CC BY
30
Электрод-инструмент 1 и абразивный круг 2 закрепляют на общей оправке в шпинделе станка и при вращении комбинированного инструмента производят съем металла с заготовки 3, перемещающейся с заданной подачей; в качестве рабочей жидкости используют техническую воду с добавками укринола(1 %)иСаС03(1 %). Этот метод рекомендован для обработки плоских и цилиндрических поверхностей заготовок.
Конструкция рабочей поверхности электрода-инструмента выполнена прерывистой в виде пластин. Его параметры:
Диаметр инструмента............................до 300 мм
Ширина паза...............................................5—6 мм
Количество пазов................................................20
Угол каждого паза...............................................45°
Минимальная глубина зоны термического влияния, образовавшаяся после обработки электродом-инструментом, /г = 0,43 мм.
Абразивный инструмент может быть сплошным либо сборным, состоящим из отдельных абразивных сегментов. Он полностью удаляет поверхностный слой с измененными свойствами, полученными после ЭКДО, и формирует поверхность в соответствии с требованиями по качеству и точности обработки.
В качестве источника питания применяют многопостовой выпрямитель ВМГ-500 мощно-
ип
Рис. 3. Принципиальная схема электроконтактно-дуговой абразивной обработки плоскости:
/— электрод-инструмент; 2— абразивный инструмент; 3 — заготовка;
ИП — источник питания
стью 317 кВт со ступенчатым регулированием напряжения в диапазоне 30—60 В.
При выполнении черновых и чистовых операций обработки деталей из труднообрабатываемых материалов возможно применение высокопроизводительных методов: электроконтактно-дугового и комбинированного электроконтактно-дугового абразивного. При этом шероховатость обработанной поверхности при черновых операциях составляет Яг = 160— 200 мкм, а при чистовых <1,5 мкм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ушомирская, Л.А. Технологические аспекты электроконтактно-дуговой абразивной обработки [Текст] / Л.А. Ушомирская // Металлообработка,— 2001. № 1,- С. 41-43.
2. Карецкий, Ю.Н. Применение метода электроконтактно-дуговой обработки для отрезки прибылей в литейном производстве [Текст] / Ю.Н. Карецкий, У.С. Сулейманов, Л.А. Ушомирская // Металлообработка,— 2006. N° 3,— С. 13—15.
УДК 621.771
А.В. Мамутов, В.С. Мамутов
РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ ПОДВИЖНЫМИ СРЕДАМИ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЛЕКСА 1_5-ОУЫА
Конечно-элементный (КЭ) комплекс ЬБ-DYNA — универсальный многоцелевой программный комплекс, который может быть эффективно использован для расчета пластического формоизменения листового металла в про-
цессах листовой штамповки [1]. Исходно комплекс разрабатывался и предназначался для расчета высокоскоростных процессов. Поэтому импульсные и динамические расчеты не требуют специальной адаптации при его исполь-
зовании [2]. Для решения квазистатических задач реализуется известный из численных методов математической физики метод установления. Если создать условия, когда волновые процессы и силы инерции не оказывают существенного влияния на процесс деформирования, то можно моделировать процессы квазистатической листовой штамповки. При расчете штамповки в жестких штампах, чтобы получить статическое решение, можно ограничить скорость инструмента величиной 7—10 м/с. При моделировании квазистатической листовой штамповки подвижными средами (полиуретан, жидкость и т. п.) нагрузка определяется некоторым законом давления (линейный или синусоидальный). Существует оптимальная длительность давления, при которой ошибка от влияния волновых и динамических процессов не превышает приемлемого для практических расчетов значения [3].
В статье показаны возможности программного комплекса 1.8-РУМЛ ,иж расчета процессов импульсной, квазистатической и комбинированной листовой штамповки подвижными средами, а также показаны особенности задания параметров нагрузки при моделировании штамповки подвижными средами.
Расчет электрогидроимпульсной вытяжки-формовки. Применение 1.8-РУМД для расчета процесса электрогидроимпульсной листовой штамповки представляется наиболее эффективным использованием данного КЭ комплекса. В качестве примера представлен расчет вытяжки-формовки квадратной (100х 100 мм) заготовки в закрытую ступенчатую матрицу. Расчет осуществлялся для латуни Л68 толщиной Л0 = = 0,5 мм в предположении изотропности материала и степенного закона деформационного упрочнения с параметрами В = 740 МПа, т = = 0,45. Упругие константы материала приняты следующие: Е= 1,15-Ю11 Па — модуль Юнга; V = 0,35— коэффициент Пуассона. Плотность материала задавалась равной р = 8300 кг/м3. Зазор между прижимом и заготовкой оставался в процессе формоизменения заготовки постоянным и равным 0,15 мм. Коэффициент куло-новского трения принят ц = 0,1. Расчет велся для четверти заготовки, так как деформируемая система имеет две плоскости симметрии. Временной закон импульсного давления задавался зависимостью
p = p0Np(t/Q)aexp(-bt/Q),
где р0 — амплитудное значение давления; 9 — характеристическое время, за которое давление уменьшается в е раз; tm — время нарастания давления. Нормирующие величины Np, а, ¿определены соотношениями
Л^ = ехр[й(1 — ln(tf/¿))]; а = с [1 - с(1 - 1пс)];
9
При расчете были приняты следующие па-9
плитуда давления варьировалась. Типичная проблема при штамповке такой детали — отскок заготовки от матрицы в центре — достаточно хорошо прогнозируется расчетом (рис. 1).
