МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМОВКИ ПАНЕЛЕЙ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ ЭЛАСТИЧНЫМ ПУАНСОНОМ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ РАМ-БТАМР 26
© Ершов Александр Алексеевич, инженер технической поддержки Группа компаний ООО «ПЛМ Урал», ООО «Делкам-Урал». Котов Вячеслав Валерьевич, канд. техн. наук, доцент Логинов Юрий Николаевич, д-р техн. наук, проф.
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Метод формовки изделий эластичной средой известен достаточно давно и сумел зарекомендовать себя как надежный и экономичный способ производства сложных изделий. Использование штамповки эластичным пуансоном обусловлено следующими ее достоинствами:
- достижение высоких механических свойств и качества поверхности изготовляемых изделий;
- снижение металлоемкости производства благодаря отсутствию необходимости двух инструментов;
- сохранение высокой производительности.
Наиболее часто этот вид обработки применяется в производстве деталей для авиакосмической отрасли и в автомобильной промышленности для штамповки кузовных элементов.
В статье рассматривается процесс и результаты моделирования процесса штамповки эластичным пуансоном в программном комплексе РЛМ-БТЛМР 26, разработанном компанией Б81-Сгоир ©, двух крупных деталей кузова автомобиля - внутренней части капота и крыла (рис. 1).
Для моделирования процесса штамповки необходимо провести подготовительные операции с используемыми материалами и геометрией изделий. Исходная геометрия представлена ЭЭ-моделями готовых изделий, и на ее основе
Рис. 1. Внешний вид готовых изделий: внутренней части капота (слева) и крыла автомобиля (справа) после механической обработки
требуется построить геометрию рабочего инструмента. Это было выполнено во внутреннем модуле программы Diemaker. На первом этапе были закрыты все отверстия, убраны элементы креплений, загибки краев. Затем вручную построена поверхность под прижим, определены глубина штампа, дополнительные поверхности и переходы между гравюрой и поверхностью прижима (построенные элементы инструмента для изделия «крыло» показаны на рис. 2). Полученный инструмент (матрица) в виде сеточной геометрии передан в основной расчетный модуль.
Сеточная конечно-элементная модель эластичного пуансона для обоих изделий была подготовлена в редакторе геометрии Visual-Mesh
Рис. 2. Построение инструмента для штамповки изделия «крыло» в модуле Diemaker
Рис. 3. Внешний вид сборки, состоящей из моделей £
матрицы, заготовки и пуансона для формовки изделия |
«внутренняя часть капота» ш
Н
Рис. 5. Внешний вид изделий после моделирования формовки изделий «крыло» (а) и «внутренняя часть капота» (б)
Рис. 4. Задание параметров эластичного материала
Рис. 6. Формы эластичных пуансонов изделий «крыло» (а) и «капот» (б) в конце процесса деформации
(ESI-Group ©). Для данного инструмента исполь- могли с высокой точностью описать все перехо-
зована сетка из объемных элементов. Размер ко- ды, изгибы, радиусы, имеющиеся в модели матри-
нечных элементов модели выбирался таким обра- цы. При этом следует учитывать, что чем меньше
зом, чтобы в процессе моделирования элементы размеры элементов, тем больше время расчета.
Далее модели были импортированы в расчетный модуль PAM-STAMP.
В самом расчетном модуле требуется создать заготовки для штамповки. Для этого был использован инструмент Blank editor - в нем были указаны геометрические параметры заготовок, а также выбран материал. Толщина заготовки для изделия «крыло» - 1,0 мм, для изделия «внутренняя часть капота» - 0,7 мм. В качестве материала заготовок используется модель обычной углеродистой стали. Для этой стали задан параметр ортотропной анизотропии с коэффициентами анизотропии по Лэнкфорду по трем направлениям, полученным в тестах на растяжение: r0 = 1,33, r45 = 1,36, r90 = 1,69. Конечный вид сборки, состоящей из моделей матрицы, эластичного пуансона и заготовки, для детали «капот» показан на рис. 3.
После того, как все объекты созданы, осуществляется задача формовки изделий: определяются граничные условия, технологические параметры процесса. Для эластичного пуансона обоих изделий были заданы параметры материала по модели Mooney-Rivlin, заложенной в программу (рис. 4). Плотность материала 1500 кг/м3, коэффициент Пуансона 0,499, коэффициенты для закона Monney-Rivlin (эмпирически определяемые для материала) А = 0,009, В = 0,005.
Для матриц выбрана модель абсолютно жесткого тела. Для заготовок указан максимальный уровень переразбиения элементов 2. На поверхностях контакта определены коэффициенты трения по закону Кулона. В обеих задачах на поверхности контакта заготовки и эластичного пуансона коэффициент трения составляет 0,20, на поверхности контакта матрицы с заготовкой и с эластичным пуансоном - 0,12.
После указания траектории и скорости перемещения пуансона, а также параметров остановки процесса произведен запуск задач на расчет. Для расчета использован стандартный решатель AUTOSTAMP с разделением параллельно на несколько процессоров.
По окончании процесса моделирования формовки было проведено моделирование обрезки (рис. 5). Формы эластичных пуансонов в конце процесса деформации показаны на рис. 6.
Следует отметить, что детали были отформованы полностью. Затем рассмотрены некоторые расчетные поля для оценки формуемости изделий. Величина утонения на детали «внутренняя
часть капота» показана на рис. 7, а. Максимальное значение утонения составляет 62% от исходной толщины: толщина заготовки значительно уменьшена в местах образования ребер внутренних элементов изделия (рис. 7, а). Уровень эквивалентных напряжений в том же изделии показан на рис. 7, б. Можно отметить, что высокий уровень напряжений также достигается в указанных выше местах: максимальное значение 543 МПа.
На детали «крыло» величина утонения оказалась меньше, чем на капоте: максимальное значение утонения - около 20% начальной толщины (рис. 8, а). В основном толщина металла во всем изделии равномерная. Оценивая уровень эквивалентных напряжений в том же изделии, можно также отметить, что его максимальное значение ниже аналогичного показателя для изделия «капот» и составляет примерно 480 МПа (рис. 8, б). Таким образом, напряженно-деформированное состояние, полученное после штамповки изделия «крыло», более благоприятное.
Из анализа диаграммы предельной формуемо-сти (использована модель Келера) можно увидеть места возможного появления складок и трещин в изделии. На поверхности внутренней части капота (рис. 9, а) места вероятного образования складок (красный цвет) появились в местах, где формование по матрице происходило в последнюю очередь. Также в местах сильного утонения металла этой детали возможно появление разрывов (синий цвет). В изделии «крыло» зон с вероятным образованием дефекта «разрыв» нет. Однако вероятность появления складок на поверхности высока, особенно в верхней части крыла (рис. 9, б) - требуется усилить натяжение этой части.
Таким образом, можно сделать следующие выводы. В программном комплексе РЛМ-БТЛМР 26 существуют специальные инструменты и модели материалов, позволяющие задать параметры моделирования процесса формовки эластичной средой. После проведения моделирования штамповки двух деталей получены результаты по уровню эквивалентных напряжений в заготовке, величине утонения, возможным дефектам, выявленным на диаграмме предельной формуемости, которые позволяют сделать вывод о применимости предлагаемой технологии. У инженеров-технологов ~ появляется возможность модифицирования техпроцесса и конструкции штампов и оперативно ^ проверять все изменения.
>
<
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.