Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор теоретических, технологических и организационно-технических задач производства штамповкой полуфабрикатов рационального профиля 9
1.1. Методы получения панелей 9
1.2. Методы расчета формоизменения в процессах обработки металлов давлением 15
1.3. Дефекты и методы их устранения 24
1.4. Физические методы моделирования пластического формоизменения 28
Цель и задачи исследования 35
Глава 2. Исследование процесса пластической деформации металла с использованием численного метода конечных элементов 37
2.1. Использование модели Ананда для исследования процессов объемной штамповки 37
2.2. Применение МКЭ к решению задачи о плоской осадке слоя материала с выдавливанием 42
2.3. Численное моделирование осадки слоя материала с выдавливанием в полость штампа под ребро жесткости 44
Выводы 55
Глава 3. Изучение влияния геометрических параметров штампа на образование утяжины 56
3.1. Исследование влияния величины радиуса сопряжения на образование утяжины 57
3.2. Исследование влияния ширины полости штампа под ребро жесткости на образование утяжины 66
3.3. Влияние соотношения геометрических параметров поковки на образование утяжины 74
3.4. Лабораторная штамповая оснастка 77
3.5. Физическое моделирование плоской осадки металла с выдавливанием в полость штампа под ребро жесткости 83
Выводы 87
Глава 4. Исследование процесса плоской осадки заготовки методами математического планирования экспериментов 88
4.1. Использование полного факторного эксперимента 2гс равномерным дублированием опытов 88
4.2. Построение линейной модели эксперимента 93
4.3. Построение симметричного композиционного рототабельного плана второго порядка 96
4.4. Анализ полученной квадратичной модели, сопоставление расчетных и экспериментальных данных 101
Выводы 108
Глава 5. Разработка методики проектирования процесса получения поковок с односторонним ортогональным оребрением в клещевом штампе 109
5.1. Способ получения панелей с продольными и поперечными ребрами жесткости 109
5.2. Разработка конструкции лабораторного клещевого штампа 111
5.3. Конструирование гравюры штампа 113
5.4. Численное моделирование процесса штамповки панелей соребрением 116
5.5. Определение размеров заготовки 126
5.6. Исследование процесса штамповки в условиях лабораторного эксперимента 127
Выводы 130
Глава 6. Опытно-промышленное опробование результатов исследований 132
6.1. Определение размеров исходной заготовки для получения поковки диска со ступицей 132
6.2. Численное моделирование процесса штамповки заготовки крыльчатки 138
Выводы 142
Заключение 143
Литература 145
Приложение 160
- Методы расчета формоизменения в процессах обработки металлов давлением
- Применение МКЭ к решению задачи о плоской осадке слоя материала с выдавливанием
- Влияние соотношения геометрических параметров поковки на образование утяжины
- Анализ полученной квадратичной модели, сопоставление расчетных и экспериментальных данных
Введение к работе
Для производства широкофюзеляжных самолетов необходимы алюминиевые панели длиной 30 метров и более с тонким полотном и ребрами жесткости. Существующие горизонтальные гидравлические прессы не позволяют получать изделия требуемой длины [49]. По конструктивным особенностям эти прессы не подлежат реконструкции с целью увеличения объемов контейнера, поэтому длинномерные детали получают соединением прессованных элементов. Применение сборных длинномерных деталей приводит к снижению надежности эксплуатации воздушной техники. В то же время производственная программа вертикальных гидравлических прессов, усилием 300 МН и более, не обеспечивает их полной загруженности. Не нашли применения на практике известные способы, позволяющие получать изделия на данных прессах. Потребность в панелях остается, приобретая все большую актуальность.
Для осуществления штамповки длинномерных алюминиевых панелей на вертикальных гидравлических прессах необходимо разработать способ и инструмент, которые позволят освоить новую технологию производства поковок данного класса. При разработке способа и инструмента важно учитывать теоретические основы процессов обработки металлов давлением, которые изложены в работах О.А. Ганаго, СИ. Губкина, Г.Я. Гуна, И.А. Кийко, И.В. Костарева, Я.М. Охрименко, А.А. Поздеева, О.М. Смирнова, В.П. Се-верденко, Е.М. Макушка, И.Я. Тарновского, Л.А. Шофмана и др.
