке состояния на панели инструментов Simulation. Процесс расчета может занять некоторое время, в зависимости от технических характеристик компьютера. Программа автоматически импортирует и сохраняет результаты во время расчета. Анализ результатов моделирования: Как только индикатор выполнения расчета достигнет 100%, процесс моделирования завершается. Можно начать с визуализации и интерпретации результатов моделирования. Важно обратить внимание, что кнопки Анимация и График истории на панели инструментов процесса доступны для пост-обработки. Кнопка Анимации откроет окно результатов, в котором можно анимировать весь процесс формования. При нажатии на кнопку График истории открывается новое окно для графиков, в котором представлены результаты сил, моментов и скоростей штампов и объема, максимальная и минимальная температуры и т.д. Кроме того, в дереве процессов появился новый значок, показывающий, что результаты для данного процесса до37 ступны. Просмотр результатов: Нажмите кнопку Анимация на панели инструментов процесса, чтобы открыть окно результатов анимации. В открывшемся окне результатов отображается последний результат. Щелкните правой кнопкой мыши Upper или Lower в окне результатов, затем в открывшемся меню выберите способ отображения. Теперь результат просмотра будет выглядеть, как на рисунке 2.27. Рисунок 2.27 – Результат конечного шага пластических деформаций заготовки лопатки На панели управления есть возможность выбрать один из многочисленных результатов моделирования для последующего анализа. В списке в качестве примера было выбрано значение Температура. Двойным щелчком ЛКМ по легенде или нажатие ПКМ и выбор Открыть позволяет перейти в диалоговое окно настроек цветовой легенды. Затем щелкните ПКМ в любом месте рабочей области, а затем в открывшемся меню выберите Измерение. В открывшемся диалоговом окне свойств плоскости сечения нажмите кнопку плюс, чтобы добавить плоскость отсечения (рисунок 2.28). 38 Рисунок 2.28 – Настройка выбора плоскости сечения Графики: Графическое отображение результатов моделирования показывает переменную, как функцию времени, хода, расстояния, шага решателя. Данные хронологии генерируются для каждой определенной детали. Пользователь может построить график перемещения штампа, скорости и нагрузки. Перемещая курсор по XY-кривой, вы можете запросить фактические значения. Сюжет истории активируется щелчком по кнопке Отображение графиков на панели инструментов моделирования. Далее необходимо нажать на имя процесса в дереве процессов, чтобы выбрать весь процесс, затем нажмите кнопку Отображение графиков на панели инструментов Simulation. После этого откроется окно сюжета истории. По умолчанию в нем отображаются силы Z для верхней и нижней матрицы в зависимости от времени (рисунок 2.29). Рисунок 2.29 – Графические зависимости силы вдоль оси Z от времени для верхней и нижней матрицы 39 2.2 Работа в модуле Sheet metal forming Чистовая вырубка это процесс точной вырезки заготовки, который используется для производства высокоточных заготовок с очень малыми допусками. В отличие от вырубки, заготовка зажимается с помощью отражательного кольца между доской с матрицей и прижимом. Целью моделирования является изучение потока материала в зоне вырубки. Начнём с выбора прикладного модуля листовой штамповки (рисунок 2.30). Рисунок 2.30 - Выбор модуля : Формование листов Выбираем формование листов, тип моделирование 2D осесимметричный, холодный и количество штампов 0 (рисунок 2.31). Рисунок 2.31 – Настройка модуля процесса Переименуйте вновь созданный процесс из имени по умолчанию в fineblanking-2D. Выбираем Геометрия/CAD import (рисунок 2.32). 40 Рисунок 2.32 Вызов САD-просмотр Переходим в каталог САD и выбираем IGES файлы. Нужно убедиться,что единицы измерения мм. C:\ProgramFiles\MSC.Software\SimufactForming\simufact\forming\16.0\sf Forming\examples\sheet_forming\cutting\fine\CAD (рисунок 2.33) Рисунок 2.33 – Диалог открытия файла В следующем окне настраиваем точность огранки поверхности. Можно использовать автоматически заданный размер грани многогранника провеса. Кнопка предварительного просмотра может быть использована для обзора размеров (рисунок 2.34) 41 Рисунок 2.34 - САD-просмотр Нужно убедиться, что перед началом импорта активна опция использовать имена файлов. Через некоторое время диалоговое окно CAD импорта закрывается и сгенерированные геометрические объекты появляются в каталоге объектов. Заготовка не входит в СAD данные, но её можно сгенерировать с помощью функции Autoshape. Выбираем Geometry/Basic share (рисунок 2.35). Рисунок 2.35 – Выбор геометрии Определяем параметры следующим образом. Угол сегмента получается из 360°/17 = 21,176° (рисунок 2.36). 42 Рисунок 2.36 – Создание базовой формы После закрытия диалогового окна объект геометрии появится в каталоге объектов. Переименовываем его. Процесс формовки требует пресса, который определяем следующим образом Press/Manual (рисунок 2.37) . Рисунок 2.37 – Выбор пресса Выбираем гидравлический пресс, указываем скорость 10 мм/с и закрываем диалоговое окно. Переименовываем (рисунок 2.38) Рисунок 2.38 – Определение пресса : Гидравлический пресс 43 Следующим действием назначаем пресс и все геометрические объекты дереву процессов. Для этого нажимаем fine-blanking-2D/Insert/Dies/from existing geometries (рисунок 2.39) Рисунок 2.39 – Назначение пресса Для штампов и пресса выберите следующие настройки: (рисунок 2.40 и 2.41). Рисунок 2.40 – Выбор штампа 44 Рисунок 2.41 – Дерево процессов, назначенное всем объектам геометрии Как только геометрические объекты (пресс, штампы и заготовка) назначаются дереву процесса, они появляются в представлении модели. Нажатие кнопки координатная ось показывает их положение по отношению к нулевым плоскостям. Нужно убедиться что они расположены правильно: (рисунок 2.42). Рисунок 2.42 – Исходное положение после импорта Сначала поверните заготовку вперед вокруг глобальной оси Z. Угол поворота равен углу полусегмента заготовки (360°/17/2 = 10.588°). Вызываем 45 диалоговое окно positioning и устанавливаем параметры: (рисунок 2.43 и 2.44). Рисунок 2.43 – Окно позиционирования Рисунок 2.44 – Определение оси и угла поворота Штампы должны быть расположены в направлении Z. Желательно использовать автоматическое положение. Прежде чем начать с него, все попадания компонентов должны быть очищены. Переходим в меню позиционирования. Сначала переводим Counterpunch and DiePlate на величина 1мм вверх в направлении z, а пуансон вниз на -1 мм. После завершения этого процесса все элементы расположены как на рисунке 2.45. 46 Рисунок 2.45 – Новая позиция модели Теперь автоматическое позиционирование можно запустить с помощью positioning. Нажимаем и открываем диалоговое окно. Убедитесь, что выбран режим позиционера как трансформация и режим поступательного перемещения. Если это так, то позиционирование можно начать, нажав на стрелку, которая указывает направление предполагаемого движения. Поскольку геометрия находится в новом положении, вы получите сообщение "перемещено в новое положение" (рисунок 2.46). Рисунок 2.46 – Позиционирование прижима Повторяем тоже самое для других деталей. В конце концов все детали должны касаться с заготовкой (рисунок 2.47). 47 Рисунок 2.47 – Модель после позиционирования Теперь позиционирование для этой модели закончено. Мы продолжим с определением параметров процесса. Следующая задача это определить тепловые свойства. Создайте" тепловые " объекты как для заготовки, так и для штампов, вызвав соответствующие диалоговые окна. Оставьте предопределенные параметры в полях и закройте диалоги с помощью кнопки " ОК" (рисунок 2.48 и 2.49). Рисунок 2.48 - Вызов и определение тепловых свойств штампов 48 Рисунок 2.49 - Вызов и определение тепловых свойств заготовки Поскольку все стороны имеют одинаковые тепловые свойства, вы можете перетащить объект нагрева штампа на значок процесса. Simufact Forming затем автоматически назначит тепловой объект каждому штампу. Теперь создаем объект трения. В этом примере вы можете использовать режим спецификации автоматический и масштабный коэффициент трения равный 0,10 (рисунок 2.50). Рисунок 2.50 – Диалоговое окно трения Теперь пришло время выбрать набор данных материала из базы данных и назначить его заготовке. База данных материалов вызывается следующим образом (рисунок 2.51). 49 Рисунок 2.51 – Вызов базы данных материала Чтобы быстро найти материал, вы можете воспользоваться функцией поиска. Введите s315mc в поле поиска. Выделите найденный материал и примите его с помощью кнопки "ОК", чтобы закрыть диалоговое окно и импортировать в каталог объектов. Дважды щелкните на созданный материальный объект, чтобы проверить данные. Всегда следует проверять. Как вы можете видеть, аналитическая формула дает данные в диапазоне от 20°C до 500°C, что вполне достаточно (рисунок 2.52). Рисунок 2.52 – Кривая пластического деформирования Закройте диалоговое окно и перетащите материальный объект на заготовку. В этом примере набор штампов содержит держатель заготовки с пружинным управлением. Для этого в каталог объектов необходимо добавить ручную штамповую пружину (рисунок 2.53). 