close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование параметров штамповки детали из стали с использованием вариационного анализа..pdf

код для вставкиСкачать
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
УДК 539.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ
ИЗ СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАРИАЦИОННОГО АНАЛИЗА
А.А. Шмидт, И.М. Володин
Задача управления технологическими факторами играет решающую роль в современном производстве и объемном листовом деформировании. Ставится проблема
решения задач управления технологическими факторами, учёта характеристических
параметров, оказывающих основное влияние на возможность получения заданных деталей штамповкой, удовлетворяющих требуемым параметрам устойчивости к нагрузкам предъявляемых в автомобильном производстве. Решена задача разработки
методики управления на примере проверочной детали. На практических примерах показана хорошая согласованность теоретических исследований с практическими результатами, что подтверждает значимость предлагаемых разработок.
Ключевые слова: технологические факторы; математическая система;листовая штамповка, вариационный анализ.
Задача управления и поиска оптимальной технологии заключается в
поиске оптимального соотношения изменяемых характеристических параметров процесса, минимизации потенциальной энергии формоизменения,учете деформации донной части заготовки, оптимизации вытяжки
фланцевой части детали, оптимизации утонения заготовки, расчете минимального требуемого усилия вытяжки и других параметров.
Общие сведения
Выполнено исследование параметров штамповки детали с использованием вариационного анализа (рис. 1). Разработан способ и устройство
для анализа процесса вытяжки деталей и получения детали с типовым элементом для деталей автомобильного кузова.
Рис. 1. Готовая деталь получаемая
с помощью вытяжки
145
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2
Определим базовые принципы исследования с использованием вариационного анализа для заданной математической модели. Стандартным
подходом является исследование с помощью инструмента, состоящего из
матрицы, пуансонаиприжима (рис. 2).
прижим
пуансон
заготовка
матрица
Рис. 2. Математическая модель для анализа процесса вытяжки
Этим инструментом осуществляется испытание с помощью известных из литературы тестов принятых в автомобильной индустрии. Исходная заготовка располагается в проеме между матрицей и пуансоном под
прижимом, что позволяет исключить возможность её смещения в процессе
формоизменения для предотвращения дополнительных неточностей.
Проверка возможности критической вытяжкии проверочные
исследования. Проверка наличия дефектов и их величины осуществляется
с помощью визуального контроля детали и профилометром. Радиусы деформированной детали измерялись в двух направлениях деформации. Измерение производилось с помощью профилометра. Вставка располагалась
под углом 45 градусов, и измерялось положение в трех местах от угла детали. Для подлинности результатов необходимо было получить максимально четкие радиусы и цилиндричности так, что преобразование заготовки
осуществляется с отклонением ±0.1 мм.
Таблица 1
Параметры испытаний вытяжки детали с элементом
Параметр/тест
Радиусматрицы
Радиуспуансона
Толщина
Глубинавытяжки
Числотестов
1
3-7
3-7
1
50
5
2
3-7
3-7
1
50
5
3
3-7
3-7
1
50
5
4
3-7
3-7
1
50
5
5
3-7
3-7
1
50
5
Для оценки деформаций и напряжений деформации были измерены
и найдены зависимости между напряжениями и пластической деформацией. Результаты указывают на возникновение потока деформаций, который
146
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
приводит к значительному ослаблению металла в доминирующих зонах
образцов.
Визуальная проверка осуществлена под различными углами после
окончания процесса пластического деформирования и измерялась каждые
10 градусов. С каждым поворотом осуществлялась съемка цифровых изображений в продольном направлении. Таким образом, были исследованы
поверхности под углом от 0 до 90 градусов радиуса.
Исследование температурной зависимости поведения детали.
Была проведена проверка предлагаемого метода с помощью наиболее доступных методов практической проверки и тестирования. Изменение параметров с учётом температуры было проведено при экспериментальной вытяжке после нагрева в печи. Для этого исходная заготовка помещалась в
печь на несколько минут до достижения заданной температуры, измеряемой лазерным температурным сенсором. После подогретая заготовка извлекалась плоскогубцами из печи и перемещалась в проём инструмента
для осуществления вытяжки. Каждое измерение повторялось с интервалом
в пять деталей для каждой температуры и после выполнялось охлаждение
до комнатной температуры. Далее осуществлялся визуальный контроль на
наличие дефектов и нарушения сплошности. Собранные сведения по геометрии и параметрам процесса сведены и представлены в табл. 2.
Таблица 2
Параметры геометрии и процесса для подогретой вытяжки
Параметр
Ходползуна
Высотавытяжки
Силаприжима
Размерызаготовки
Радиусы скругления матрицы
Радиусы скругления пуансона
Толщиназаготовки
Скоростьползуна
Значение
55 мм
50 мм
15 кН
150x150 мм
3, 5, 7 мм
5 мм
1 мм
1.5 мм/с
Геометрическая модель детали изображена на рис. 3.