Освоение новой технологии потребует больших расходов материальных и энергоресурсов для проведения опытных работ в промышленных условиях. Сократить затраты можно за счет компьютерного моделирования технологических процессов, которое позволит определить форму и размеры исходной заготовки, отработать переходы штамповки. Для выполнения компьютерного моделирования, необходима методика проектирования технологических про- цессов. С развитием микропроцессорной техники и программного обеспечения для нее, стало возможным разрабатывать методики проектирования и доводить их до вида, пригодного к использованию в производственных условиях.
В ходе выполнения работы был проведен комплекс аналитических исследований с экспериментальной проверкой основных результатов.
Цель работы. Разработка методики проектирования процесса штамповки алюминиевых панелей с односторонним ортогональным оребрением для расширения технологических возможностей вертикальных гидравлических прессов.
Для достижения указанной цели определены следующие задачи исследования: разработка методики определения рациональных параметров процесса осадки полотна с выдавливанием ребер жесткости; исследование влияния геометрических параметров ручья штампа на процесс образования утяжины; проверка адекватности компьютерного моделирования реальным условиям деформирования; разработка способа штамповки панелей с односторонним ортогональным оребрением; численное моделирование штамповки панелей с односторонним ортогональным оребрением; экспериментальная проверка в лабораторных условиях результатов численного моделирования; апробация методики расчета в производственных условиях.
Методы исследования. В работе применяются: численные методы моделирования, методы математического планирования экспериментов, экспериментальные исследования процессов формообразования.
Достоверность результатов. В ходе выполнения работы был проведен комплекс аналитических исследований с экспериментальной проверкой основных результатов. Результаты лабораторных экспериментов хорошо согласуются между собой, что подтверждает адекватность численного моделирования реальным условиям формообразования поковок.
Научная новизна. Показана возможность применения конечно-элементной модели для компьютерного моделирования процесса осадки полотна заготовки с выдавливанием ребер жесткости.
Выполнено численное решение задачи осадки полотна с выдавливанием ребер жесткости на основе использования адаптированной модели Ананда, описывающей пластическое формоизменение материала.
Получена оценка влияния геометрических параметров ручья штампа на процесс формообразования поковок с использованием методов математической статистики.
Определены параметры ручья штампа, оказывающие влияние на образование утяжины. Рассчитаны значения указанных параметров и соотношения между ними, обеспечивающие бездефектное формообразование поковок с ребрами жесткости.
Осуществлено численное моделирование способа штамповки панелей с односторонним ортогональным оребрением на основе разработанной методики.
Практическая полезность работы. Разработана и доведена до инженерного вида методика расчета процесса штамповки поковок с ортогональным оребрением.
Разработан способ получения панелей с односторонним ортогональным оребрением штамповкой на вертикальных гидравлических прессах и сконструирована гравюра инструмента.
Опробована на производстве разработанная методика расчета процессов пластического формообразования для определения технологических пара- метров заготовки применительно к получению осесимметричнои поковки диска со ступицей.
Выполнено моделирование процесса объемного формообразования поковки крыльчатки.
Результаты диссертационной работы использованы на одном из предприятий отечественной промышленности.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований использованы на предприятии ЯВ 48/18 в виде рекомендаций по определению рациональных параметров исходной заготовки поковки диска со ступицей.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на следующих научных семинарах:
Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, 2003); V Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003); VI Всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии» (Москва, МГАПИ, 2003);
Научном семинаре кафедры ОМД (Москва, МИСиС, 2004), объединенном научном семинаре кафедр ОМД и инженерной графики (Москва, МИСиС, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка литературы из 131 наименования. Работа содержит 58 рисунков, 12 таблиц. Общий объем работы 161 страница.
Методы расчета формоизменения в процессах обработки металлов давлением
Основными методами решения задач пластического формоизменения с большими степенями деформации, отмеченными в работе [31], являются: приближенные методы, основанные на совместном решении приближенных уравнений равновесия и уравнений пластичности; метод линий скольжения; инженерный метод, как частное решение общих уравнений течения тонкого пластического слоя, и другие. Данные методы разрабатывались авторами для решения конкретных задач.
