Грунюшкин А.Н_МСб-1201. Исследование штамповки кузовных деталей легкового автомобиля из магниевых сплавов
 Скачать 2.42 Mb.
|
|
R00, R45, R90 – параметры Ланкфорда; 56 LCID – идентификатор задающей кривой для закона упрочнения E0 – значение деформации соответствующее начальному пределу текучести; AOPT – оси материала, задающие глобально ортотропный материал; A1, A2, A3 – компоненты вектора а; D1, D2, D3 – компоненты вектора d. Использование модели Барлата является преимущественным, она наиболее подходит для операций листовой штамповки в условиях плоского напряженного состояния, так как учитывает анизотропию свойств с заданием трех коэффициентов Ланкфорда, а также позволяет использовать заданную кривую упрочнения, что существенно повышает точность расчетов. 3.4 Технологические испытания Технологические испытания дают более полную информацию о пригодности к штамповке, так как они проводятся в условиях моделирующие различные операций листовой штамповки. Длительность этих испытаний определяется моментом появления трещины или разрыва, затем фиксируется критическая степень деформации, которая и является критерием штампуемости [3]. Наиболее часто применяемым технологическим испытанием является испытание на глубину формовки лунки по Эриксену. Испытание заключается в формовки сферическим пуансоном лунки в образце, прочно зажатым между матрицей и прижимным кольцом (рисунок_). При этом возникает неблагоприятное для материала напряженно – деформированное состояние двухосного растяжения. Глубина выдавливания сферической лунки для толщин 0,5 – 2,0 мм в зависимости от рода материала составляет 8,0 – 15 мм [4], к примеру, для листовой стали толщиной 1 мм глубина выдавливания составляет порядка 10 мм. 57 Рисунок 30 - Схема испытания по Эриксену 3.4.1 Моделирование испытания на выдавливание сферической лунки по Ериксену Согласно размерам инструмента №2 [6] в Siemens NX 9.0 был смоделирован рабочий инструмент (матрица, прижимное кольцо, сферический пуансон и полоса шириной 80 мм) (рисунок 31). Рисунок 31 – Рабочий инструмент для испытания 58 Полученные математические модели инструмента и заготовки были загружены в Autoform (рисунок 32). Где в сравнение со сталью DC04 (08Ю) проведен анализ на глубину формовки лунки материала AZ31B-O, толщиной 1 мм. Величина усилия прижима заготовки прижимным кольцом составляет 10000 H, а скорость движения пуансона – 5 мм/мин. При испытании стали DCO4, максимальная глубина лунки получилась примерно равной 8 мм (рисунок 33). Возникающие при этом деформации, представлены на диаграмме предельных деформаций (рисунок 34). Рисунок 32– Загруженные модели в Autoform Рисунок 33 - Максимальная глубина лунки материала DC04 59 Рисунок 34 - FLD при формовке лунки для материала DC04 При испытании магниевого сплава AZ31B-O, толщиной 1 мм максимальная глубина лунки получилась тоже примерно равной 8 мм (рисунок 35). Величины деформаций, возникающих при формовке лунке представлены на диаграмме предельных деформаций (рисунок 36). Рисунок 35 - Максимальная глубина лунки материала AZ31B-O При сравнении двух диаграмма можно легко заметить что они идентичны, разрушение происходит по одной и той же схеме – двухосного растяжения. При этой схеме штампуемость в основном определяется коэффициентами анизотропии, которые у магниевого сплава AZ31B-O достаточно большие, и они уравнивают возможности вытяжки по этой схеме с DC04, несмотря на то что DC04 имеет большую деформацию разрушения. 60 Рисунок 36 - FLD при формовке лунке сплава AZ31B 61 4 Компьютерное моделирование процесса вытяжки в AutoForm Основной формообразующей операцией при штамповке кузовных деталей автомобиля является вытяжка. Способность материла к вытяжке и определяет возможность получения кузовных деталей автомобиля. Программный продукт AutoForm на сегодняшний день является самой популярной программой в автомобильной промышленности и листоштамповочном производстве и предназначен для оптимизации технологических процессов листовой штамповки. С его помощью можно проводить анализ штампуемости детали, оптимизацию геометрии вытяжных переходов и заготовки, оптимизацию раскроя листа, компьютерную верификацию штампов и техпроцессов листовой штамповки и гидравлическую раздачу труб. При моделировании процесса штамповки AutoForm дает возможность