Modeling of uneven flanging process

Full Text

Технологическая операция отбортовки круглых отверстий является одним из хорошо изученных процессов листовой штамповки. Однако, как показала практика, изменение гео- метрических параметров инструмента [1, 2, 3], конфигурации штампуемой части заготовки [4, 5] или наличие неравномерности свойств обрабатываемого материала [6 - 10] приводят к существенным отличиям в протекаемом процессе. Одним из способов нанесения надежного покрытия в цехах машиностроительного ком- плекса является использование металлической плитки, путем монтирования ее в бетонное покрытие пола. Данный вид покрытия является относительно недорогим и очень надежным, что подтверждается многолетней эксплуатацией подобных конструкций. На Российском рынке также достаточно много производителей напольных топпингов, но следует отметить компанию «АвтоСпецМаш», которая успешно работает с 1998 года. Ос- новная её специализация - это холодная штамповка из листового металла. Главным товаром этой компании, пользующимся наибольшим спросом, является напольная плитка (топпинг), которая монтируется в бетон на полах предприятий. Рисунок 1. Металлическая плитка, имеющаяся на современном рынке Рисунок 2. Компьютерная модель плитки Плитка представляет собой деталь прямоугольной формы с загнутыми вниз краями и надрезанными отверстиями на плоскости всей заготовки. Некоторая площадь металла вокруг отверстия подвергается операции отбортовки для устранения острых краёв. Надрезанные, а не пробитые отверстия позволяют с помощью загнутой вниз части металла зафиксироваться на той или иной поверхности, а отбортовка отверстий повысить жёсткость всей конструкции. Однако плитка, предлагаемая фирмой «АвтоСпецМаш», не пригодна для формирования временных площадок из за трудностей ее демонтажа, что ограничивает сферу ее исполь- зования. Для создания временных ремонтных и технологических площадок наиболее удобны металлические конструкции, включающие следующие отличия: форма надреза и отогнутых усиков не является в плане кругом, а представляет собой прямоугольник, треугольник или другие фигуры более сложной формы; крепление к полу за счёт острых концов загнутых частей детали, а также за счёт острых кромок отогнутых вниз усиков; предусмотрено крепление между соседними плитками для сбора в единую конструкцию. Все перечисленное выше позволяет осуществлять укладку плитки как в бетон, так и на поверхность земли. Целью представленной работы является моделирование технологического процесса производства напольной плитки в программе AutoForm. Также в данной работе проведены анализ и сравнение характеристик плиток с отверстиями разной формы. Разработанный тех- нологический процесс включает в себя операцию отрезки, совмещенную операцию вытяжки, нарезки и отбортовки Основные технологические операции, совмещенные в одном штампе, были промодели- рованы с помощью программного продукта AutoForm. Система обладает широкими возмож- ностями для анализа процессов листовой штамповки тонкостенных деталей. Данная про- грамма позволила оценить возможность формоизменения в сложных участках и подобрать необходимые геометрические параметры штампуемой детали. Современные методы моделирования и специализированные программы позволяют значительно упростить разработку штамповой оснастки, позволяют вносить необходимые изменения в геометрию детали ещё на этапе проектирования и экономят значительные де- нежные и материальные ресурсы. При помощи математического моделирования возможно с достаточной точностью воспроизвести процесс отбортовки детали, а на основе его анализа сделать выводы о наличии опасных сечений, участков избыточного растяжения. В работе использовались следующие программные продукты T-Flex CAD 3D v12.0.62.0 и AutoForm+ R5 v1.0. Для математического моделирования была принята модель, показанная на рисунке 2. В качестве вариантов предварительной надрезки материала были рассмотрены 3 вари- анта, представленные на рисунке 3. В ходе моделирования принималось во внимание не только хорошее протекание процесса деформации при надрезе и последующей отбортовке, но и простота изготовления инструмента и последующая его заточка. а) б) в) Рисунок 3. Варианты надрезки В процессе моделирования для оптимального протекания процесса формоизменения подбирались следующие параметры: диаметр отбортованного отверстия; радиус торовой поверхности у основании борта. Анализ формоизменения заготовок показал: В процессе отбортовки целесообразно пользоваться параметром приведенного радиуса, который в случае зигзагообразного контура можно принимать равным расстоянию между наиболее удаленными точками надреза. Деформация отбортовки с зигзагообразным контуром происходит в более благоприятных условиях, чем деформация круглого отверстия, или чем в случае, когда надрезаемый кон- тур близок к этому (рисунок 3 а). Действительно, при отбортовке детали в месте надрезки большим положительным фак- тором, облегчающим течение материала, является возможность его перетекания из свобод- ных зон. В зависимости от размеров и конфигурации пуансона, выполняющего отбортовку отверстия, данный процесс может приближаться к гибке надрезаемой части [11, 12, 13], ко- торая может привести к пружинению отгибаемой полки. При увеличении радиусов отборто- ванной части выполняется отбортовка. В ходе проведения моделирования считаем, что де- формация не зависит от скорости протекания процесса [14]. В результате использования компьютерного моделирования удалось подобрать опти- мальные параметры для формоизменения штампуемых деталей, не изготавливая экспери- ментальную оснастку. В ходе моделирования принята геометрия инструмента, обеспечивающая наиболее простой вид надрезаемой линии (рисунок 3 в) и следующую геометрию инструмента для от- бортовки: диаметр отбортованного отвертсия 35 мм; радиус торовой поверхности 8 мм. Результаты моделирования в программе AutoForm+ R5 v1.0 представлены на рисунках 4 и 5. В результате моделирования процессов неравномерной отбортовки были сделаны следующие выводы. Максимальное утонение (и возможные разрывы) происходит в местах с резкими измене- ниями направления разрезов. Наименьшее утонения цилиндрическими пуансонами происходит на кромках с прямоли- нейными участками. Чем меньше отношения наибольшей диагонали вырезаемого контура к диаметру цилиндрического отбортованного отверстия, тем в более благоприятных условиях протекает процесс деформирования кромки. Рисунок 4. Утонение материала в процессе отбортовки Рисунок 5. Штампуемость материала в процессе отбортовки

About the authors

A. V Tipalina

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

Y. K Filippov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

V. V. Panfyorov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

Y. P Kuchkovsky

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

D. A Boronnikov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

References

Supplementary files