50 Рисунок 2.53 – Установка ручной штамповой пружины Чтобы держатель заготовки мог двигаться в направлении формования, определите освобожденную пружину с максимальным смещением 2 мм в направлении Z. Жесткость составляет 10 Н / мм, а усилие -100 кН (рисунок 2.54). Рисунок 2.54 – Определение пружины держателя заготовки Дайте имя объекту 100kN и перетащите его на значок пустого держателя в дереве процессов. Пуансону тоже нужна пружина. Повторите процедуру, но используйте начальное усилие 50 кн, жесткость 10 Н / мм и допускайте смещение на 2 мм в положительном направлении Z. После этого переименуйте объект spring в 50kN и назначьте этот объект counterpunch в дереве процессов (рисунок 2.55). 51 Рисунок 2.55 – Дерево процессов Откройте свойства пружины встречного удара 50kN еще раз и установите ссылку на DiePlate . Учитывая, что для создания двумерной осесимметричной модели используется неосесимметричная заготовка, важно проверить положение двумерной плоскости резания. Дважды щелкните по дереву процессов. Появится окно, в котором вы можете установить ось вращения и определить угол для плоскости резания (рисунок 2.56). Рисунок 2.56 - Определение 2D плоскостей резания Вариант слева предполагает, что анализ проводится в плоскости, где вырезается максимальный радиус заготовки, в варианте справа-минимальный радиус. Используем только угол 100,588°. Закройте окно с помощью кнопки " ОК " и вызовите помощника по сетке двойным щелчком мыши в дереве процессов. В зависимости от выбранной плоскости резания результирующий 2D-контур должен быть зацеплен. Выберите сетки Quadtree, чтобы извлечь 52 выгоду из его режущих особенностей, и введите размер элемента 0,15 мм (рисунок 2.57). Рисунок 2.57 – Диалог создания сетки Перейдите на вкладку поля уточнения. (Вставка 1) и еще один для уточнения площади ударного кольца (вставка 2). Нажатие кнопки плюс и Carte- sian (Full) вставка новой коробки. Установите уровень уточнения на 2 (рисунок 2.58). Введите следующие координаты для Box1: x1=13; x2=14; z1= -1; z2=1. Введите следующие координаты для коробки 2: x1=18; x2=20; z1= -1; z2=1. Рисунок 2.58 – Определение уточняющих ящиков Выполняем генерацию сетки . При закрытии диалогового окна примите решение создать сетку конечных элементов. Объект автоматически появится в каталоге объектов, который также автоматически назначается заготовке в дереве процесса. Теперь параметры сетки конечных элементов должны быть изменены. Поэтому откройте диалоговое окно двойным щелчком мыши и измените параметры в 53 соответствии со следующим рисунком и откройте меню "пробивка", чтобы настроить параметры для операции вырубки (рисунок 2.59). Рисунок 2.59 – Создание сетки конечных элементов В раскрывающемся списке выберите пункт обрезка в режиме формирования. Вы должны определить расстояние среза. Когда расстояние между штампами достигает расстояния среза, начинается операция обрезка и выполняется разделение сетки по кратчайшей линии между штампами. В большинстве случаев небольшие кромки образуются из-за продолжающегося движения пуансона. Наконец, под формирующим контролем должны быть установлены некоторые параметры анализа. Чтобы открыть диалоговое окно, дважды щелкните на нем в нижней части дерева процессов. Измените настройки следующим образом: 1. Ход: определите ход в 1,3 мм (рисунок 2.60). Рисунок 2.60 - Управление ходом 2. Активирование только подстанций 3, 4 и 5 и установка 3 временных шага для подстанций 4 и 5 (рисунок 2.61). 54 Рисунок 2.61 – Формирующий контроль Чтобы начать симуляцию, нажмимаем кнопку. В диалоговом окне отправка задания нажмите кнопку Начать анализ, чтобы начать анализ на локальном компьютере (рисунок 2.62). Рисунок 2.62 – Запуск моделирования Постпроцессор 2D Откройте представление результатов, дважды щелкнув по дереву процессов. Для 2D-процессов существует дополнительная функция расширения 2D-данных до 3D-вида. Эту функцию можно активировать с помощью кноп55 ки. Однако для наблюдения за режущей кромкой рекомендуется использовать 2D-вид. Выбрав в качестве результирующего значения эффективную пластическую деформацию (рисунок 2.63). Рисунок 2.63 – Эффективная пластическая