Рис. 3. Геометрическая модель для изучения зависимости между
напряжением и температурой вытягиваемой заготовки
147
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2
Рис. 4. Математическое моделирование вытяжки с элементом
Далее, измерялась шероховатость поверхностии нструмента. Дляэтого, вставки матрицы располагались по дуглом по отношению к горизонтальной плоскости, наконечник был сориентирован под тем же углом к
радиусу скругления пуансона (рис. 5).
900
Радиуспуансона
Направлениевытяжки
45
Областьконтакта
Рис 5. Измеряемая поверхность инструмента
Параметры материала для эксперимента приведены в табл. 3.
Таблица 3
Параметры материала и процесса
Параметр
Значение
Высококачественная
горячекатанная двух фазная
590 МПа
275 МПа
Типстали
Усилиевытяжки
Температура подогретой
заготовки
200-300 0С
Качество поверхности на наличие поверхностных дефектов было
проанализировано с помощью оптических измерений. На основе получен148
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
ных результатовможет быть построена диаграмма пластичности для дальнейшего математического анализа.
0
0
t=270 С
t=20 С
элемент
0
0
t=270 С
t=20 С
Рис. 6. Глубина вытяжки элемента в зависимости
от температуры детали
Анализполученныхрезультатов. Вариационный анализ полученных результатов тестов из табл. 1 на глубину вытяжки элемента детали, см.
рис. 1, проводился с помощью однофакторного дисперсионного анализа.
Рис. 7. Результаты вытяжки с различными параметрами
149
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2
Изучали зависимость технологических параметров от температуры
нагрева перед вытяжкой. На основе выполненнойсерии экспериментов
вытяжки детали исследовано её поведение в зависимости от глубины элемента (рис. 7). Показано, что с ростом температуры растёт деформационная возможность металла и возможно осуществления вытяжки без возникновения дефектов.
Зависимости напряжений, температуры и радиусами инструментаприведены на рис. 8 и рис. 9.
Рис. 8. Зависимость между максимальным напряжением
и температурой детали и различной температуре
и радиусом матрицы и пуансона для стали (200 МПа, =0.3)
Рис. 9. Различные зоны и аномалии для стали (200 МПа, =0.3)
Был описан принцип управления технологическими факторами и
методы моделирования характеристических параметров, оказывающих
влияния на технологию в объемной листовой штамповке. Указанные методы могут быть практически реализованы в системах компьютерного моделирования и проектирования процессов в области листовой объемной
штамповки для достижения высокого качества изделий и повышения коэффициент использования металла.
150
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Список литературы
1. Schmidt A.A. Numerical Prediction And Sequential Process
Optimization In Sheet Forming Based On Genetic Algorithm. // Materials and
Manufacturing Processes. 2011. Vol. 26. P. 521-526.
2. Deb K., Pratap A., Agarwal S., Meyarivan T. A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II // IEEE Transactions on Evolutionary
Computation. 2002. 2 : Vol. 6. P. 182-197.
3. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М. : Мир,
1975. 542 с.
4. Шмидт А.А. Принцип условной оптимизации технологии в
объемной листовой штамповки. Наука и технологии. Избранные труды
Российской школы. Технологии и машины обработки давлением. М.: РАН,
2005. 204 с.
Шмидт Александр Александрович, асп., me@alexschmidt.net, Россия, Липецк,
Липецкий государственный технический университет,
Володин И.М., д-р техн. наук, проф., me@alexschmidt.net, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
INVESTIGATION OF THE PARAMETERS STAMPING PARTS
STEEL USING ANALYSIS OF VARIANCE
A.A. Shmidt, I.M. Volodin
The problem of technological factors control plays a major role in the modern production and sheet metal stamping. The problem of finding the solution for the technological
factors control, control of the characteristic parameters, which are playing a key role in the
ability of producing of the high quality parts, which satisfy the requirements and ability to
withstand the stress in conditions emerging in auto industry is considered. The problem of
development of the system of control of technological factors is described using the examples.
The methodology of modeling of the sheet metal stamping is reviewed. Based on the examples
it is shownthat the theoretical research and practical results are coherent, which suggests
that developed methodologies are an effective tool for solving sheet forming problems.
Key words: technological factors; mathematical system; sheet metal stamping, variance analysis.
Shmidt Aleksandr Aleksandrovich, postgraduate, me@alexschmidt.net, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Volodin I.M., doctor of technical sciences, professor, me@alexschmidt.net, Russia,
Lipetsk, Lipetsk State Technical University
151
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
427 Кб
Теги
анализа, сталин, детали, использование, pdf, вариационного, исследование, штамповки, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа