Моделирование движения пуансона в процессе штамповки с обкатыванием Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Моделирование движения пуансона в процессе штамповки с обкатыванием

Е.Н. Васильев, Е.Н. Чумаченко, С.А. Бобер Московский Государственный Институт Электроники и Математики (ТУ) Кафедра Математического Моделирования.

E-mail: mmkaf@miem.edu.ru, juk.vasilev@gmail.com

Введение

Перспективным направлением, связанным с обработкой металлов давлением, является развитие локальных методов деформирования в ОМД. Локальный метод деформирования - это процесс, в котором заготовка, либо её часть, деформируется путём последовательного перемещения малого очага деформации вдоль неё. Усилие деформации зависит от граничных условий, от механических характеристик материала, температурных полей в очаге деформации и др. Уменьшение площади контакта заготовки с инструментом приводит к изменению схемы деформирования и уменьшению полных усилий деформирования, что позволяет использовать маломощное оборудование и несложные приспособления к существующим машинам.

Одним из локальных методов деформации в развитии технологии штамповки крупногабаритных цельноштампованных поковок является штамповка на основе комбинированного нагружения - штамповка с обкатыванием. Уменьшение полных усилий деформирования, получаемый при комбинированном нагружении, позволяет увеличить массу поковок, повысить стойкость инструмента и коэффициент использования металла, уменьшить металлоемкость создаваемых машин.

Рассмотренный в работе способ заключается в осаживании заготовки с одновременным ее обкатыванием за счет качания верхнего штампа. Зеркало инструмента выпуклое по радиусу в сторону заготовки таким образом, что образует часть цилиндрической поверхности, и при его качании обеспечивает возвратнопоступательное перемещение площадки контакта заготовки со штампом. Причем за время деформирования площадка контакта перемещается непрерывно и многократно по всей длине заготовки. Такой способ позволяет вести непрерывное локальное деформирование в том числе и удлиненных в плане заготовок сложной формы.

Экспериментальная установка

Все расчёты ведутся для реального штампа (см. Рис. 1).

Схема экспериментальной установки, используемая СМ, представлена на Рис. 2. Задачи системы моделирования

В данной работе рассматривается построение системы моделирования (далее СМ) движения пуансона в процессе штамповки с обкатыванием. На данном этапе работы, основной задачей СМ является обработка и визуальное представление экспериментальных данных. Таким образом, есть две задачи, решаемые СМ. Общими данными в них являются физические параметры пуансона - радиус кривизны штампа, расстояние между шарнирами закрепления тяг к телу пуансона (в работе для удобства расчётов используется полурасстояние). Две же решаемые задачи в свою очередь отличаются прочими данными.

Рис.1

Шарниры крепления тяг пуансона

Центр пуансона

Ось симметрии пуансона

Тело

пуансоьа

Тяги

г

і

Шарниры крепления тяг пуансона к гидравлическим домкратам

Рис. 2

Даны координаты центра пуансона и угол наклона оси симметрии штампа к вертикали. Эта задача решается для случая, когда известна желаемая траектория движения штампа и необходимо найти траектории движения точек крепления тяг к гидравлическим домкратам, движение по которым будет доставлять пуансон в желаемое положение. Предполагается также, что расстояние между точками крепления тяг к домкратам равно ширине пуансона (расстоянию между шарнирами крепления тяг к пуансону), то есть при нулевом отклонении штампа от вертикали тяги находятся в строго вертикальном положении.

Задача решается следующим образом (Рис. 3).

I А(х,у) 1

I I

Рис.3

Здесь A - центр пуансона, B, C - шарниры крепления тяг к пуансону, E и D -точки крепления тяг пуансона к гидравлическим домкратам, zeta - угол между горизонталью и правой стороной пуансона, beta - между горизонталью и левой стороной пуансона, R - радиус кривизны пуансона.

Искомые координаты точек E и D находятся исходя из известных длины тяги L и полуширины штампа W.

По умолчанию, абсциссы точек E и D равны -W и W соответственно, основной интерес представляют ординаты:

Sy - Лу — АСу - СЕу = у - fi(íatft) — — {W - R K>s(zfltcO

Dy = Ay - A3y - BBy = y - Rstn (beta) - ^ - fi oos(beta) ■+ x)2

áatci ™ 7— 3 arcsinj ^

;=■:; = -г-I ■' ^

Даны координаты точек крепления тяг пуансона к гидравлическим домкратам и угол наклона левой тяги к вертикали. Эта задача решается в случае необходимости определения траектории движения центра пуансона для заданных траекторий движения тяг. Так же, как и в первой задаче, предполагается, что расстояние между точками крепления тяг к домкратам равно ширине пуансона.

І I

Рис.4

При известных координатах E и D, а также угле gamma имеем следующие координаты остальных точек:

Ся = ^+1* sin

С¥ = г, - ■+ L W

Координаты правого шарнира и центра пуансона ищутся как пересечения окружностей с центрами в точках С, D и B, C соответственно.

Точки пересечения являются решениями следующих систем:

( №¡í-cJ‘ + {Br-crf=ntw‘

и

Интерфейс и возможности системы моделирования.

Интерфейс СМ представляет собой 2 окна - окно управления (Рис.5) и окно отображения результатов вычислений (Рис.6).

Registered STRCOM servers

Server commands

Registered parameters

commander example graph params pipel

pipel->dear pipel->grid pipe l->poin ter pipe l->puansrend pipe2

pipe2->dear

pipe2->grid

pipe2->select

pipe2->traj

scroll

servcmdsMemo dt [double] example >alpha [double] example >center [vector2] example >length [double] example >lshar [vector2]

example >ltvaqa [vector21 1

example >radius [double] example >rshar [vector2] example >rtyaga [vector2] example >width [double] main>backcolor [color]

main>mouse>pos [vector2] main>mouse>real_pos [vector2] main>mouse>real_pos_pan2 [vector2] main>pos [vector 2]

Executed STRCOM log

Parameter value

graph. update_target panel 1 params.pipel>puansrend>rtyaga 80, -177.793 params.pipel>puansrend>ltyaga -80, -138.329 params.pipel>puansrend>lshar -82.3572, 61.6576 params.pipel>puansrend>rshar 72.6688, 22.0729 params.pipel>puansrend>center 10, 100 graph. update_target panel 2 example, count params.example>alpha 0.25 params.example >center 10, 100 params. selected _point 10, 100 graph. update_target panel 1 params.pipel>puansrend>rtyaga 80, -164.577 params.pipel>puansrend>ltyaga -80, -164.577

□

-80,-138.329

Filter

Refresh

Phc. 5

Рнс.6

На окне управления имеются стэк команд, список заданных параметров, список подключённых компонент СМ, панель значения выбранного параметра, командная строка. При запуске значения параметров и подключаемые модули задаются СМ специальным скрипт-файлом, дальнейшее управление происходит через командную строку.

На окне отображения результатов вычислений имеются 2 панели - панель траектории движения центра пуансона и панель отображения положения пуансона.

Перспективы СМ

В будущем к уже имеющимся возможностям СМ добавится возможность расчёта физической составляющей процесса штамповки с обкатыванием: появится возможность задавать форму матрицы нижнего штампа, форму заготовки, моделировать непосредственно процесс штамповки, наблюдать за результатами и рассчитывать различные интересующие исследователей параметры штампа и заготовки, изменяющиеся по ходу формования.