Аналитические методы расчета основаны на решении дифференциальных уравнений, допущения и граничные условия при этом формируются авторами исходя из собственного понимания проблемы. Так, в работе [88] разработана методика расчета формоизменения при штамповке в условиях плоской деформации и истечением в заусенечную канавку с использованием этого метода. Разработанная методика может быть применена для описания сложных процессов, что подтверждается приведенным анализом формоизменения при штамповке в однощелевом штампе в тот момент, когда основная полость гравюры еще заполняется металлом, но уже происходит его истечение и в канавку для заусенца. Решение было получено рассмотрением этих двух процессов как одновременно протекающих и независимых. Рассматривая сложные процессы течения металла, можно использовать модульный анализ, который позволяет получить еще одно уравнение из условия непрерывности решения на границе [б, 115]. Анализируя формоизменение металла решением приближенных уравнений равновесия [114], автор мысленно разделил деформируемое тело на несколько частей, заменив эффект действия связи смежных частей соответствующими нормальными и касательными напряжениями, приложенными к линиям условного разреза. Принимая следующие допущения: 1 - касательные напряжения на плоскостях контакта постоянны; 2 - касательные напряжения вдоль вертикальной линии условного разреза, учитывающие искривление горизонтальных волокон, имеют максимальное значение; 3 - касательные напряжения на вертикальных стенках щелевых отверстий не учитываются; 4 - точку раздела течения металла заменил условной вертикальной линией раздела. После интегрирования полученного при этих упрощениях приближенного дифференциального уравнения, получил формулы, характеризующие положение линии раздела течения, которые определяют процесс формоизменения тела в течение каждого элементарного процесса осадки.
Условие постоянства объемов, присущее процессам обработки металлов давлением [30, 33, 78], использовали при разработке расчетных методик для проектирования технологических процессов закрытой объемной штамповки в практике кузнечно-штамповочного производства. Определение исходных размеров заготовок для заданного объема поковки с оптимизацией по одному или нескольким параметрам - является конечной целью проектирования. Таким параметром может быть, например, минимум полной энергии деформирования [78], или получение поковки с заданным распределением степеней деформации по сечению изделия и т.д.
Анализируя формоизменение методом линий скольжения [114], автор прибегнул к построению двух сеток линий скольжения. Одна из этих сеток выполняется на прозрачной бумаге и накладывается на другую сетку таким образом, чтобы линии контакта заготовки с инструментом совпадали. Передвигая одну из сеток вдоль линии контакта, можно найти положение искомых точек раздела течения. Результаты построения сеток линий скольжения, свидетельствуют о том, что можно рассматривать несколько принципиально различных схем расположения пластических и жестких зон, которые определяют характерные стадии формоизменения. Каждая из этих стадий отвечает определенным соотношениям размеров и принятому граничному условию. Для исследования очага деформации, а также распределения нормальных напряжений и скоростей перемещений деформируемого металла, при поста-дийном обжатии цилиндрической заготовки, также использовали метод линий скольжения [5]. Результаты позволяют прогнозировать характер износа штампов. В работе [29] предложено поле линий скольжения для одной из стадий процесса осадки с затеканием в соосные неравные полости. Предаюженное поле линий скольжения эффективно для исследования данного процесса. Разработанная методика позволяет автоматизировать расчет и построение линий скольжения и годографа скоростей. Совместный с полем линий скольжения годограф позволяет определить кинематику течения и найти соотношение величин затекания металла в полости. Теоретические расчеты хорошо согласуются с выполненными экспериментальными исследованиями. Построение линий скольжения у контактной поверхности заготовки и инструмента осуществляли решением четвертой краевой задачи с использованием свойств линий скольжения и с учетом формы и состояния контактной поверхности [28]. Построение сеток линий скольжения позволило определить компоненты напряжений в сечениях деформируемого тела и анализировать локальные явления. Анализ поля линий скольжения в условиях плоской деформации рассмотрен в работе [128]. Прогнозировали пластическую зону и положение нейтральной поверхности. Моделирование осуществляли на ЭВМ. Теоретические и экспериментальные результаты показали хорошую сходимость. Кроме того, установили, что с уменьшением зазора для избытка металла, увеличивается течение внутрь полости штампа и увеличивается штамповая нагрузка. Свое развитие метод линий скольжения получил в прикладных программах [83], к числу которых можно отнести пакет программы МЕЛИСА [26], автоматизирующий процесс решения задач методом характеристик, а также построения поля линий скольжения и определения на нем полей скоростей и напряжений. Пакет программ МЕЛИСА можно применять для решения технологических задач.
Применение МКЭ к решению задачи о плоской осадке слоя материала с выдавливанием
С развитием мощных вычислительных комплексов, появилась возможность численного моделирования процесса получения панелей, в надреберной зоне которых распространенным дефектом является утяжина. На образование указанного дефекта оказывает влияние множество факторов, которые можно условно разделить на две группы [107]: 1) технологические - это температура нагрева, скорость деформирования, наличие смазки и т.п. 2) конструктивные факторы, связанные с геометрией инструмента.
При плоской осадке заготовок с выдавливанием ребер жесткости, радиус сопряжения полости штампа под ребро жесткости с деформирующей площадкой гравюры штампа и ширина полости под ребро являются параметрами в большей степени, чем другие, влияющими на образование утяжины [48, 63]. Выполним численное моделирование рассматриваемого процесса для различных значений величины радиуса сопряжения и ширины полости штампа. Во всех численных опытах будем принимать величину ширины полости под ребро, равную толщине полотна панели для исключения влияния соотношения данных величин.
Расчеты производили по методике (см. п. 2.4). В результате вычислений были получены: картины изолиний распределения в материале заготовки степени деформации и напряжения, распределения давления по деформирующей поверхности штампа, распределения напряжения и степени деформации во внешних волокнах поковки, а также распределения напряжения и степени деформации по вертикальной оси симметрии ребра жесткости. При расчетах ширина полости штампа под ребро жесткости принималась равной 10 мм; 12,5 мм; 15 мм, радиус сопряжения ребра жесткости с полотном поковки принимался равным 10 мм; 15 мм; 20 мм соответственно [56, 57, 59].
Полученные в результате вычислений картины изолиний степени деформации (рис. 3.1) и напряжения (рис. 3.2) свидетельствуют о том, что угроза образования утяжины возникает с приближением области интенсивного течения материала к деформирующей поверхности. Данному утверждению не противоречит углубление, образовавшееся на поверхности заготовки (рис. 3.2,6). Расположение области интенсивного течения материала наблюдается в радиусной зоне поковки. Максимальные степени деформации возникают в заготовке при радиусе сопряжения R, равном 10 мм. Эти значения превышают значения величин, возникающих в заготовках при R = 15 мм на 6%; и R = = 20 мм на 10%. Возникшие максимальные значения напряжения расположены на поверхности полотна - в областях взаимодействия материала с инструментом, а также в областях сопряжения полости заготовки с ребром жесткости. Результатом напряженно-деформированного состояния является создавшийся подпор (сопротивление истечению материала), который располагается в ребре. Увеличение подпора со стороны ребра образуется в заготовке при радиусе сопряжения R, равном 10 мм, что снижает вероятность образования утяжины. Распределение давления по деформирующей поверхности штампа (рис. 3.3) при любом из заданных значений радиуса сопряжения одинаково. В надреберной части заготовки давление минимально, но к полотну оно монотонно возрастает. Картина распределения имеет три локальных минимума и три локальных максимума. Минимальные значения давления возникли в области над ребром, максимальные значения наблюдаются с краю полотна. В средней части по ширине полотна слева и справа от ребра жесткости, возникли средние по величине значения рассматриваемой величины.