Комбинированная статико-импульсная вытяжка—формовка тонколистовой заготовки. Комбинирование статического и импульсного нагружения тонколистовой заготовки часто позволяет увеличить степень вытяжки заготовки по сравнению с простым случаем нагружения статической или импульсной нагрузкой. Рассматривается расчет комбинированного многоциклового процесса статико-импульсной вытяжки—формовки тонколистовой заготовки из латуни Л68 толщиной h0 = 0,5 мм, когда последовательное статическое формоизменение осуществляется жестким пуансоном, а импульсное нагружение — за счет давления, возникающего при электрическом разряде в жидкости. При реализации процесса есть определенные ограничения на степень формоизменения по каждому виду нагружения. Если задать большую степень формоизменения, то за счет сжимающих тангенциальных напряжений при статическом нагру-жении может начаться складкообразование. На рис. 2 видно начало образования складки в угловой зоне заготовки. Последующее импульсное нагружение может эти складки не разгладить, что приведет к браку детали.
Формоизменения заготовки под действием квазистатической нагрузки подвижными средами. Для оценки сходимости волнового решения к статическому решению рассматривается деформирование тонколистовой заготовки под действием полусинусоидального импульса давления
р = р{)sin(tó/r0), t < Т0; р = 0; t>T0.
ьвег ЭТЕР 20 Т» ТНСК№55
0.523041 0.470737 0.418432 0.366128 0.313824 0261520 0209216 0.156912 0.104608 0052304 0.000000
Рис. 1. Расчет высокоскоростного взаимодействия заготовки с матрицей (прижим условно не показан)
Плоская заготовка, закрепленная по круговому контуру, деформируется, не ограниченная рельефом матрицы. Материал заготовки — изотропный со степенным законом упрочнения, определяемым параметрами Вит. Для оценки сходимости приняты два параметра: сходимость в среднем
' 2
£ (
7=1
>>
и сходимости по максимуму
' = тах- е5) / е Д.,
у
где гф е5 — интенсивности тензора пластических деформаций соответственно при динамическом и при статическом решении для точки заготовки, определенной конечным элементом с номером у; п — общее количество элементов; —среднее значение интенсивности тензора логарифмических деформаций при статическом решении задачи.
Рис. 2. Начало складкообразования в процессе многоцикловой статико-импульсной вытяжки—формовки
Сходимость динамического решения к статическому решению достаточно хорошо описывается монотонными зависимостями ^(ц) и у2(Ц1)> где ц | — отношение максимального прогиба к радиусу заготовки, ц = у0/Я, Л — радиус контура закрепления; уй — максимальный прогиб. Для получения таких зависимостей при фиксированных моментах времени определялись значения относительного прогиба ц, которому ставились в соответствие значения интенсивности тензора деформаций точек оболочки. В качестве статического решения брался вариант решения, полученный при длительности давления Г0 = 0,1 с, в котором определялась величина Кроме относительного параметра ц | выбраны также безразмерные параметры, влияющие на зависимости ^(ц) и ^(ц):
ц2= 7о(Д/р)0-5/Л; Пз = Л)/ЫП1);
а)
9.80006-04
ЭТН5 21 тс = 9.7224116Е-002 8.8200Е-04 —
7.8400Е-04 —
6.86006-04 Щ 5.88006-04
4.90006-04 —
ЗУ2006-04 -
2 94006-04 —
1.96006-04 Н
9.80006-05 —
0.000000 -
Minor Engineering Strain, %
Рис. 3. Квазистатическая вытяжка-формовка в коническую матрицу:
а — заготовка, б — диаграмма предельных деформаций в осях «первая главная относительная деформация — вторая главная относительная деформация»
Здесь p0s — давление при статической штамповке, необходимое для достижения относительного прогиба щ.
Установлено, что при относительном прогибе оболочки больше щ > 0,15-0,2, что характерно для формообразующих операций листовой штамповки, и при величинахщ > 3 различие статического и динамического решений по величине интенсивности тензора логарифмических деформаций в среднем и по максимуму становится
менее 10 %. Когда значение Г0 соответствует щ
щ
ределяемая влиянием динамических эффектов,
щщ
на уровень ошибки существенно ниже, чем влияние первых двух параметров. Данные выводы можно в первом приближении распространить и на заготовку произвольной формы.