определить: – состояние заготовки после закрытия прижима; – возможные зоны разрывов в процессе пошагового анализа; – тенденцию к гофрообразованию, зоны с гофрами; – зоны недостаточного натяжения; – процесс формообразования; – величину относительного утонения и утонения с приращением; – высоту гофров; – тенденцию к обратному пружинению готовой детали. В AutoForm присутствует интуитивная визуализация качественной оценки штампуемости с зонами разрывов, опасности разрывов, безопасной зоной, зоной недостаточного натяжения, зоной возможного гофрообразования. Одним из достоинств AutoForm является возможность анимации процесса штампуемости, который позволяет сделать оценку того, когда и в какой момент времени начинают образовываться гофры или происходит разрыв детали. 62 В данной работе с помощью AutoForm проводится анализ штампуемости материала AZ31B-O на основе сравнения со штампуемостью популярной в автомобильном листоштамповочном производстве марки стали DC04 (08Ю). Первоначально в качестве детали для вытяжки используется квадратная коробчатая деталь «кювета», а затем осуществляется моделирование штамповки кузовной детали автомобиля «капот». 4.1 Задание исходных данных В качестве детали для моделирования процесса вытяжки и анализа штампуемости материала AZ31B-O толщиной 1 мм была выбрана квадратная коробчатая деталь с фланцем («кювета»). Напряженно-деформированное состояние, возникающее при ее вытяжке условно можно считать схожим с НДС при вытяжке кузовных деталей легкового автомобиля. Геометрия детали представлена на рисунке 37. Рисунок 37 - Коробчатая деталь («кювета) 63 По данным размерам в Siemens NX 9.0 была создана математическая модель кюветы, представляющая собой набор сшитых поверхностей (рисунок 38). Рисунок 38 - Математическая модель детали «кювета» C помощью инструмента в Siemens NX 9.0 «Анализ формуемости одношаговый», путем развертывания поверхности детали на плоскость, был построен приближенный контур заготовки. Заготовка имеет форму круга диаметром 235 мм. Для получения геометрии матрицы исходный фланец детали равный 5 мм был увеличен до 60 мм, таким образом размер детали с фланцем 240×240 мм. Геометрия матрицы и рассчитанной заготовки показаны на рисунке 39. Рисунок 39- Геометрия матрицы и исходной заготовки 64 Посредством созданных с помощью Siemens NX 9.0 IGES – файлов, геометрия детали, матрицы и заготовки импортируется в программу AutoForm. При генерировании процесса вытяжки геометрией пуансона послужила поверхности матрицы без фланца и радиусного закругления. Прижим представляет собой поверхность фланца. Геометрия полученного рабочего инструмента и заготовки представлена на рисунке 39. Рисунок 40 - Модели инструмента и заготовки в Autoform Первоначально испытываемый материал сталь марки DC04 толщиной 1 мм, английский аналог стали марки 08Ю. Это материал имеется в базе материалов Autoform и имеет следующие показатели, определяющие характер штампуемости (рисунок 41). Затем испытывается магниевый сплав AZ31B-O толщиной 1 мм, его показатели задавались ранее. Остальные настройки при задании процесса вытяжки задаются программой автоматически и оставляются без изменений. Коэффициент трения по контактным поверхностям равен 0,15. Скорости движения пуансона и прижима равны 1 мм/с. Начальное давление прижима относительно матрицы – 3 МПа. 65 Рисунок 41 - Штамповочные показатели материала DC04 4.2 Моделирование процесса вытяжки коробчатой детали В результате моделирования процесса вытяжки «кюветы», выяснилось, что максимальная вытягиваемая глубина в случае стали DC04 составляет примерно 33 мм (рисунок 42). На рисунке 43 представлена соответствующая диаграмма предельных деформаций при этом формоизменении. Следует также заметить, что предельное утонение (рисунок 44), приводящее к разрушению детали, вначале появляется в диаметрально противоположных углах коробки в радиусной части пуансона (в области 66 двухосного растяжения) под углом 135 ° к направлению прокатки. Именно в этом направлении коэффициент анизотропии минимален и составляет 1,3. Рисунок 42 - Предельная глубина вытяжки кюветы из DC04 Рисунок 43 – FLD диаграмма при безопасном формоизменении 67 Рисунок 44 – Начало разрушения детали в углах коробки При вытяжке детали с применением сплава AZ31B-O, вновь проявилась тенденция к разрушению