Пересечения линий свидетельствуют о том, что в данной точке значения величин одинаково. К полотну заготовки, напряжение сжатия монотонно возрастает. Распределение степени деформации во внешних волокнах заготовки (рис. 3.5) неравномерно: над ребром значения степени деформации при всех заданных условиях (R = 10 мм, R = 15 мм, R = 20 мм) имеют одинаковые значения. В радиусной зоне линии имеют множество пересечений, что свидетельствует о том, что рассматриваемая величина в точках пересечения имеет одинаковые значения. Минимальные значения степени деформации возникают в области над ребром и в области сопряжения деформирующей поверхности штампа с радиусным участком его полости под ребро жесткости. Максимальные значения рассматриваемой величины возникли в средней части полотна - слева и справа от ребра жесткости. С краю полотна преобладает растяжение, что отмечено сменой знака. По вертикальной оси симметрии ребра жесткости, распределения степени деформации (рис. 3.6) и напряжения (рис. 3.7) следующие: максимальные значения степени деформации возникают над ребром при радиусе сопряжения R = 10 мм-991 узел расчетной конечно-элементной сетки. А при радиусах R = 15 мм и R = 20 мм наибольшие значения степени деформации достигают практически одинаковых отметок (989 узел расчетной конечно-элементной сетки). В 987 узле расчетной конечно-элементной сетки, линии имеют пересечения, которые свидетельствуют о том, что при любом из заданных радиусов, значения степени деформации остаются неизменными. Минимальные значения степени деформации, аналогично максимальным значениям, не претерпевают больших изменений (225 узел расчетной конечно-элементной сетки). Распределение напряжения происходит вдоль оси ребра неоднородно: напряженно-деформированное состояние от сжатия в надреберной зоне (991, 989, 987 узлы расчетной конечно-элементной сетки) переходит в равновесное состояние (985, 983, 981 узлы расчетной конечно-элементной сетки) с небольшим преобладанием растяжения (225, 979 узлы расчетной конечно-элементной сетки).
Влияние соотношения геометрических параметров поковки на образование утяжины
Эксперименты проводились с целью проверки адекватности результатов численного моделирования результатам физического моделирования. Штамповку осуществляли на гидравлическом прессе усилием деформирования до 2 МН. Материалом для образцов был выбран свинец. Для данного модельного материала выполнили численное моделирование осадки слоя с выдавливанием в полость штампа под ребро жесткости по методике, представленной в п. 2.3. Для численного эксперимента подготовили граничные условия и сформировали массив исходных данных; модули продольной уп-ругости материала штампа Еш = 2x10 МНУм , свинца Ес — 15x10 МН/м температура штампа — 20 С - 22 С, температура заготовки — 20 С - 22 С, коэффициент трения между заготовкой и штампом — u. = 0,15; коэффициент Пуассона v = 0,3. Схема формирования граничных условий представлена на рис. 2.4, п. 2.3. Результаты численного моделирования (рис. 3.21 и 3.22), выполненного для свинца совпадают с результатами численного моделирования, выполненного для алюминиевого сплава, что подтверждает пригодность использования свинца в качестве моделирующего материала.
При проведении экспериментальных работ в лаборатории, должны быть созданы условия, которые будут соответствовать реальному деформированию. Использование свинца в качестве моделирующей среды, позволяет снизить потребное усилие деформирования. Достоверность результатов, в данном случае, обеспечивается соблюдением критериев подобия. Подобие может быть геометрическое и реологическое. Для того чтобы учесть критерий геометрического подобия, решено было размеры ручья (высота, ширина, расстояние между ребрами) принять равными размерам поковки. Реальные размеры поковок таковы, что в данном случае, геометрическое подобие можно исключить. Реологическое подобие обеспечивается тем, что производство поковок из рассматриваемых сплавов осуществляется в условиях, близких к изотермическим, когда температура нагрева заготовки незначительно превышает температуру нагрева штампа. Применение свинца в качестве моделирующего материала объясняется тем, что с его помощью возможно моделирование при комнатной температуре горячего деформирования алюминиевых сплавов в изотермических условиях (см. п. 1.4., рис. 2.3). Свинцовые образцы осаживали в лабораторном штампе для плоской осадки (см. п. 3.3). Осаженный образец представлен на рис. 3.23. Результаты численного моделирования представлены в п. 3.1 и п. 3.2.
