Диссертация (Электрогидроимпульсная вытяжка-формовка тонколистовых металлов в закрытую матрицу), страница 8

Проектирование новых технологийна базе ЭГИ процессов требует анализа параметров импульса давления,действующего внутри разрядной камеры, расчета параметров НДС ипоследующей оценки вероятности потери устойчивости заготовки, нарушениясплошности материала и возникновения иного брака, а также определениянеобходимой энергии оборудования [77]. При исследовании ЭГИ процесса врасчетах необходимо учитывать множество факторов, таких как конструкцияразрядной камеры, свойства передающей среды, геометрические особенностизаготовки и оснастки и пр., однако, зачастую получить информацию обо всехвнутренних процессах невозможно.Для аналитического решения задач пластического деформированиятребуется рассмотрение комплекса уравнений, условиям которых должнаудовлетворять каждая точка заготовки.

В общем случае постановка задачивключает в себя не менее 18 уравнений [123]. Решить подобные уравненияпредставляется возможным только в случае упрощения и схематизации сложныхпроцессов, что ограничивает расчет технологических параметров. Такимобразом, можно сказать, что аналитические методы расчета изначально являютсяприближеннымималоэффективны.инеточнымииприсозданииновыхтехнологий46В связи с большим количеством факторов, влияющих на процессформообразования, при всех преимуществах ЭГИ технологии, ее практическаяреализация и экспериментальное изучение связаны со значительнымиматериальными и временными затратами. Кроме того, существует большоечисло факторов, которые комплексно и по отдельности значимо влияют напроцесс ЭГИ вытяжки-формовки, что превращает экспериментальную отладкупроектируемой технологии в долгосрочную и труднореализуемую задачу.Поэтомудлярешенияпоставленныхзадачимногофакторногоисследования ЭГИ процессов оправдано использование метода конечноэлементного (КЭ) компьютерного моделирования, с помощью которого важныедля проектирования технологические вопросы могут быть решены на основеновых методик построения компьютерных моделей.Компьютерное моделирование в КЭ комплексах позволяет решать задачитеории ОМД во всей полноте физической и технологической постановки,получатьбольшийобъеминформации,чемприэкспериментальныхисследованиях и заглянуть "внутрь" процесса: оценить параметры передающейсреды и НДС металла, а также исследовать различные факторы, влияющие наформообразование детали и процесс потери устойчивости, такие как геометрияоснастки и заготовки, толщина заготовки, анизотропия механических свойств,схема нагружения и др.; выявить условия, при которых произойдет разрушениеметалла, оценить заполнение формоизменяющей матрицы.

Компьютерноемоделирование даст возможность исследовать процесс ЭГИ вытяжки-формовкитонколистовых металлов с меньшими затратами времени и трудоемкостью, чемпри экспериментальном исследовании, и позволит разработать меры поинтенсификации ЭГИ процесса.В настоящее время различные программные комплексы широко и успешноиспользуются для изучения импульсных процессов за рубежом [4, 12, 15, 16] иначинают использоваться в нашей стране [25 – 35, 75, 78]. С учетом спецификиисследуемого процесса, к расчетному программному комплексу предъявляютсяследующие требования:47 возможность задания высоко нелинейных и точных физических моделейматериала; возможность задания сложных контактных алгоритмов; возможность моделирования или импортирования геометрической моделина основе существующей CAD геометрии; поддержка использования оболочечной модели.

Такой подход позволяетсущественно уменьшить конечно-элементную разбивку, что в своюочередь ведет к уменьшению времени счета при сохранении точности; возможность построения и перестроения конечно-элементных сеток сосложной топологией и большим количеством симплекс-элементов; возможность осуществлять расчет больших пластических деформаций бездополнительного переразбиения конечно-элементной сетки; возможность задания такта и длительности времени расчета; возможностьраспараллеливаниявычислений,т.е.использоватьимеющиеся вычислительные ресурсы наиболее эффективно.ПрограммныйкомплексLS-DYNA[8]отвечаетпредъявленнымтребованиям.

