Lemezalakítás technológiai tervezése /CAE/

1. Lemezalakítás technológiai tervezése/CAE/

2. Tartalom • Lemezalakítási “Technikák” • Számítógéppel segített “Technológiai tervezés” • Számítógéppel segített geometriai, technológiai és folyamat “Modellezés” • Számítógéppel segített “Analízis” • Számítógéppel segített “Teszt & Szimuláció”

3. Lemezalakzatok és -technikák • Lyukasztás • Kivágás • Görgőzés (fémnyomás esztergán) • -------------------------------------------- • (él-)Hajlítás • (mély-, nyújtva-)Húzás • Peremezés • -------------------------------------------- • Formázás (nyújtva húzás „megmunkáló központon”) • Sajtolás, hidro-alakítás, stb.

4. Számítógéppel segített technológiai tervezés • Modellezés • Geometria • Anyagminőség és -törvények • Tribológia • Folyamat • Alakváltozási és feszültségi állapot (folyásfeltételek), … • Analízis • Teríték és perem szükséglet • Eszköz választás (erő- és szerszám szükséglet) • Alakváltozás és feszültség értékek • Maradó deformációk és feszültségek (pl. visszarugózás), tönkremenetel (pl. szakadás), … • Tesztelés és Szimuláció

7. A szerszámtervezés kiindulópontja – az elemzés • Kulcskérdések az elemzéssel szemben tehát: • Terítékszükséglet, anyagszükséglet, sávtervezés, sávoptimálás • Erőszükséglet, terheléselemzés, ráncgátlás • Húzási fokozatok, lépések, optimális közbenső alakok • Szerszámszükséglet, bordák, sávadagolás, … • Ráncosodás, hasasodás, gyűrődés, fülesedés, visszarugózás • Narancsosodás, szakadás, repedés, instabilitás, kontrakció • Maradó feszültségek, deformációk, torziós hatások, … • … és miért nem széleskörű még mindig az ipari gyakorlatban?

8. Az elemzés „kiindulópontja” - a modellezés • Egy CAA/CAE – pl. FEA – érdekében a következő technológiai modelladatok szükségesek: • Folyás-modell (jó esetben az anyagadatokkal kielégíthető) • Lemezanyag modell • Szilárdsági és rugalmassági modelladatok (1-3 x 5-6 adat) • Felkeményedési görbék (1-3 x 3-5 adat) • Normál vagy síkbeli anizotrópiai görbék (4 adat) • Instabilitás görbék (SLD, FLD) (1-3 x 6-9 adat) • Tribológiai modell • Statikus, differenciálatlan (1 jó adat) • Dinamikus, differenciált (>4 x 1-4 adatfüggvény)

9. Modellezés – anyagjellemzők, -viselkedés Technológiai tesztek, vizsgálatok az anyagviselkedés feltérképezésére • Szilárdsági (pl. húzó-szakító) teszt • Rugalmas viselkedés, rugalmas illetve folyáshatár és a maximális alakváltozás és feszültség paraméterek • Felkeményedési függvény és paraméterei (Nánai, Hollomon, Ludwig formula) • Síkbeli anizotrópia és paraméterei (Langford diagram) • Határállapot vizsgálat • Instabilitás és határ-alakváltozás görbék, diagrammok (SLC, SLD: Keeler-Goodwin diagram) • megjegyzés: elméletileg lehetséges feszültség határgörbék és -diagrammok Ideális merev-képlékeny Felkeményedő Homogén síkbeli anizotrop Inhomogén síkbeli anizotrop

10. r=r= r0 =1.75; r45=1.15; r90=1.95; Modellezés – anyagjellemzők, -viselkedés

11. Modellezés – geometria Ipari igény • A legtöbb lemezalkatrész • húzott, • peremezett, • hajlított • és • nem körszimmetrikus, de • nem is szabadformájú alakzatok kombinációja (pl.szögletes alakzat). • Ezek az alakzatok, mint 2-2.5 dimenziós geometriai és technológiai problémák modellezhetők.

12. 2.5D-s lemezalkatrészek az iparban

13. Modellezés – 2.5d-s lemezalakítási folyamat: szabad húzás • 2D-s (sík) görbék jellemzik a geometriai alakzatot és a technológiai folyamatot • Egyéb geometriai-technológiai paraméterek függetlenül kezelhetők a sík görbéktől A deformált lemez egyes részeit a eltérő terhelések érik helytől és időpillanattól függően, azaz a tipikus zónák alakja és mérete is változik – a folyamat két időbeli szakaszra bontható: • „gördülő szakasz" (H<Hkrit) • „húzási szakasz" (H>Hkrit)

14. Modellezés – 2.5D-s peremfeltételek újraértelmezése (mély-) Húzás Konvex eset a modellezés inverz esetei (belső)Peremezés Konkáv eset Állandó kinematikaikényszeralapú peremfeltételek