деформация 2D Для преобразования 2D-процесса в 3D-процесс необходимо внести лишь некоторые незначительные изменения. Чтобы сохранить исходную 2Dмодель, создайте копию существующего процесса без результатов (рисунок 3.39). Рисунок 2.64 – Копирование процесса Введите имя. Таким образом, необходимо выполнить следующие шаги: 1. Переключение типа процесса с 2D на 3D 2. Добавление плоскостей симметрии 3. Адаптация сетки. Сетки квадратичных деревьев, которые использовались до сих пор, являются двумерными сетками. Он будет заменен наложением-шестигранными сетками, которые могут создавать трехмерные ше- 56 стигранные элементы. Определение полей уточнения также должно быть изменено на 3D. 4. Добавление подэтапа. 3D-сетки не поддерживают min. критерий толщины резки. Для обрезки лома необходимо использовать булеву подложку обрезки. Начните с изменения типа процесса. Дважды щелкните процесс fineblanking-3D. Перейдите в режим 3D и закройте диалоговое окно (рисунок 2.65). Рисунок 2.65 - Изменение типа моделирования с 2D осесимметричного на 3D Следующий шаг-определение плоскостей симметрии. Поэтому включаем 3D процесс и открываем диалоговое окно плоскость симметрии (рисунок 2.66). Чтобы определить плоскости симметрии, нажимаем на две пересекающиеся плоскости сегмента (рисунок 2.67). Рисунок 2.66 - Вызов диалогового окна плоскость симметрии 57 Рисунок 2.67 - Определение Плоскостей Симметрии Закрываем диалоговое окно, нажав кнопку ОК, и плоскости исчезнут. При определенных плоскостях симметрии усилия пружины и пресса автоматически масштабируются до угла сегмента. Поэтому угол сегмента измеряется автоматически. Открываем окно управления (рисунок 2.68). Рисунок 2.68 – Управление формированием Угол 21,1765°.Теперь мы должны разобраться с сетками. Дважды щелкните по дереву процессов. Измените сетки на шестигранную сетку, а размер элемента - на 0,2 мм. 58 Прежде всего, удалите все существующие поля уточнения, которые также скопированы из предыдущего 2D-моделирования. Определение полей уточнения в 3D немного сложнее из-за более сложной геометрии резки, но способ в основном тот же. Определяем параметры коробок. Далее создаём новую сетку (рисунок 2.69). Рисунок 2.69 – Шестигранная сетка с уточняющими коробками Нажимаем ок. Далее подтверждаем действие нажав кнопку да. Далее мы должны добавить булеву обрезную матрицу в дерево процессов. 1. Добавить жёсткую форму в дерево процессов (рисунок 2.70). Рисунок 2.70 – Добавление новой матрицы в процесс 2. Переносим объект геометрии обрезки и объект температуры на новую матрицу. Модель (рисунок 2.71). 59 Рисунок 2.71– Финальная модель 3. Открываем окно управления, ставим галочку trimming. Во всплывающем окне нажимаем добавить, указываем ход 0,95 мм и устанавливаем тип обрезки Boolean (рисунок 2.72). Рисунок 2.72 – Определение подэтапов обрезки В данном случае нет объекта трения. Далее начинаем симуляцию. Постпроцессор 3D Действия выполняются аналогично 2D (рисунок 2.73). Рисунок 2.73 – Эффективная пластическая деформация 3D. 60 Для отображения сил используем кнопку с графиками, чтобы открыть диалоговое окно графика истории. Выбираем stroke в меню x-axis. Сила автоматически масштабируется до полной геометрии 360 градусов (рисунок 2.74). Рисунок 2.74 - Диаграмма 61 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящее время как в объемной, так и в листовой обработке металлов давлением (ОМД) находит широкое применение виртуальное компьютерное моделирование процессов, в основе которого лежит комплексное использование современного программного обеспечения. Компьютерный анализ процесса штамповки позволяет снизить финансовые и временные затраты, повысить эффективность, качество и надежность разрабатываемой продукции. Происходит экономия материалов, энергоносителей, рабочего времени, сохраняется оборудование. При этом для моделирования процессов штамповки прогнозируется поведения металла под воздействием деформирующих нагрузок и условий деформирования. 62 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Шулепов А.П., Трухман И.М. , Шитарев И.Л. , Проектирование заготовок деталей авиационных двигателей, получаемых методами горячего объёмного деформирования, Самара 1998. – 57с. 2. Бурдуковский В.Г. , Технология листовой штамповки, 2018. – 221 с. 3. СТО 02068410-004-2018. Общие требования к учебным текстовым документам. – Самара, Самарский университет 2018. – 36 с. 4. Руководство пользователя Simufact. 63
