Ambutisare_pavilion.pdf

1. Ambutisarea reperelor de form complex

1


1.1. Particulariti tehnologice ale ambutisrii

Ambutisarea este un procedeu de deformare plastic a tablelor care urmrete aducerea unui semifabricat plan la o form cav sau adncirea unui semifabricat aflat deja ntr-o form cav [Bol2004, Doe2007, Hec1981, Ica1983, Ili1977, Paq1987, Rom1970, Ros1987, Sch1998, Smi1990, Suc2007, Tap1985, Teo1977, Tsc2007]. De regul, ambutisarea nu caut s modifice grosimea semifabricatelor. Acest fenomen (ngroarea sau subierea local) apare ca efect secundar al deformaiilor de suprafa.

Ambutisarea se realizeaz ntr-o matri, ale crei principale componente sunt poansonul i placa activ (fig. 1.1). Tragerea zonei de flan n alezajul plcii risc s produc apariia unor cute pe semifabricat. Pentru prevenirea acestui fenomen, matria este echipat cu un element de reinere (fig. 1.1). Acesta exercit o apsare asupra flanei, meninnd-o n contact cu suprafaa plcii active. Fora de apsare Q (numit for de reinere) trebuie s fie suficient de mare pentru a preveni apariia cutelor, dar nu trebuie s depeasc anumite valori. Dei zona de flan a semifabricatului este lubrifiat nainte de aezarea acestuia n matri, tragerea spre alezajul plcii trebuie s nving anumite frecri. Atunci cnd fora Q devine prea mare, frecrile pot mpiedica tragerea n aa msur nct peretele deja format al piesei se poate rupe. n cazul matrielor de construcie simpl, fora Q este aplicat prin intermediul unor arcuri (de tip elicoidal, taler etc.). n cazul ambutisrii reperelor adnci pe prese cu simpl aciune, reinerea poate fi exercitat de perna hidraulic (sau pneumatic) a utilajului (fig. 1.2). Dac ambutisarea se realizeaz pe o pres cu dubl aciune, elementul de reinere este acionat de berbecul exterior al utilajului (fig. 1.3).

Fig. 1.1. Schema de principiu a unei operaii de ambutisare [Doe2007]


2

Fig. 1.2. Construcia tipic a matrielor care lucreaz pe prese cu simpl aciune [Sch1998]

Fig. 1.3. Construcia tipic a matrielor care lucreaz pe prese cu dubl aciune [Sch1998]

La ora actual, majoritatea reperelor ambutisabile din structura caroseriilor de automobil se execut pe prese cu simpl sau dubl aciune [Ica1983]. Geometria reperului care urmeaz a fi ambutisat este principalul factor care determin alegerea presei. Ori de cte ori este posibil, se recomand utilizarea preselor cu simpl aciune. Datorit simplitii constructive, costul utilajelor din aceast categorie este mai redus. De asemenea, productivitatea lor este mai ridicat, iar reglajul i ntreinerea lor nu ridic probleme deosebite.


3

Presele cu dubl aciune se utilizeaz de obicei pentru ambutisarea elementelor de caroserie care sunt foarte strict condiionate din punct de vedere estetic. n general, aceste utilaje sunt mai complexe sub aspect constructiv i, din aceast cauz, mai scumpe. n plus, elementele lor mobile execut curse relativ reduse. Ultima particularitate limiteaz utilizarea preselor cu dubl aciune la ambutisarea unor piese mai puin adnci. Vitezele de lucru i, implicit, productivitatea acestor utilaje este semnificativ mai redus dect a echipamentelor cu simpl aciune. n sfrit, reglajul i ntreinerea lor ridic probleme de complexitate ceva mai ridicat.

Dup cu se observ n figurile 1.2 1.3, structura utilajului dicteaz construcia matriei. n cazul matrielor instalate pe prese cu simpl aciune (fig. 1.2), placa activ este amplasat n pachetul superior urmnd a fi ataat berbecului. Poansonul este fixat pe o plac de baz i, mpreun cu aceasta, se aeaz pe masa presei. Placa de baz este prevzut cu alezaje de trecere pentru tijele pernei hidraulice. Acest ultim element se afl sub masa presei. Tijele servesc la acionarea elementului de reinere al matriei care strnge semifabricatul pe suprafaa corespondent a plcii active.

Presele cu dubl aciune sunt echipate cu doi berbeci. Din aceast cauz, amplasamentul elementelor active ale matriei este inversat fa de situaia anterioar (fig. 1.3). Propriu-zis, pachetul superior este format din poanson (ataat berbecului interior) i element de reinere (ataat berbecului exterior), pe masa presei urmnd a fi aezat placa activ.

Controlul curgerii semifabricatului nspre focarul de deformare al matriei este un aspect tehnologic de maxim importan la ambutisarea pieselor de form complex. Pentru realizarea acestui control pot fi utilizate urmtoarele metode:

Mrirea forei exercitate asupra elementului de reinere (de ctre perna hidraulic, n cazul preselor cu simpl aciune, sau de ctre berbecul exterior, n cazul preselor cu dubl aciune). Acest procedeu este foarte rspndit, ns n cele mai multe cazuri nu este satisfctor, deoarece frnarea curgerii materialului este aceeai pe tot conturul, n zonele de racordare ale pereilor piesei existnd pericolul ruperii.

Mrirea limii flanei (prevederea unui adaos tehnologic suplimentar), procedeu care nu este recomandat dect n cazuri de strict necesitate, deoarece conduce la un consum excesiv de material.

Utilizarea nervurilor de frnare (fig. 1.4) procedeul care d cele mai bune rezultate n cazul ambutisrii (asigur obinerea unor piese de bun calitate, fr cute, n condiiile unui consum minim de material).