Рассмотрим в качестве примера квазистатическую вытяжку—формовку тонколистовой заготовки из алюминиевого сплава в коническую матрицу с углом конуса 45°; радиус заготовки — 55 мм; радиус матрицы — 50 мм. Характеристики материала заготовки задавались следующие: упругие константы — модуль Юнга Е= 7,05-Ю10 Па, коэффициент Пуассона v = = 0,31; параметры степенного закона упрочнения — В= 390 МПа, т = 0,18; плотность материала — р = 2700 кг/м3. Коэффициент кулонов-ского трения принят ц = 0,1.
Определение параметров давления осуществлялось следующим образом. Согласно рекомендациям, представленным выше, значение параметра безразмерного времени нагру-щ
щ>
порядка 1 %. Для этого необходимо выполнить условие
Г0> (10-20) Я/(Д/г)0'5^ 0,013-0,026 с.
Поэтому можно выбрать синусоидальный импульс давления длительностью Г0 = 0,025 с.
Пример квазистатической вытяжки—формовки тонколистовой заготовки в коническую
матрицу для момента деформирования, соответ-
щ
представлен на рис. 3, а. Для прогнозирования разрушения заготовки применялась диаграмма
предельных деформаций (РЬЭ). Отмечены конечные элементы вдоль образующей деформированной заготовки. На рисунке с диаграммой предельных деформаций (рис. 3, б) отмеченные точки показаны в виде «р«. Для центральной области заготовки отмеченные точки выходят за критическую кривую РЬГЗ. Это предсказывает разрушение, что реально и наблюдалось в эксперименте.
Таким образом, на конкретных примерах показаны возможности КЭ комплекса Ь8-ОУ\А для расчета процессов импульсной, квазистатической и комбинированной листовой штамповки подвижными средами. На основе оценки сходимости волнового решения к статическому предложена методика задания параметров давления для расчета процессов листовой штамповки подвижными средами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bradley, N.M. Implicit Springback Calculation using LS-DYNA [Текст] / N.M. Bradley // Livermore Software Technology Corporation Simulation for the Millennium Southfield.— 5th International LS-DYNA Users Conference.— Ml. USA.— September 21—22, 1998.
2. Mamutov, A.V. Finite element modeling off shells wrinkling in impulse drawing of thin sheet metal [Текст] / A.V. Mamutov, V.S. Mamutov, S.A. Matveev // International workshop on New Approaches to High-
Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulation in Science and Engineering.— Proc. of SP1E.— Vol. 5400-38,- P. 240-243,- Bellingham, Wash, 2004.
3. Mamutov, A.V. Finite Element Simulation of Sheet Metal Forming Using LS-DYNA Code [Текст] / A.V. Mamutov, V.S. Mamutov // International workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulation in Science and Engineering // Proc. of SPAS.- 2005. Vol. 9,- P. 7274. St. Petersburg.
УДК 621.757.002-52
Г. А. Алексеев
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ПРЕЦИЗИОННОГО РЕГУЛЯРНОГО МИКРОРЕЛЬЕФА
Применение большинства средств измерений и определение их метрологических характеристик невозможно без использования изделий, на поверхности которых нанесены различного рода штрихи, отсчетные линии, риски, знаки и т. п., т. е. прецизионный регулярный микрорельеф (ПРМ), как правило, метрологического, оптического или спектроскопического назначения. Термин «прецизионный регулярный микрорельеф» здесь и далее означает, что речь идет о номинальных размерах, характеризующих микрогеометрию поверхности, сравнимых с длиной волны видимого диапазона. Проблема обеспечения и контроля качества образования прецизионного регулярного микрорельефа обусловлена наличием номинальных размеров микронеровностей, находящихся вне пределов разрешающей способности оптических средств измерений, так как ПРМ в определенных случаях
представляет собой поверхностную наноструктуру. Другая особенность заключается в жестких требованиях к точности выполнения геометрических параметров П РМ, обусловленных спецификой назначения соответствующих изделий, и к допустимой наноразмерной погрешности измерений линейных размеров. Так, например, размеры микрорельефа по высоте могут изменяться от 127 до 42,5 нм с увеличением плотности штрихов дифракционных решеток от 1200 до 3600 на один мм, а относительная погрешность должна
__с
находиться в пределах 10 — 10 . Соответственно, абсолютные допустимые отклонения могут выходить за рамки существующих квалитетов ISO, а расстояния между штрихами — за рамки шаговых параметров шероховатости.
К изделиям, на поверхности которых образуется ПРМ, относятся штриховые меры, шкалы, сетки, лимбы, дифракционные решетки,
