Диссертация (Электрогидроимпульсная вытяжка-формовка тонколистовых металлов в закрытую матрицу), страница 9

Исследовать и проанализировать параметры импульсного давления вразрядной камере при ЭГИ вытяжке-формовке и предложить зависимостьимпульса давления для компьютерных расчетов.2. В комплексе LS-DYNA разработать компьютерные модели вытяжкиформовкитонколистовыхметаллов, которыепризаданиипараметровнагружения, динамического упрочнения металла, контактного трения, диаграммпредельных деформаций (FLD), геометрии заготовки, оснастки и др.50особенностей исследуемого процесса позволят рассчитывать параметрыформоизменения и НДС точек заготовки, прогнозировать ее возможноеразрушение и складкообразование.3. С помощью комплекса LS-DYNA исследовать влияние амплитуды,времени нарастания и характеристической длительности импульса давления назаполнение рельефа матриц характерных форм.4.

Исследовать влияние различных факторов, таких как скоростидеформации, анизотропия механических свойств металла, схема нагружения идр. на форму FLD, эффективные пластические деформации, относительноеутонение заготовки вдоль прогиба и процесс складкообразования при вытяжкеформовке тонколистовых металлов.В экспериментальном плане:5.

Разработать и научно обосновать экспериментально-расчетную методикуопределения FLD и получить FLD ряда листовых металлов, необходимые длякомпьютерных расчетов.6. Определить параметры аппроксимации кривой деформационногоупрочнения, необходимые для компьютерных расчетов.7. Провести экспериментальные исследования по оценке корректностикомпьютерных моделей.В технологическом плане:8. Разработать метод интенсифицированной электрогидроимпульснойтонколистовой вытяжки-формовки за счет дополнительного использованияресурса пластичности фланца заготовки, и на основе соответствующейкомпьютерной модели и натурных испытаний обосновать эффективность метода.9. Разработать научно обоснованные технологические рекомендации дляпромышленного применения технологических процессов ЭГИ вытяжкиформовки деталей из тонколистовых и особо тонколистовых металлов иполучить образцы деталей.51ГЛАВА 2.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВТОНКОЛИСТОВОЙ ВЫТЯЖКИ-ФОРМОВКИДанная глава посвящена разработке компьютерных моделей процессоввытяжки-формовки деталей из листовых металлов, которые будут учитыватькомплекс физико-механических особенностей исследуемого процесса ипозволят рассчитывать параметры деформированного состояния в каждой точкезаготовки для прогнозирования вероятности складкообразования и нарушениясплошности материала заготовки.Также в данной главе будут приведены некоторые данные натурногоэксперимента. Основные положения экспериментальных данных описаны вглаве 3, а в данной главе приведены только результаты для сравнения скомпьютерными расчетами.2.1. Задачи, связанные с разработкой компьютерных моделейВ настоящее время, при широком распространении компьютерногомоделирования и развитии различных КЭ программных комплексов, несуществует библиотеки готовых моделей, пригодных для использования висследованиях тех или иных технологических процессов, или же универсальныхметодик их создания.

Зачастую, для того чтобы исследовать определенныйтехнологический процесс, создавать модель приходится с нуля, сталкиваясь срядом очевидных проблем.Условно, можно обозначить две группы задач, которые необходимо решитьдля успешного построения адекватной компьютерной модели исследуемогопроцесса: задачи, связанные с физико-механическими особенностями процесса,условиями нагружения, свойствами материала заготовок и геометрией оснастки,и задачи, связанные подбором и настройкой технологических параметровпроцесса.52К задачам первой группы можно отнести следующие. Поскольку в даннойработе изучается процесс ЭГИ тонколистовой вытяжки-формовки, то к одной изособенностей моделирования следует отнести влияние скоростей деформации напроцесс формоизменения. Если использовать для компьютерного расчетадинамического нагружения те же соотношения, что и для квазистатического, этонеизбежно приведет к ошибкам в расчетах, а полученные данные будутнепригодны для проектирования.

В связи с этим, требуется учитывать влияниевысоких скоростей деформации и вносить корректировку в задание данных.Также следует учитывать, что листовой металл, из которого состоитзаготовка, обладает анизотропией механических свойств вследствие самогопринципа получения листовых материалов. Анизотропия неизбежно оказываетвлияние на процесс формоизменения и обычно выражается в нарушении формынаружного диаметра или односторонней утяжке фланца. Это не обязательноприводит к браку, если центральная часть заготовки приобретает требуемуюформу и размеры, однако неучет анизотропии свойств может привести кошибкам в технологических расчетах, особенно при анализе факторов,влияющих на потерю устойчивости заготовки.К важным факторам компьютерного моделирования также относитсязадание параметров нагружения, т.е.

импульса давления, благодаря которомупроисходит формоизменение заготовки. От этого фактора напрямую зависитточность компьютерных расчетов, их длительность и требуемые компьютерныересурсы, которые понадобятся для проведения исследования.Решение задач первой группы позволит создать базовую компьютернуюмодель, которая будет учитывать особенности процесса и позволит варьироватьего параметры. С помощью базовой модели осуществляется решение задачвторой группы, направленной на исследование и оптимизацию исследуемыхпроцессов.Решениеописанныхвышезадачпозволитсоздатьадекватнуюкомпьютерную модель и получить достоверные результаты исследования.532.2. Задание параметров нагружения в компьютерных расчетахимпульсных процессовОт способа задания параметров нагружения в компьютерные расчетынапрямую зависят точность результатов, длительность расчетов и требования квычислительным ресурсам.