4

Fig. 1.4. Utilizarea nervurilor de frnare i a pragurilor de reinere pentru controlul tragerii semifabricatului nspre focarul de deformare al matriei [Doe2007]

Blocarea complet a flanei prin intermediul unor praguri amplasate chiar la nceputul razei de racordare a plcii active (fig. 1.4) procedeu care poate fi utilizat numai n cazul unor piese puin adnci sau realizate din table cu grosime relativ mare.

n cazul pieselor cu form neregulat, dispunerea nervurilor trebuie s asigure o uniformizare a solicitrilor pe contur, n special pentru eforturile de ntindere radial. La proiectarea matrielor de ambutisare, numrul i amplasarea nervurilor de frnare se indic n general orientativ, urmnd ca definitivarea lor s se fac n timpul probelor de punere n funciune efectuate de productor. De regul, n zonele de racordare ale pereilor piesei nu se prevd nervuri de frnare. Traseul acestora trebuie s nceap din afara racordrii, cu un unghi la centru de minimum 10 (fig. 1.5). Fac excepie de la regula prezentat anterior piesele cu o form foarte rotunjit i cu raze de racordare mari. n cazul acestora, nervurile se pot ntinde pe tot conturul [Ica1983].

Fig. 1.5. Amplasamentul nervurilor de frnare [Doe2007]


5

Montarea nervurilor n placa activ sau n elementul de reinere este adesea determinat de forma piesei i intensitatea dorit a reinerii. Montarea nervurilor pe elementul de reinere asigur un control mai eficient al curgerii materialului nspre focarul de deformare [Ica1983]. n general, se recomand ca nervurile s fie montate n pachetul inferior al matriei, iar canalul nervurii s se execute n pachetul superior. Motivele pentru care se recomand acest montaj sunt urmtoarele:

Poziia de ajustare cu scule abrazive portabile a nervurii este mai comod ; Canalul nervurii fiind n pachetul superior, nu exist riscul umplerii sale cu lubrifiani

semisolizi, praf etc.

Dimensiunile i poziia nervurilor de frnare n raport cu raza de ambutisare pot diferi n funcie de practicile diferiilor productori de matrie. Pentru echilibrarea curgerii materialului, este necesar a se asigura un joc constant pe toat suprafaa de lucru a elementelor active, precum i n zona nervurii de frnare.

1.2. Construcia matrielor utilizate pentru ambutisarea elementelor de caroserie

Reperele de caroserie avnd dimensiuni mari, gabaritul matrielor va fi i el ridicat. De asemenea, forele tehnologice (fora de presare, respectiv fora de reinere) vor fi n general mari. Din aceste motive, centrarea reciproc a elementelor matriei prin coloane este adeseori insuficient de rigid. Schema constructiv din figura 1.6 precum i fotografiile din figura 1.7 ilustreaz o soluie de centrare mixt, prin intermediul coloanelor dublate cu plci de uzur [Doe2007, Hec1981, Ica1983, Smi1990].

Pe considerente de gabarit i complexitate a formei, elementele de lucru ale matrielor destinate ambutisrii reperelor de caroserie se realizeaz cel mai frecvent prin turnare. Aceast

Fig. 1.6. Poziionarea reciproc a elementelor unei matrie de mari dimensiuni prin intermediul coloanelor i al plcilor de uzur [Doe2007]


6

a) Pachetul superior al matriei

b) Pachetul superior al matriei Fig. 1.7. Matri dotat cu elemente de centrare de tipul coloanelor i al plcilor de uzur

particularitate a tehnologiei de execuie permite obinerea unor structuri de tip casetat, care asigur rigiditi mari ale poansonului, plcii active i elementului de reinere, n condiiile unei greuti minime. Dat fiind faptul c matriele au regim de unicat, n practic se recurge frecvent la turnarea cu modelele gazeificabile confecionate din polistiren (fig. 1.8). Aceast tehnologie se distinge printr-o multitudine de avantaje [Sch1998]:

1. ntruct polistirenul este evaporat de aliajul turnat n stare lichid, se elimin toate problemele pe care le creeaz extragerea modelului din form (de exemplu, nu mai este necesar o atenie deosebit la stabilirea suprafeelor de separare, prevederea unor nclinri speciale i racordri ale pereilor verticali etc.).


7

Fig. 1.8. Model de polistiren utilizat pentru turnarea unei plci active [Sch1998]

2. Modelele de polistiren pot avea forme deosebit de complexe i perei mai subiri dect modelele clasice confecionate din lemn sau alt material.

3. Precizia i calitatea reperelor este superioar celor realizabile prin procedeele comune de turnare.

4. Densitatea redus a polistirenului (aproximativ 20 kg/m3) faciliteaz manevrarea modelelor fr asisten din partea unor utilaje de for.

Poziionarea semifabricatului se realizeaz cu ajutorul unor tifturi sau plcue de orientare. Amplasamentul acestor elemente se stabilete, de regul, n faza de testare a matriei. Cu ocazia acestor ncercri se stabilete i conturul definitiv al semifabricatului. n cazul prelucrrilor pe linii automate, la care durata unui ciclu este foarte mic, semifabricatul trebuie s ajung n poziie foarte repede. Deoarece piesele sunt scoase din spaiul de lucru tot automat, apare necesitatea introducerii tifturilor de poziionare pe elementul activ, tifturi care s fie retrase n timpul scoaterii piesei i care, apoi, sa revin n poziia normal de lucru pentru a prinde i poziiona piesa urmtoare. Pentru acionarea tifturilor de poziionare mobile se folosesc cilindri pneumatici ncorporai n matri, cu comenzi sincronizate cu micarea berbecilor presei [Ica1983].

Materialele din care urmeaz a fi executate elementele active ale matrielor destinate ambutisrii pieselor complexe se aleg n funcie de:

mrimea seriei de fabricaie ;

gradul de complexitate a piesei ;

calitatea materialului care urmeaz a fi ambutisat.