в направлении наименьшего значения коэффициента анизотропии, в случае с магниевым сплавом – это направление прокатки, где r= 1,7 (рисунок 45). Максимальная глубина вытяжки составила порядка 26 мм (рисунок 46). Рисунок 45 - Появление риска утонения в боковой стенке детали 68 В отличии от DC04, где разрушение происходит в радиусной части вследствие двухосного растяжения, разрушение магниевого сплава начинается в боковой стенке вследствие деформации сжатия с растяжением, о чем свидетельствует FLD-диаграмма (рисунок 47). При этом разрушение развивается по плоскостям боковых стенок, полного отрыва материала не происходит, а в перпендикулярном направлении две боковые стенки просто затягиваются в матричный проем. Такой характер разрушения магниевого сплава можно объяснить большой разницей между пределом текучести при сжатии и пределом текучести при растяжении. Вследствие этого можно сделать вывод, что области формоизменения с сжато-растянутой схемой деформации крайне опасны для сплава AZ31B-O. Рисунок 46 – Предельная глубина вытяжки магниевого сплава AZ31B-O Рисунок 47 - FLD-диаграмма сплава AZ31B-O 69 4.3. Моделирование процесса вытяжки детали «панель капота наружная» Кузовная деталь автомобиля «панель капота наружная» по назначению и требованиям, предъявляемым к поверхности кузовных деталей, относится к группе наружных деталей и представляет собой пологую криволинейную поверхность с неглубокими выштамповками. Главной характерной особенность данной детали является незначительная деформация при вытяжке в силу малой кривизны поверхности. В качестве окончательной формы заготовки используется трапецеидальная заготовка со срезанными двумя вершинами (рисунок 48). Ее размеры были найдены на основании равенства поверхности заготовки и готовой детали с припуском. Рисунок 48 – Форма заготовки для детали «панель капота наружная» Загруженная в AutoForm геометрия рабочего инструмента (матрица, пуансон, прижим) и заготовки представлена на рисунке 49. Форма проема матрицы идентична контуру детали, серповидная форма спереди и сзади, трапецеидальная – по бокам. Прижимная поверхность имеет пространственную криволинейную форму, приближенную по форме к готовой детали, что 70 обеспечивает наибольшую площадь соприкосновения с пуансоном и улучшает условия вытяжки. Максимальная глубина вытяжного перехода составляет порядка 110 мм, что позволяет добиться требуемых степеней деформации. Для обеспечения равномерного течения материала при вытяжке на матрице по всему контуру вытяжного перехода, за исключением угловых зон выполняются перетяжные ребра. Рисунок 49 - Геометрия процесса вытяжки детали «панель капота наружная» В результате моделирования процесса обратной вытяжки с использованием материала DC04, формоизменение на каждых этапах вытяжки получилось бездефектным. Линия обрезки проходит по поверхности детали и области с повышенным гофрообразованием и складками уходят в отход, не влияя на качество получаемого изделия (рисунок 50). В результате моделирования процесса обратной вытяжки с использованием магниевого сплава AZ31B-O, при формоизменении в области наибольшей глубины вытяжки происходит разрыв вдоль боковой стенки. Максимальная полученная бездефектная глубина вытяжки составляет порядка 50 мм (рисунок 51). Таким образом, для крупных и относительно глубоких кузовных деталей автомобиля применение магниевого сплава AZ31B не представляется возможным без применения дополнительных мер по увеличению пластичности, 71 например, подогрева заготовки и инструмента. Однако для лицевых деталей автомобиля такая мера не применима, ввиду высоких требований по качеству поверхности готовой детали. Рисунок 50 - Диаграмма предельных деформаций и области формоизменения DC04 Рисунок 51 - Диаграмма предельных деформаций и области формоизменения магниевого сплава AZ31B 72 5. Экономическая эффективность Организационно-экономическое обоснование целесообразности исследования в рамках данной бакалаврской работы заключается в следующем: 1. Определение трудоемкости и длительности проводимых работ. 2. Составление линейного плана-графика выполнения бакалаврской работы на протяжении всего процесса исследования. 3. Расчет затрат необходимых для проведения данного исследования. 4. Расчет экономической эффективности внедрения исследования. Работы, осуществляемые в процессе исследовании, разбиваются на определенные стадии и этапы и сводятся в таблицу 8. Таблица 8 − Наименование стадий и содержание этапов бакалаврской работы № этапа Наименование этапа № этапа Наименование этапов работы 1 Развитие конструкции автомобиля 1.1 1.2 1.3 1.4 Составление плана работы, постановка цели и задач Тенденции в развитии конструкции автомобилей. Новые материалы в автомобилестроении Применение магниевых сплавов в автомобилестроении 2 Свойства и методы получения деформируемых магниевых сплавов 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Анализ типов магниевых сплавов Основные свойства деформируемых магниевых сплавов Поведение магниевых сплавов при деформации Получение листового полуфабриката Составление плана дальнейших исследований 3 Анализ механических и технологических свойств магниевых сплавов 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Анализ механических и технологических испытаний для оценки штампуемости материала Механическое испытание магниевого сплава AZ31B-O Компьютерное модерирование механических испытаний Компьютерное моделирование технологических испытаний Построение графиков по результатам испытаний Анализ графиков, формулировка выводов и рекомендаций 73 Продолжение таблицы 8 4 Компьютерное моделирование процееса штамповки детали 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Построение математических моделей штампуемой детали и рабочего инструмента в Siemens NX 9.0 Работа с полученными моделями в AutoForm plus R3.1 Моделирование процесса вытяжки детали Построение графиков по результатам моделирования Анализ графиков, формулировка выводов и рекомендаций 5 Оформление результатов БР 5.1 5.2 Подведение итогов работы Окончательное оформление расчетно-пояснительной записки и графического материала 5.1 Определение трудоемкости и длительности выполнения каждого этапа работ Ожидаемая трудоемкость выполнения каждого этапа работы определяется по эмпирической формуле (9): , (9) где Т min —оптимистическая (наименьшая) трудоемкость; Т max — пессимистическая (наибольшая) трудоемкость. Определяется длительность каждого этапа работ по формуле (10): (дн.), (10) где Ч – численность исполнителей на данном этапе. Суммарная длительность бакалаврской работы находится по формуле (11): (11) Удельное значение каждого этапа рассчитываем по формуле (12): (12) Результаты расчетов заносятся в таблицу 9. 5 T 2 T 3 Т max min ож Ч Т Т ож эт эт нир Т Т % 100 Т Т У бр эт д.эт. 74 Таблица 9 − Сводная таблица результатов расчетов № п/п T min, дн T max , дн Удельное значение этапа % Нарастание технической готовности Ожидаемая трудоемкость, дн Количество одновременно работающих Длительность этапа ,дн 1.1 1 2 1,80 1,80 1,5 2 1 1.2 1 2 2,70 4,50 1,5 1 1,5 1.3 2 3 4,51 9,01 2,5 1 2,5 1.4 2 3 4,51 13,52 2,5 1 2,5 2.1 1 2 2,70 16,22 1,5 1 1,5 2.2 3 4 3,60 19,82 3,5 2 2 2.3 2 4 2,70 22,52 3 2 1,5 2.4 2 3 4,51 27,03 2,5 1 2,5 2.5 1 2 1,80 28,83 1,5 2 1 3.1 1 3 1,80 30,63 2 2 1 3.2 2 4 5,40 36,03 3 1 3 3.3 3 6 8,11 44,14 4,5 1 4,5 3.4 3 6 8,11 52,25 4,5 1 4,5 3.5 2 6 3,60 55,85 4 2 2 3.6 2 4 2,70 58,55 3 2 1,5 4.1 3 6 8,11 66,66 4,5 1 4,5 4.2 2 6 7,21 73,87 4 1 4 4.3 4 7 9,91 83,78 5,5 1 5,5 4.4 3 6 4,51 88.29 4,5 2 2,5 4.5 2 4 2,70 90,99 3 2 1,5 5.1 1 2 1,80 92,79 1,5 2 1 5.2 3 5 7,21 100,00 4 1 4 = 55,5 В результате расчетов длительность выполнения бакалаврской работы составила 55,5 дней. Для наглядности хода выполнения работ строиться линейный план-график. эт T бр T 75 5.2 Построение линейного план-графика По рассчитанным данным, путем последовательного отложения отрезков, равных длительности этапов, строится линейный план-график (рисунок 51). Рисунок 51 – Линейный план-график выполнения бакалаврской работы 5.3 Расчет затрат на проведение бакалаврской работы Таблица 10 представляет собой табель численности исполнителей на каждом этапе работ. Таблица 10 – Численность исполнителей по этапам работ № этапа Техник Руководитель Всего (чел) 1.1 1 1 2 1.2 1 - 1 1.3 1 - 1 76 Продолжение таблицы 10 1.4 1 - 1 2.1 1 - 1 2.2 1 1 2 2.3 1 1 2 2.4 1 - 1 2.5 1 1 2 3.1 1 1 2 3.2 1 - 1 3.3 1 - 1 3.4 1 - 1 3.5 1 1 2 3.6 1 1 2 4.1 1 - 1 4.2 1 - 1 4.3 1 - 1 4.4 1 1 2 4.5 1 1 2 5.1 1 1 2 5.2 1 - 1 В таблице 11 рассчитываются расходы на заработную плату для исполнителей работ. |