В работах [3, 12, 76] задачи импульсногодеформирования были решены в комплексном виде с учетом трехмернойгидродинамикипроцесса.Подобныерасчетытребуютприменениясуперкомпьютеров, превышающих по мощности доступные персональныекомпьютеры.Значительноевремяуходиттакженасозданиесамихкомпьютерных моделей, оригинальных для каждого размера разрядной камеры,электродной системы и детали вследствие оригинальной КЭ разбивки.

В техслучаях, когда требуется провести исследование, связанное с большимколичеством компьютерных расчетов, данный метод является таким жезатратным по времени, как и экспериментальные исследования.При расчетах штамповки подвижными средами часто параметры жесткостиподвижной среды (вода, масло, вакуумная резина, мягкий полиуретан и т.п.)можно не учитывать и в качестве нагрузки задавать только ее давление. Такойподход существенно облегчает постановку и компьютерную реализациюрасчетной задачи, позволяя усилить вычислительные ресурсы на особенностяхдеформированиязаготовки иее взаимодействияс жестким рабочиминструментом.

Особенно это актуально при оптимизации процессов штамповкидеталей сложной формы, когда в расчетах перебирается большое числовариантов. Поэтому правильное задание параметров нагружения являетсяважным условием корректности получаемых результатов.В данном параграфе будет рассмотрен вопрос задания импульса давленияв компьютерных расчетах, в том числе методы аппроксимации реальногоимпульса давления в разрядной камере, а также применимость выбранныхзависимостей импульса давления для решения задач.542.2.1. Способы получения зависимости давления от времениДля кривой, которая описывает зависимость импульса давления от временипри ЭГИ деформировании, характерна форма, представленная на рисунке 2.1.Сложная форма импульса давления характеризуется следующими параметрами:p0 – наибольшее значение, которого достигает давление, изменяющееся вовремени, или амплитудное давление импульса; tн – время, за которое давлениедостигаетамплитудного– характеристическаязначения;длительностьдавления; время, за которое амплитуда давления уменьшается в е раз.В работе [75] проведены экспериментальные исследования по определениюзависимости давления от времени в разрядной камере при ЭГИ вытяжкетонколистовой заготовки.

Осциллограмма показана на рисунке 2.2. Как видно,форма импульса давления, полученная с помощью пьезоэлектрического датчика,установленного в разрядной камере, схожа по форме с теоретической(рисунок 2.1).Рисунок 2.1 – Теоретическая формаимпульса давления, характерная длявысоковольтного электрическогоразряда в жидкостиСразвитиемкомпьютерногонаучныхмоделированияКЭРисунок 2.2 – Форма импульсадавления, полученная с помощьюпьезоэлектрического датчикакомплексовЭГИпроцессовпоявиласьсучетомвозможностьтрехмернойгидродинамики [3, 12, 71, 76].

Компьютерные расчеты процесса с учетомвлияния геометрии разрядной камеры, электродной системы и свойств55передающей среды дают возможность получить распределение и зависимостьдавления от времени внутри камеры. Пример компьютерных расчетовраспределения давления в разрядной камере представлен на рисунке 2.3. [26, 28].Дляполученияданногораспределениябылпроведенрасчетнасуперкомпьютере.а)б)в)Рисунок 2.3 – Распределение давления в разрядной камере (шкала в кПа):а – 40 мкс; б – 560 мкс; в – 820 мксНа рисунке представлены характерные моменты, соответствующиенагружению и деформированию заготовки.

Нижний профиль формы жидкостиповторяет форму заготовки. Позиция рисунка 2.3, а соответствуют этапураспространения ударной волны от плазменной полости до заготовки, котораяне начала деформирование. С момента начала движения заготовки плазменнаяполость деформируется в сторону заготовки, и начинается образование потокажидкости в сторону деформируемой заготовки. Гидропоток (рисунок 2.3, б, в)создает давление, в результате которого деформируется заготовка до моментаостановки.Зависимость давления от времени для центральной нижней точки жидкостипредставлена на рисунке 2.4. Как видно, полученный импульс давления имеетсложную временную зависимость с множественными пульсациями и отличаетсяот формы импульса давления, показанной на рисунках 2.1 и 2.2.5645004000Давление, КПа3500300025001200021500310005000-5002.0E-044.0E-046.0E-048.0E-04Время, с1.0E-031.2E-03Рисунок 2.4 – Формы импульса давления в центре заготовки: 1 – форма,полученная при компьютерном расчете с учетом гидромеханики процесса;2 – аппроксимация положительной полуволной синусоиды; 3 – аппроксимацияполиномиальной функциейОднако, для решения задачи с учетом влияния плазменного канала разряда,гидропотока и других физико-механических особенностей потребовалсясуперкомпьютер, т.е.