LS-DYNA – КЭ научный комплекс, созданный в 1976 году,который ориентирован на быстротекущие термомеханические процессы, иреализует механизмы взаимодействия жидкостей и газов с деформируемойконструкцией.Комплексвысокоскоростногоизначальновзаимодействияразрабатывалсяжидкостейсдлярасчетовметаллическимиконструкциями, имеет явный решатель и не требует адаптации для расчетовдинамических задач, в том числе задач ЭГИ деформирования листовыхметаллов.

Для решения квазистатических задач в LS-DYNA используетсядинамический алгоритм с реализацией метода установления [77]. Программныйпакет предоставляет большой набор оболочечных моделей с отработаннымиконтактными алгоритмами. Также, в работах [11, 35] показана эффективностькомплекса для прогнозирования вероятности складкообразования листовыхзаготовок.48Поэтому для дальнейших компьютерных расчетов импульсных иквазистатическихпроцессоввытяжкитонколистовогометаллабудетиспользован именно конечно-элементный комплекс LS-DYNA.1.4.

Выводы по главе и постановка задач исследованияПроведенный анализ научно-технической литературы позволяет сделатьряд выводов и сформулировать задачи настоящего исследования. Основныевыводы представлены ниже.1. Были рассмотрены различные квазистатические и динамические методывытяжки-формовки тонколистовых и особо тонколистовых металлов. Анализданных показал, что электрогидроимпульсная вытяжка-формовка являетсяодним из эффективных методов формоизменения тонколистового металла.Данный метод отличается простотой технологической оснастки, сжатымисроками подготовки производства и легко поддается автоматизации иинтенсификации.

За счет уменьшения эффекта пружинения, повышаетсяточность заготовок в сравнении с квазистатическими методами вытяжкиформовки.2. Рассмотрены современное состояние ЭГИ технологий и некоторыетиповыедефекты,возникающиеприимпульснойвытяжке-формовкетонколистовых деталей, в частности: складкообразование, фестонообразование,нарушение сплошности материала заготовки, недоштамповка рельефа матрицыпри недостаточном уровне энергии или отскок и обратный прогиб донной частиприпередозировкеэнергии.Показано,чтоисследованиевопросаопредотвращении возникновения указанных дефектов является актуальнойзадачей при проектировании технологий ЭГИ вытяжки-формовки.3. Рассмотрены некоторые известные способы получения FLD, такие какметод Наказимы, метод Марсиниака и метод гидростатического выдавливания.Показаны недостатки указанных методов и их ограниченная применимость дляпостроения FLD тонколистовых и особо тонколистовых металлов.494.

Показано, что из-за сложности внутренних физических процессов ивысоких скоростей, экспериментальное исследование ЭГИ вытяжки-формовкитребует специальной аппаратуры, затратно по времени и средствам, так как натечение процесса влияет множество факторов: параметры разрядной камеры,характеристики материала заготовки и ее геометрия, форма и длительностьимпульса давления и ряд других параметров, что, в свою очередь, определяеттакже определяет и наукоемкость процесса.

В связи с этим в даннойдиссертационнойработецелесообразноприменениекомпьютерногомоделирования с экспериментальной верификацией численных расчетов.5. Показана эффективность применения компьютерного моделирования припроектировании и отладке стабильных наукоемких технологических процессов.Обоснован выбор КЭ программного комплекса LS-DYNA для расчетовпроцессов ЭГИ вытяжки-формовки листовых металлов, а также схожихпроцессов. Современный уровень развития данного комплекса позволяетпосредством компьютерных расчетов прогнозировать потерю устойчивости инарушение сплошности материала заготовки.На основе литературных данных были сформулированы цель и задачиисследования:Целью работы является интенсификация электрогидроимпульснойтонколистовой вытяжки-формовки на основе компьютерного моделирования иразработка новых технологических схем процесса.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:В теоретическом плане:1.