8

Pentru serii care depesc 25 30000 buc./an, se folosesc urmtoarele materiale [Ica1983]: a) Placa activ: Font aliat cu structur perlitic avnd compoziia: carbon 2.8-3.2 %; mangan 0.5-1.0 %; siliciu 0.7-1.5 %; molibden 1.0-1.1 %; nichel 3 % ; fosfor 0.08 %. Duritatea dup turnare HB 302-363, iar dup tratament termic cu flacr HB 500. Aceast font nu este standardizat n Romnia. Echivalentul su este fonta Ft30Sp (normativ AFNOR). Ca nlocuitor cu bune rezultate este fonta FcX 350, STAS 8541-86, cu tratament de suprafa prin cureni de nalt frecven sau cu flacr i asigurarea duritii dup tratament termic HB 415. b) Poansonul: Font aliat cu structur perlitic avnd compoziia: carbon 2.8-3.2 %; mangan 0.5-1.0 %; siliciu 0.7-1.5 %; fosfor 0.1 %; sulf 0.12 %. Duritatea HB 217-269 nainte de tratament termic. Ca nlocuitor este FcX 350, STAS 8541-86, cu respectarea duritii dup tratament termic superficial HB 415. De asemenea, poansonul se poate realiza i din oel turnat OT450, STAS 600-74. c) Elementul de reinere: Font de aceeai calitate ca i cea de la elementul activ, cu acelai tratament termic i aceeai duritate dup clire.

2. Itinerarul tehnologic al reperului Pavilion

9

2. Stabilirea itinerarului tehnologic de presare la rece al reperului Pavilion

Documentaia tehnic prevede execuia reperului Pavilion (fig. 2.1) din tabl DC04 (SR EN 10130:2007) cu grosimea nominal de 0,7 mm. Tabelele 2.1 i 2.2 prezint proprietile semifabricatului. Din punct de vedere al compoziiei chimice, tabla DC04 este un oel carbon de calitate. Manganul este un element adugat la elaborarea aliajului, n vederea dezoxidrii. Fosforul i sulful sunt impuriti care diminueaz deformabilitatea oelurilor. Din aceast cauz, concentraia lor este strict controlat.

Fig. 2.1. Configuraia geometric a reperului Pavilion

Tab. 2.1. Compoziia chimic a semifabricatelor de tabl DC04 (valori extrase din normativul SR EN 10130:2007)

Carbon Mangan Fosfor Sulf Fier

0,08% 0,40% max. 0,03% max. 0,03% Restul pn la 100%

Tab. 2.2. Proprieti mecanice ale semifabricatelor de tabl DC04 (valori extrase din normativul SR EN 10130:2007)

Limita

de curgere Rp0,2

Rezistena

la rupere

Rm

Alungirea

total

A80

Coeficientul

de anizotropie r90

Indicele de ecruisare

n90

max. 210 N/mm2 min. 270 N/mm2 max. 350 N/mm2

min. 38% min. 1,6 min. 0,18


10

Datorit coninutului redus de carbon (0,08%), tabla DC04 are limita de curgere relativ sczut i alungirea total mare (tab. 2.2). Aceste caracteristici mecanice garanteaz o comportare foarte bun a materialului n condiiile deformrii plastice la rece. Valorile minim garantate ale coeficientului de anizotropie r90 i indicelui de ecruisare n90 confirm afirmaia anterioar. Se poate aadar considera c alegerea materialului corespunde itinerarului tehnologic pe care l va urma reperul. Principala operaie din acest itinerar va fi ambutisarea. Prin proprietile sale, tabla DC04 este un semifabricat ideal pentru acest tip de prelucrri.

Singura problem tehnologic legat de ambutisare se refer la ntinderea materialului. Concret, succesul acestei operaii este condiionat de existena unei deformaii plastice de cel puin 2% pe toat suprafaa reperului [ETA2008a]. n lipsa unei asemenea ntinderi, piesa ambutisat este insuficient de rigid. Mai mult, dup extragerea din matri, revenirile elastice ale piesei pot fi inacceptabil de mari atunci cnd nivelul deformaiilor plastice este redus. Viciile de rezisten mecanic i precizia necorespunztoare au consecine dintre cele mai nefavorabile asupra funcionalitii reperului. Acesta va ceda cu uurin la orice apsare, iar n cazul unor solicitri mai serioase poate prezenta deformaii remanente. Impreciziile datorate revenirilor elastice au drept efecte dificulti de poziionare i fixare a reperului n ansamblul din care face parte, precum i carene estetice ale structurii exterioare a automobilului.

Datorit ariei foarte mari a reperului Pavilion, controlul deformrii este posibil numai dac matria de ambutisare este prevzut cu nervuri de frnare [Doe2007, Ica1983, Ili1977, Rom1970, Ros1987, Smi1990, Suc2007, Tap1985, Teo1977, Tsc2007]. Acestea se vor amplasa de jur mprejurul conturului exterior al piesei finite, n vecintatea zonei de racordare de la intrarea plcii active. Nervurile au ca principal funcie crearea unei solicitri de ntindere suplimentare. Astfel poate fi prevenit formarea cutelor prin acumulare necontrolat de material n anumite zone. De asemenea, este favorizat uniformizarea deformrii plastice a semifabricatului. Prezena nervurilor impune prevederea unui adaos tehnologic suplimentar pe tot conturul piesei finite.

Acest surplus de material va fi ndeprtat printr-o operaie de tundere. Datorit complexitii conturului de decupare, precum i a exigenelor de productivitate a fabricaiei, tunderea trebuie realizat pe o tan.

Controlul este ultima operaie din itinerarul tehnologic al piesei. Avnd n vedere forma reperului Pavilion, verificarea se realizeaz cu ajutorul unui dispozitiv special dotat cu cepuri de sprijin. Amplasamentul acestora definete poziia de fixare a reperului pe structura automobilului. n general, controlul presupune msurarea poziiilor unui set de


11

puncte repartizate pe acele zone ale suprafeei care sunt definitorii pentru cerinele de funcionalitate i de aspect. Dat fiind faptul c, n majoritatea firmelor productoare de automobile, deservirea liniilor tehnologice este asigurat de roboi, verificrile dimensionale sunt de asemenea automatizate, iar rezultatele sunt pstrate ntr-o baz de date computerizat. Printr-o astfel de msur devine posibil urmrirea mai eficient a calitii produselor i detectarea rapid a cauzelor de rebutare (de exemplu, uzura matrielor, dereglri ale utilajelor de presare etc.).

n ceea ce urmeaz va fi prezentat itinerarul tehnologic parcurs de reperul prezentat n figura 2.1. Se impune o precizare legat de prima operaie i anume, debitarea semifabricatului plan. n cazul reperelor de complexitate ridicat, de tipul celui prezentat n figura 2.1, necesitatea prevederii unor adaosuri marginale importante i determin pe fabricani s procedeze la simplificri ale conturului de debitare. De regul, se caut utilizarea unor semifabricate dreptunghiulare, care pot fi obinute pe echipamente universale de tipul foarfecilor-ghilotin [Doe2007, ETA2008a, Ica1983, Smi1990, Suc2007, Tsc2007]. Pe ansamblu, pierderile de material sub form de deeu sunt compensate de avantajul economic al reducerii cheltuielilor asociate execuiei i ntreinerii unor tane de decupare.