Среди множества факторов, влияющих на образование утяжины, мы выделили два: радиус сопряжения ребра жесткости с полотном и ширина полости штампа под ребро. Результатами физического моделирования являются искажения координатных сеток, которые были нанесены на заготовки. После нанесения координатных сеток, заготовки подвергались деформированию в лабораторном штампе. Отношение ширины ребра к толщине полотна равно единице. Искажения координатных сеток свидетельствуют о том, что при наибольших радиусах сопряжения, области интенсивного течения металла расположены в радиусных зонах заготовок и параллельны областям сопряжения ребра с полотном. При R = 18,54 мм область интенсивного течения имеет расплывчатую форму, при R = 20 мм, область интенсивного течения становится еще более обширна и находится ближе к поверхности заготовки. Максимальные степени деформации и напряжения возникают в областях взаимодействия материала со штампом. При ширине ребра 10 мм, область интенсивного течения имеет заостренную к ребру форму, при ширине ребра 12,5 мм она параллельно областям сопряжения полотна детали с ребром жесткости, а при ширине ребра 15 мм, область интенсивного течения более расплывчата и имеет заостренную форму ближе к поверхности полотна. Максимальные значения степени деформации и напряжения возникают на поверхности полотна, в радиусных зонах, т.е. в местах соприкосновения материала с инструментом.
Расположения областей интенсивного течения и максимальных значений степени деформации (ряс. 3.1, рис. 3.8) и напряжения (рис. 3.2, рис. 3.9) по результатам численного моделирования, совпадают с искажениями координатных сеток, полученных в результате физического моделирования. Расположения областей интенсивного течения металла, которые образовались в результате численных экспериментов, совпадают с расположением областей интенсивного течения натурного эксперимента и по форме являются идентичными, что подтверждает адекватность результатов математического моделирования реальным условиям деформирования. 1. Создавшееся напряженно-деформированное состояние позволяет сделать выводы о том, что образовавшийся в ребре подпор материала, пре пятствует образованию утяжины. Неблагоприятные условия для возникнове ния данного дефекта возникают при наименьшей величине радиуса сопряже ния полотна поковки с ребром. 2. С увеличением ширины ребра, вероятность возникновения утяжины в материале заготовки возрастает, о чем свидетельствует неравномерное распределение давления по деформирующей поверхности штампа. Влияние ширины ребра на образование утяжины значительнее, чем радиуса сопряжения, что подтверждается распределениями напряжения и степени деформации в полотне и по вертикальной оси симметрии ребра жесткости. 3. Для оценки влияния соотношений ширины ребра и толщины полотна, также радиуса сопряжения и толщины полотна на процесс образования утяжины, выполнили численное моделирование процесса осадки полотна с выдавливанием материала в полость штампа под ребро жесткости для различных соотношений указанных величин. По результатам численных экспериментов, была построена номограмма, по которой можно определить области, в которых происходит образование утяжины 4. С целью проведения экспериментов в лабораторных условиях, сконструировали и изготовили штамп, предназначенный для плоской осадки заготовок с выдавливанием ребер жесткости. Конструкция штампа позволяет в его рабочем пространстве размещать сменные вставки, ручьи которых отличаются сочетаниями ширины полости штампа и величиной радиуса сопряжения.
Анализ полученной квадратичной модели, сопоставление расчетных и экспериментальных данных
Метод конечных элементов (МКЭ) является надежным средством для исследования поведения металла в разнообразных условиях воздействия [8]. С появлением программных средств, базирующихся на МКЭ, таких как Ansys, стало возможным проводить расчеты напряженно-деформированного состояния металлов при их пластическом формоизменении.
Интерфейс программного пакета Ansys, как и всей программы, оформлен в виде выпадающих окон команд. Построение объектов осуществляется в диалоговом режиме пользователя программы, с выбором необходимых из множества команд [61]. Но для построения сложных геометрических изображений, более удобны специализированные графические комплексы, такие как Компас, AutoCAD, интерфейс которых оформлен в виде нескольких меню, составленных из пиктограмм, что упрощает и ускоряет работу пользователя. Одним из наиболее распространенных графических пакетов CAD, является AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop 6.0, созданный на основе AutoCAD - средство для трехмерного моделирования деталей и поверхностей. Также, используя вычислительный комплекс Autodesk Mechanical Desktop 6.0, можно импортировать в Ansys созданную средствами AutoCAD геометрическую модель. После построения геометрической модели файл экспортируется из программы Autodesk Mechanical Desktop с расширением IGES. После запуска программы Ansys вызывается команда Import IGES File, в выпадающем меню устанавливается переключатель Alte no defeatur. На следующей панели команды Import IGES File в разделе GTOLER Tolerance for merging указывается импортируемый файл с расширением IGES. Следующим этапом является объединение геометрически совпадающих объектов модели, оно производится командой Merge Items, после вызова которой появляется панель Merge Coincident of Equivalently Defined. В этой панели в выпадающем списке Label Type of item to be merge выделяют команду All. Далее производится сжатие нумераций объектов командой Compress Numbers, на выпадающей панели выбирается команда All. По завершении выше указанных операций, геометрическая модель построенная средствами Mechanical Desktop, становится доступной к использованию ее в качестве расчетной модели в препроцессоре МКЭ Ansys. В данной работе проведено математическое моделирование пластического формоизменения металла в клещевом штампе с ипользованием Autodesk Mechanical Desktop 6.0 и Ansys/ED 5.5.
Моделирование проводилось с целью исследования процесса формообразования панелей с односторонним ортогональным оребрением [60]. Расчеты производили аналогично выполненным в параграфах 2.4., 3.1 и 3.2. При неподвижной нижней части штампа и шарнирно закрепленной на ней поворотной деформирующей верхней части штампа (рис. 5.5), деформация плоской заготовки осуществляется в сужающемся клиновом пространстве. Фиксирование заготовки в штампе происходит за счет эксцентриситета е, который не позволяет ей смещаться в обратную сторону после зажима.
В препроцессоре программы ANSYS/ED 5.5, осуществлено построение расчетных конечно-элементных сеток обеих частей штампа и заготовки. Вся конечно-элементная модель состоит из 4121 узлов, на которых было создано 3326 конечных элементов. Подвижная и неподвижная части разбивались на 2160 и 1125 узлов соответственно, а заготовка панели - на 867конечных элементов [61]. При разбиении обеих частей штампа, для численного моделирования, использовали элементы PLANE 82 - криволинейный восьмиточечный элемент для анализа твердых структур [119]. Заготовку панели разбивали с использованием элемента VISCO 108 - треугольного восьмиточечного элемента для анализа больших деформаций. Оба элемента используются при двумерном моделировании напряженно-деформированного состояния. Каждый из них определяется восемью точками, имеющими три степени свобо ды. Элемент VISCO 108 используется для решения задач формоизменения с большими пластическими деформациями как изотропных не-упрочняющихся, так и упрочняющихся материалов. Для рассматриваемого элемента плоская реальная константа, характеризующая третий размер элемента, т.е. глубину его, не задается.
Постановка данной краевой задачи в перемещениях предполагает также назначение условий закрепления узлов расчетной конечно-элементной сетки. Принималось, что нижняя часть штампа лишена всех степеней свободы, правая вертикальная кромка заготовки закреплена от перемещений вдоль оси ОХ, а полностью оформленный участок поковки, вышедший из зоны деформации - лишен перемещений по оси OY. Начало осей координат совпадает с левым нижним углом заготовки панели.
Массив исходных данных для решения поставленной задачи включает: модули продольной упругости материала штампа Еш= 2x105 МН/м2, материа-ла заготовки Е3= 0,746x10 МН/м , коэффициент Пуассона v = 0,3; температуру штампа - 320С-350С, температуру заготовки - 400С. Следует отметить особенность выбора величин коэффициента трения между заготовкой и частями штампа. Плоская деформирующая поверхность неподвижной части штампа способствует лучшему перемещению вдоль ее длины материала заготовки, чем заполнение металлом ручьев под ребра жесткости поворотной части штампа. Такое различие условий формоизменения заготовки при одинаковом сцеплении материала с деформирующими поверхностями обеих частей штампа приведет к образованию дефекта в виде подрезания ребер жесткости поковки. Поэтому при формировании граничных условий задавали различные величины коэффициентов трения между материалом заготовки и частями штампа. Так, между неподвижной частью штампа и заготовкой коэффициент трения и. принимали равным 0,3; а между поворотной частью и заготовкой - 0,15. При штамповке такое различие контактных условий обеспечивается применением технологических смазок соответствующих свойств.