15. Modellezés – alakváltozási és feszültségállapot

16. Az elemzés lehetséges módszerei

17. SLM – Stress- and Strain- (Slip-) Line Methodsalakváltozás- és feszültség-vonalak módszerei • Alkalmazás • Kúpos transzlációs vonalfelületek, melyeket • két sík- vagy térgörbe (bélyeg és üreg kontúr) feszít ki • állandó vagy változó profil mentén • Szemi-analitikus megoldás • Az anyagtörvények és folyásfeltételek elhagyhatók • kvázi sík alakváltozást feltételezve • azaz az idealizált folyamatból kiinduló analízis • az attól való eltérés jó becslésével

18. Módszerek piramisa

19. Számítógéppel segített modellezés, elemzés és szimuláció Eight Step Computer Aided Process Engineering Nyolc- Lépéses Számítógéppel Segítetttechn.-i Folyamat- Tervezés

20. Teríték tervezésNem kiteríthető alakzatok „egyszerű” kiterítése • Miért “TERÍTSÜNK”ki • egy“NEM-KITERÍTHETŐ” alakzatot • És hogyan, hogy “EGYSZERŰ”legyen?

21. “NEM-KITERÍTHETŐALAKZATOK” nem vonalfelületek avagy azok, de nem kiteríthetők vagy nem hajlíthatók térbeli torzulások nélkül

22. 2.5D-s alakzatok CAD rendszerekben(sheet-metal)CAD AlakzatKiteríthető Nem kiteríthető • Contour Flange kiteríthető egyenes mentén kihúzott alakzat esetén • Flange kiteríthető egyenes élek esetén • Lofted Flange kiteríthető hengeres és sík felületek esetén

23. 2.5D-s alakzatok CAD rendszerekben(sheet-metal)CAD AlakzatokKiteríthető • Kiteríthető Jog & Flouver kiteríthető egyenes élek mentén kivágott peremek esetén

24. 2.5D-s alakzatok CAD rendszerekben(sheet-metal)CAD AlakzatokNem kiteríthetők • Nem kiteríthető Jog & Flouver nem felszabadított egyenes élek mentén sem kiteríthető • Nem kiteríthető Open & Closed Drawn Cutout, Dimple & Flange nyitott vagy zárt kihúzott, mélynyomot alakzatok nem egyenes élek mentén

25. Összefoglalva • a minimális eltérés a körszimmetriától a húzott vagy peremezett alakzatok esetén, avagy • az egyenes hajlítási élektől hajlított alakzatok esetén • azt eredményezi, hogy sem a terítékszükséglet, sem a deformációs folyamat nem becsülhető megbízhatóan bonyolult véges elemes analízis nélkül! • vagy mégis? … létezik iparos (tehát egyszerű, de kielégítően pontos) „más” megoldás is?

26. Mit is értünk “Kiterítés” alatt? Az anyagtörvények és folyásfeltételek nem szükségesek A lemezvastagság változatlan

27. Terítékszükséglet meghatározása az SLM-ben • Klasszikus SLM

28. Teríték meghatározás az SLM módszerrel

29. Egyszerű avagy“Iparos” Csak geometriai adatokból CAD/CAM/CAE környezetben Az anyagszükséglet meghatározása érdekében

30. CAD/CAE környezetbe integrálható

31. DARAB (part) modell építés CAD rendszerben

32. Hajlító élek és hozzátartozó profilok kijelölése

33. Interfész modell átadása az integrált SLM modulnak

34. Interfész geometria az SLM-hez

35. Csúszóvonal-mezők generálása - SLM modulban

36. Térbeli trajektóriák kiterítése - az SLM modulban

37. Kiterített alakzat – újra a CAD-ben

38. Nem kiteríthető alakzatok terítéke

39. Nem kiteríthető alakzatok terítéke

40. Teszt & Szimuláció Terítékperem alakváltozás Felületmodell Térbeli alakváltozás- és feszültség-állapot szimuláció

41. A kísérleteket a WHZ hidraulikus sajtóján végeztük Több, mint 300 különböző alakú mélyhúzott alakzaton végeztük el az SLM analízist, melyek Különböző bevonatolt és bevonatolatlan, mikro-ötvözött és -edzett korrózióálló fém lemez anyag minőséggel, mint: St14, St14Z, St15, St15E, St04E340, St4571, AlMg8, M2H Egy szerelt, kombinálható kísérleti mélyhúzó szerszámban Tesztekéskísérletek

42. A kísérleti darabok terítékszükségletének eltérése 3-6% (soha nem több, mint 7%) Eredmények

43. Tanulság: • Minél kevésbé tanulmányozzuk az analitikus lehetőségeket, módszereket, annál inkább vagyunk hajlamosak elfogadni bármilyen numerikus eredményt! • Minél pontosabb eredményt akarunk elérni az analízis során, annál bonyolultabb modelleken, egyre nagyobb és nagyobb mértékben kell numerikus módszereket alkalmaznunk!