ITINERAR TEHNOLOGIC pentru prelucrarea prin presare a reperului Pavilion

- material: tabl DC04 (0,7 mm grosime) - program de fabricaie: 1000 buc. / zi

1. Debitare Utilaj: Foarfece-ghilotin FG 825

Direcia laminrii


12

2. Ambutisare Utilaj: Pres cu dubl aciune conform normativelor JIC1 (7000 kN - berbecul interior, 4500 kN - berbecul exterior, 6 cd/min) Scule: Matri de ambutisare

3. Tundere Utilaj: Pres cu manivel K3542 (16000 kN, 16 cd/min) Scule: tan de tundere

4. Control tehnic final Utilaj: Dispozitiv de poziionare cu cepuri; sistem de msurare n coordonate

1 JIC (Joint Industrial Conference) este un organism de standardizare al companiilor industriale din SUA

[Smi1990].

3. Simularea itinerarului tehnologic parcurs de reperul Pavilion

13

3. Simularea itinerarului tehnologic parcurs de reperul Pavilion. Modificarea elementelor active ale matriei de ambutisare

n vederea compensrii revenirilor elastice ale produsului finit

Dup cum s-a menionat n capitolul 2, ambutisarea reperului Pavilion ridic anumite dificulti tehnologice. Acestea sunt cauzate n primul rnd de necesitatea ntinderii materialului, precum i de controlul deplasrii acestuia nspre focarul de deformare al plcii active. Depirea dificultilor sus-menionate este posibil numai prin utilizarea nervurilor de frnare. Din punctul de vedere al inginerului tehnolog, stabilirea geometriei acestor elemente de control i a efectelor de reinere asociate nu este deloc simpl. Literatura de specialitate [Doe2007, Hec1981, Ica1983, Ili1977, Rom1970, Ros1987, Sch1998, Smi1990, Suc2007, Tap1985, Teo1977, Tsc2007] ofer doar indicaii de ordin general cu privire la forma i amplasamentul nervurilor de frnare. Recurgerea la simularea numeric a operaiilor de deformare se justific tocmai prin posibilitatea de a compensa prin calcul lipsa informaiilor.

Datorit configuraiei evazate, reperul Pavilion este predispus la reveniri elastice importante. Chiar n condiiile unei foarte bune ntinderi a materialului pe parcursul operaiei de ambutisare, arcuirea nu poate fi eliminat complet. Pentru reperele exterioare ale caroseriilor, normele din industria de automobile prescriu abateri extreme de 1 mm fa de geometria ideal [Doe2007, Ica1983, Sch1998, Smi1990, Suc2007]. O asemenea precizie poate fi atins numai prin modificarea elementelor active, astfel nct, dup extragerea piesei din matri, revenirea elastic s-i aduc suprafaa util n cmpul de toleran impus. Atunci cnd se realizeaz manual, ajustarea sculelor este o operaie delicat. Ea presupune un nalt nivel de calificare din partea executanilor i, chiar n asemenea circumstane, se deruleaz foarte ncet. Pe parcursul ultimilor ani, n structura programelor destinate simulrii proceselor de deformare a tablelor au nceput s apar module de compensare a returului elastic [Lin2004]. Prin utilizarea acestor module, tehnologii sunt n msur s determine nu numai amplitudinea arcuirii, ci i modificrile de form ale elementelor active care vor asigura ncadrarea n cmpul de toleran dup revenire. Volumul operaiilor de ajustare manual se reduce astfel simitor, cu efecte benefice asupra consumurilor de timp i manoper n faza de execuie a matriei.

La ora actual, DYNAFORM [ETA2008a, ETA2008b, ETA2008c] este unul dintre programele cel mai frecvent utilizate n domeniul simulrii cu elemente finite a proceselor de deformare a tablelor (ndoire, ambutisare etc.). Dintre facilitile furnizate de acest program, cele mai importante sunt urmtoarele:


14

importul modelelor geometrice ale produselor finite i/sau sculelor elaborate cu ajutorul celor mai uzuale programe de proiectare (CATIA, SolidWorks, SolidEdge etc.);

posibilitatea de a construi rapid modelele suprafeelor active ale sculelor (poanson, plac de ambutisare, element de reinere etc.) ca echidistante la suprafaa reperului finit (atunci cnd modelul geometric al sculelor nu este disponibil);

asisten n faza stabilirii formei i dimensiunilor semifabricatului;

discretizarea automat a semifabricatului i sculelor;

simularea unei largi diversiti de procese tehnologice (deformare pe prese cu simpl, dubl sau tripl aciune), precum i analiza revenirii elastice dup extragerea din matri;

posibilitatea analizei unei succesiuni de prelucrri pe care le parcurge semifabricatul prin facilitile de continuare a calculelor;

poziionarea automat a semifabricatului n raport cu sculele;

utilizarea unor modele de plasticitate care in cont de proprietile de anizotropie ale tablelor obinute prin laminare la rece (modele Hill 1948, Barlat 1989, Barlat 2000 etc.);

existena unei biblioteci cu proprieti de material pentru sortimentele de tabl cel mai frecvent ntlnite n industrie;

modelarea contactului cu frecare dintre semifabricat i scule;

existena unor modele performante pentru nervuri de frnare;

disponibilitatea unui modul de compensare a revenirilor elastice;

asisten din partea unui postprocesor care ofer reprezentri grafice detaliate ale rezultatelor simulrii (distribuia grosimii piesei, analiza riscului de rupere, cutare, precum i a strii de ntindere a materialului, variaia forei de presare etc.).

Avantajele sus-menionate, precum i faptul c Laboratorul de Tehnologia Presrii la Rece de la Catedra T.C.M. deine o licen DYNAFORM, au determinat alegerea acestui program pentru simularea prelucrrilor de deformare pe care le parcurge reperul Pavilion, respectiv controlul i compensarea arcuirii. n ceea ce urmeaz vor fi prezentate pe scurt etapele analizei numerice.

3.1. Proiectarea suprafeei de lucru a plcii de ambutisare

Informaia iniial de care dispune tehnologul implicat n proiectarea sculelor de deformare const n:

geometria reperului a crui execuie este preconizat;

caracteristici mecanice ale materialului din care urmeaz a fi realizat reperul;


15

estimri ale seriei de fabricaie;

date referitoare la parcul de utilaje al firmei unde se vor derula etapele procesului tehnologic.

n cazul reperelor de form complex din structura caroseriilor de automobil, descrierea geometric este rareori furnizat prin desene de execuie. La ora actual, se utilizeaz aproape exclusiv reprezentrile CAD. Acestea sunt, la rndul lor, generate prin scanare 3D, pornind de la modele fizice elaborate de un personal specializat [Doe2007, Ica1983, Sch1998, Smi1990]. Reperul Pavilion, a crui tehnologie de execuie face obiectul prezentului studiu, nu se sustrage normelor sus-menionate. Descrierea sa geometric a fost stocat ntr-un fiier de tip IGES, obinut prin scanarea suprafeei inferioare a unui model fizic (suprafaa generat de placa activ, n cazul ambutisrii pe o pres cu dubl aciune). Datorit simetriei bilaterale, reprezentarea IGES a fost redus la jumtate (fig. 3.1).

Se impun cteva precizri n privina caracteristicilor mecanice ale materialului din care urmeaz a fi executat ranforsajul. Parametrii din tabelul 2.2 (limita de curgere, rezistena la rupere, alungirea total etc.) nu sunt relevani pentru simularea unor procese de deformare a tablelor. Modelul constitutiv implementat n programul DYNAFORM este de tip elastoplastic anizotrop [ETA2008b]. Acest model descrie comportamentul elastic al tablei printr-o lege de tip Hooke, n a crei structur intervin dou constante de material: modulul lui Young (E) i coeficientul lui Poisson (). Comportamentul plastic primete o descriere mai complex, bazat pe dou elemente definitorii: criteriul de plasticitate i legea de ecruisare. Programul

Fig. 3.1. Modelul geometric al reperului Pavilion (redus la jumtate i importat n programul SolidWorks ca fiier IGES)


16

DYNAFORM ofer libertatea alegerii ntre mai multe criterii de plasticitate. Dintre acestea, cel mai frecvent utilizate n aplicaii sunt modelele Hill 1948 i Barlat 1989. Experiena majoritii celor care se ocup de simularea proceselor de deformare a tablelor a demonstrat superioritatea criteriului de plasticitate Barlat 1989 [ETA2008a, ETA2008b]. Iat de ce, toate simulrile numerice efectuate pe parcursul prezentului studiu au recurs la acest model. n structura criteriului de plasticitate Barlat 1989 intervin trei constante de material i anume, coeficienii de anizotropie plastic r0, r45 i r90. Programul DYNAFORM este la fel de flexibil i n privina alegerii legilor de ecruisare. Utilizatorul are posibilitatea s opteze ntre modelele Swift, Voce i o descriere tabelar a curbei de ecruisare [ETA2008b]. Simulrile numerice efectuate pe parcursul prezentului studiu au fcut uz de modelul Swift, ntruct experiena altor utilizatori i documentaia programului DYNAFORM recomand adoptarea acestuia n cazul oelurilor carbon [ETA2008a, ETA2008b]. n structura legii lui Swift intervin trei constante de material: modulul plastic de rigiditate (K), predeformarea plastic (a) i exponentul ecruisrii (n).

Pentru cazul semifabricatelor de tabl DC04 cu grosimea nominal de 0,7 mm, biblioteca de materiale a programului DYNAFORM furnizeaz urmtoarele valori ale caracteristicilor mecanice:

modulul lui Young: E = 2,07.105 N/mm2;

coeficientul lui Poisson: = 0,28;

coeficienii de anizotropie plastic: r0 = 2,582; r45 = 1,921; r90 = 2,193;

modulul plastic de rigiditate: K = 530,7 N/mm2;

predeformarea plastic: a = 0,0045;

exponentul ecruisrii: n = 0,231.

Configuraia reperului Pavilion va dicta mare parte din forma suprafeei de lucru a plcii active. Propriu-zis, la modelul geometric din figura 3.1 mai trebuie adugat zona de strngere pe elementul de reinere al matriei i racordarea acesteia la conturul piesei finite.

nainte de a trece la modelarea efectiv a suprafeei de lucru a plcii active este necesar orientarea corect a reperului ambutisat n raport cu direcia de micare a elementelor care compun matria. n acest scop, programul DYNAFORM furnizeaz asisten prin intermediul unui modul specializat care permite repoziionri ale piesei i controlul unor parametri precum unghiurile de extragere din matri, respectiv adncimea de ambutisare. Apelnd la respectivele faciliti, reperul Pavilion a fost orientat de aa-manier nct unghiurile de extragere s nu fie mai mici dect valoarea minim admis de 6 [ETA2008a, ETA2008b] i cursa elementelor mobile s fie minim.


17

Dup realizarea poziionrii optime, modelul piesei a fost salvat ca fiier IGES, n vederea transferului spre programul de proiectare SolidWorks. Dei DYNAFORM posed funcii de preprocesare geometric destul de evoluate, utilizarea acestora s-a dovedit greoaie. Funciile de modelare cu suprafee ale programului SolidWorks au operat mai eficient, n special n faza generrii zonei de reinere a plcii active. Din acest motiv, dup realizarea poziionrii spaiale a piesei, a fost preferat recurgerea la suportul unei aplicaii CAD specializate.

n prima etap a proiectrii a fost definit zona de contact cu elementul de reinere al matriei (fig. 3.2). Lucrrile de specialitate [Ica1983, Smi1990] recomand ca, pe ct posibil, aceast zon s aib caracteristicile unei suprafee de tip riglat. Dac se respect aceast cerin, nu va exista pericolul apariiei cutelor n faza de strngere a semifabricatului ntre placa activ i elementul de reinere. De asemenea, ntinderea materialului va fi mai uniform pe tot parcursul operaiei de ambutisare.

n a doua etap a proiectrii a fost realizat racordarea suprafeei reperului finit la zona de reinere a plcii active (fig. 3.3). Regiunea de tranziie a fost configurat n aa fel nct unghiurile de extragere s nu fie mai mici de 6. Modelul din figura 3.3 reprezint o variant preliminar a plcii de ambutisare. Pe acest model a fost simulat itinerarul tehnologic parcurs de reperul Pavilion, pn n faza returului elastic. Dup stabilirea erorilor datorate arcuirii, s-a procedat la ajustarea suprafeei de lucru a plcii de ambutisare pentru aducerea abaterilor piesei n limite de 1 mm fa de configuraia de referin din figura 3.1.

Fig. 3.2. Prima etap a proiectrii suprafeei de lucru a plcii active: definirea zonei de reinere


18

Fig. 3.3. A doua etap a proiectrii suprafeei de lucru a plcii active: racordarea zonei de reinere la piesa finit

3.2. Stabilirea formei i a dimensiunilor semifabricatului plan

Pentru a stabili geometria semifabricatului de pornire a fost utilizat modulul de calcul MStep al programului DYNAFORM [ETA2008c]. MStep are la baz un model cu elemente finite ceva mai rudimentar, destinat fazelor incipiente ale proiectrii tehnologice, atunci cnd parametrii de proces nu sunt nc bine definii. Pentru a se putea servi de programul MStep, utilizatorul trebuie s aib la dispoziie un volum minim de informaii:

modelul geometric al piesei finite sau al suprafeei de lucru a plcii de ambutisare;

grosimea nominal i proprietile mecanice ale semifabricatului. n cazul reperului din figura 3.1, calitatea rezultatelor furnizate de MStep este garantat mai bun dac se pleac de la reprezentarea geometric a suprafeei plcii de ambutisare. Acest model nglobeaz i zonele asociate reinerii, unde trebuie s rmn material sub nervurile de frnare pn la finalizarea formrii piesei n matri. Dac semifabricatul este tras total sau parial de sub nervuri, controlul procesului de ambutisare i pierde din eficien. Lucrrile de specialitate [Ica1983, Smi1990] recomand ca pentru fiecare ir de nervuri s fie prevzut un adaos marginal suplimentar de 30 50 mm. n baza sugestiei anterior menionate, configuraia semifabricatului a fost stabilit furniznd programului MStep un model geometric de felul celui prezentat n figura 3.4. Acest model a rezultat n urma decuprii suprafeei de reinere cu o echidistant amplasat la 60 mm fa de conturul su interior. Zona


19

Fig. 3.4. Configuraie ideal a piesei rezultate n urma ambutisrii (redus la jumtate i transferat modulului de calcul MStep pentru determinarea formei i a dimensiunilor semifabricatului de pornire)

astfel delimitat corespunde adaosului marginal prevzut pentru acoperirea nervurilor i definete o configuraie ideal a piesei ambutisate.

n prima faz a utilizrii modulului MStep s-a procedat la discretizarea piesei int (fig. 3.5). Dup generarea reelei de elemente finite a fost apelat interfaa grafic din figura 3.6. Aceasta permite definirea unui set minimal de parametri, cu ajutorul crora modulul MStep este capabil s determine configuraia semifabricatului de pornire. n cazul reperului

Fig. 3.5. Discretizarea cu elemente finite de tip nvelitoare a suprafeei transferate modulului de calcul MStep pentru determinarea formei i a dimensiunilor semifabricatului de pornire


20

Fig. 3.6. Interfaa grafic a modulului MStep

Pavilion, a fost de ajuns precizarea materialului de baz (tabl DC04, cu grosimea nominal de 0,7 mm) prin selecie din biblioteca DYNAFORM fig. 3.7 i evidenierea planului de simetrie al reelei de elemente finite fig. 3.8. Odat specificai aceti parametri, a fost lansat n execuie modulul de calcul MStep. Figura 3.9 prezint conturul de decupare a semifabricatului stabilit de program. Dup cum s-a menionat n capitolul 2, reperele din struc-

Fig. 3.7. Selectarea materialului de baz al reperului Pavilion din biblioteca DYNAFORM (tabl DC04, cu grosimea nominal de 0,7 mm)


21

Fig. 3.8. Evidenierea planului de simetrie al reelei de elemente finite

Fig. 3.9. Conturul semifabricatului de pornire determinat cu ajutorul programului MStep i ajustarea acestuia pe criterii tehnologice


22

tura caroseriilor de automobil se ambutiseaz aproape fr excepie pornind de la semifabricate de form simpl. Iat de ce, n practic se procedeaz la tehnologizarea conturului calculat de MStep. Rezultatul acestei operaii este de asemenea prezentat n figura 3.9. Dup cum se observ, conturul tehnologic este un dreptunghi care urmrete destul de aproape conturul obinut prin calcule. Evident, figura 3.9 reprezint doar jumtate din semifabricatul folosit la ambutisarea reperului Pavilion. n practic, dreptunghiul de tabl va fi debitat la dimensiuni de 3000 2000 mm (cota de 2000 mm fiind orientat pe limea ruloului).

Programul MStep ofer i estimri referitoare la distribuia de grosime (fig. 3.10), respectiv nivelul de siguran al deformaiilor (fig. 3.11), ns numai pentru configuraia de la sfritul ambutisrii. Aceste rezultate includ o doz serioas de aproximri1, deci trebuie analizate cu foarte mult circumspecie. Pot fi ns reinute urmtoarele aspecte:

Ambutisarea va determina variaii de grosime relativ reduse pe suprafaa util a piesei (fig. 3.10).

n lipsa nervurilor de frnare, zone extinse ale semifabricatului vor forma cute (fig. 3.11). De asemenea, nivelul deformaiei plastice va fi insuficient pe toat suprafaa util a piesei. Totui, diagrama din figura 3.11 nu evideniaz nicieri pericolul de rupere a materialului, indicnd chiar existena unei rezerve mari de deformabilitate care, n condiiile utilizrii nervurilor de frnare, ar putea fi exploatat pentru ameliorarea calitativ a produsului finit.

Fig. 3.10. Distribuia de grosime a piesei ambutisate (estimare furnizat de modulul MStep)

1 De exemplu, diagramele din figurile 3.10 3.11 au fost obinute de programul MStep pe un model care nu

include i nervuri de frnare. Acest fapt reprezint, printre altele, una dintre aproximrile ce impun precauie n analiza rezultatelor numerice.


23

Fig. 3.11. Nivelul de siguran al deformaiilor piesei ambutisate (estimare furnizat de modulul MStep)

3.3. Simularea deformrii gravitaionale a semifabricatului la aezarea n matri

Datorit ariei foarte mari (6 m2) i grosimii reduse (0,7 mm), semifabricatul se va curba sub propria greutate la aezarea pe suprafaa de reinere a plcii de ambutisare. n cazul de fa, analiza deformrii gravitaionale este important sub cel puin dou aspecte:

1. Curbarea ar putea fi att de mare, nct dreptunghiul de tabl s nu se aeze corespunztor n matri.

2. Simularea numeric a procesului de ambutisare va ctiga n precizie dac pornete de la o configuraie realist a semifabricatului. n plus, i cursele elementelor mobile ale matriei vor fi mai corect determinate atunci cnd se ine cont de curbarea gravitaional a tablei.

Dup cum s-a precizat n capitolul 2, ambutisarea reperului Pavilion se realizeaz pe o pres cu dubl aciune. Placa activ este amplasat n pachetul inferior al matriei i are o poziie fix, n timp ce poansonul i elementul de reinere se ataeaz celor doi berbeci ai utilajului, executnd micri de translaie mpreun cu acetia. Drept urmare, atunci cnd este aezat n matri, semifabricatul vine n contact numai cu placa activ. Modelul procesului de curbare gravitaional poate deci neglija prezena componentelor din pachetul superior. Propriu-zis, poansonul i elementul de reinere ajung vor ajunge n contact cu semifabricatul doar n faza de ambutisare.

Construcia unui model curbare gravitaional ncepe cu importul descrierilor geometrice ale semifabricatului i plcii active. n cazul de fa, aceste descrieri au fost transferate programului DYNAFORM ca fiiere IGES. Dup cum se observ n figura 3.12,


24

Fig. 3.12. Importul descrierilor geometrice ale semifabricatului i plcii active n vederea simulrii unui proces de curbare gravitaional

Fig. 3.13. Discretizarea semifabricatului i plcii active

datorit simetriei bilaterale, ambele modele geometrice au fost reduse la jumtate. Imediat dup importul su n DYNAFORM, suprafaa semifabricatului a fost discretizat n elemente finite de tip nvelitoare deformabil. Ct privete suprafaa de lucru a plcii de ambutisare, pentru discretizarea acesteia au fost utilizate faete rigide (fig. 3.13).


25

Fig. 3.14. Precizarea caracteristicilor generale ale procesului analizat

(cazul deformrii gravitaionale a semifabricatului la aezarea n matri)

Prin interfaa grafic AutoSetup [ETA2008a, ETA2008b], programul DYNAFORM permite generarea foarte rapid a modelului unui proces de deformare gravitaional. n prima faz, programul solicit precizarea unor informaii generale care definesc tipologia procesului analizat i grosimea nominal a semifabricatului (fig. 3.14). Etapele urmtoare ale construirii modelului presupun parcurgerea pagin cu pagin a interfeei grafice i specificarea urmtoarelor detalii:

definirea proprietilor mecanice ale semifabricatului prin accesarea bibliotecii de materiale a programului DYNAFORM i precizarea eventualelor simetrii ale

modelului de proces (n cazul de fa, simetrie bilateral fig. 3.15); definirea plcii active i a coeficientului de frecare asociat zonelor de contact cu

semifabricatul (fig. 3.16); poziionarea semifabricatului nedeformat pe suprafaa plcii active (fig. 3.17).

Odat precizate aceste informaii, utilizatorul poate lansa n execuie programul care efectueaz simularea propriu-zis a procesului de deformare gravitaional. Dup ncheierea calculelor, post-procesorul ETA / Post [ETA2008d] permite reprezentarea grafic i interpretarea rezultatelor numerice. n cazul de fa, important este doar configuraia atins de la sfritul deformrii gravitaionale, cnd tensiunile interne i reaciunile exercitate de suprafaa plcii active reuesc s echilibreze greutatea semifabricatului. Aa cum se poate remarca analiznd figura 3.18, datorit ariei foarte mari i a grosimii reduse, tabla ajunge n contact cu toat zona de reinere. Configuraia de echilibru a semifabricatului corespunde unor deplasri verticale foarte mari (valoarea maxim este de aproximativ 40 mm vezi i diagrama din figura 3.19). Neglijarea acestor deformaii ar fi generat erori importante n etapa de analiz a operaiei de ambutisare.


26

Fig. 3.15. Definirea proprietilor mecanice i a simetriilor semifabricatului

Fig. 3.16. Definirea plcii active i a coeficientului de frecare asociat contactului cu tabla


27

Fig. 3.17. Poziionarea semifabricatului nedeformat pe suprafaa plcii active

Fig. 3.18. Configuraia de echilibru atins de semifabricat prin deformare gravitaional

Fiindc procesul de curbare gravitaional aduce semifabricatul n contact cu toat zona de reinere a plcii active, configuraia din figura 3.18 poate fi utilizat pentru a

determina cu precizie aria zonei de flan .fA Cu ajutorul acestei mrimi este posibil calculul forei Q exercitate de berbecul exterior al presei pe parcursul operaiei de ambutisare [Doe2007, Ili1977, Rom1970, Ros1987, Smi1990, Suc2007, Tap1985, Teo1977, Tsc2007]: .fQ q A= (3.1) n relaia de mai sus, q este presiunea de reinere, a crei valoare depinde de natura i grosimea semifabricatului. Pentru table de oel cu un coninut redus de carbon i grosime mai


28

Fig. 3.19. Distribuia deplasrilor verticale determinate de curbarea semifabricatului la aezarea n matri

Fig. 3.20. Msurarea ariei de reinere a semifabricatului

mare de 0,5 mm, lucrrile de specialitate [Doe2007, Ili1977, Rom1970, Ros1987, Smi1990, Suc2007, Tap1985, Teo1977, Tsc2007] recomand adoptarea unei presiuni

22 2,5 N/mm .q = (3.2) Aria flanei fA a fost determinat direct, folosind facilitile programului DYNAFORM. n prima etap, semifabricatul deformat gravitaional a fost perforat pe conturul interior al zonei de reinere (fig. 3.20). Pentru efectuarea acestei operaii s-a recurs la comanda Trim a programului DYNAFORM. n cea de a doua etap, aria poriunii rmase a fost msurat direct, folosind comanda Area of selected elements. S-a obinut astfel valoarea


29

2694213 mm .fA (3.3) Prin nlocuire numeric n relaia (3.1) au rezultat urmtoarele nivele extreme ale forei de reinere :Q

min min

max max

2 694213 1388426 N,2,5 694213 1735532,5 N.

f

f

Q q AQ q A

= = =

= = =

(3.4)

Avnd n vedere precizia de reglaj relativ sczut a preselor cu dubl aciune, pentru simularea numeric a operaiei de ambutisare s-a adoptat valoarea intermediar

1500000 N 1500 kN.Q = = (3.5) Trebuie sesizat faptul c aceast for corespunde unei jumti din aria de reinere real (vezi figura 3.20). Drept consecin, la ambutisarea reperului Pavilion, berbecul exterior va exercita o ncrcare dubl asupra zonei de flan a semifabricatului (3000 kN).

3.4. Simularea operaiei de ambutisare

Pentru o simulare realist a procesului de ambutisare, pe lng modelul geometric al

plcii active, sunt necesare i modelele suprafeelor de lucru ale celorlalte scule (poanson, respectiv element de reinere). Programul DYNAFORM ofer posibilitatea construirii acestor suprafee ca echidistante la suprafaa plcii. Potrivit informaiilor din literatura de specialitate [Doe2007, Ica1983, Ili1977, Rom1970, Ros1987, Smi1990, Suc2007, Tap1985, Teo1977, Tsc2007], ambutisarea ntr-o singur operaie poate determina ngrori locale ale tablei reprezentnd aproximativ 10 % din grosimea sa nominal. Lund n considerare acest fapt, echidistantele la suprafaa plcii au fost construite la distana de 0,8 mm. Modelele geometrice

astfel obinute sunt prezentate n figura 3.21. Prediciile furnizate de modulul MStep (vezi 3.2, n special figura 3.11) au evideniat

necesitatea utilizrii nervurilor de frnare. Programul DYNAFORM atribuie o descriere simplificat acestor elemente cu rol n controlul deformrii. Propriu-zis, nervurile sunt

modelate ca trasee curbilinii crora li se asociaz fore rezistive asemntoare frecrilor. DYNAFORM posed i un modul specializat care face posibil detalierea caracteristicilor de

profil ale fiecrui tronson de nervur, n funcie de nivelul frnrii exercitate asupra semifabricatului. Pentru a simplifica execuia matriei i curarea acesteia pe parcursul

exploatrii, a fost adoptat varianta utilizrii unui singur tronson de nervur prelucrat pe suprafaa de reinere a plcii de ambutisare2 (fig. 3.21).

2 n cazul matrielor instalate pe prese cu dubl aciune, nervurile se afl de regul pe suprafaa plcii de

ambutisare. n zona corespunztoare nervurilor, elementul de reinere este prevzut cu locae. Aceast


30

Fig. 3.21. Definirea i poziionarea sculelor folosite la ambutisarea reperului Pavilion (prelucrare pe o pres cu dubl aciune)

Fig. 3.22. Calculul forei rezistive care blocheaz trecerea peste nervur a unui semifabricat de tabl DC04 cu grosimea nominal de 0,7 mm

Potrivit modelului mecanic al nervurilor de fnare pe care l folosete programul DYNAFORM, o for rezistiv de 334 N/mm blocheaz complet trecerea peste nervur a unui semifabricat de tabl cu grosimea nominal de 0,7 mm (fig. 3.22). Simularea numeric a ope-

dispunere uureaz eliminarea impuritilor (praf, resturi de bavur rmase de la operaiile de decupare anterioare etc.) de pe suprafeele sculelor prin utilizarea unui jet de aer comprimat. Dac nervurile ar fi n elementul de reinere, iar locaele n placa de ambutisare, efectele gravitaionale ar ngreuna curarea periodic a matriei pe durata exploatrii.


31

Fig. 3.23. Profilul nervurii de frnare (for rezistiv 250,5 N/mm)

raiei de ambutisare a fost efectuat limitnd rezistena la 75 % din valoarea maxim (0,75 334 = 250,5 N/mm). Caracteristicile de profil ale nervurii care exercit o asemenea frnare asupra semifabricatului sunt prezentate n figura 3.23. Dimensiunile din figura 3.23 sunt informative, ntruct au fost determinate cu ajutorul modelului de calcul al programului DYNAFORM. Profilul nervurii poate suferi ajustri n faza de testare a matriei.

i n cazul de fa, modelul operaiei de ambutisare a fost elaborat cu ajutorul interfeei grafice AutoSetup. n prima faz, programul solicit precizarea unor informaii generale care definesc tipologia procesului de deformare plastic i grosimea nominal a semifabricatului (fig. 3.24). Etapele urmtoare ale construirii modelului presupun parcurgerea pagin cu pagin a interfeei grafice i specificarea urmtoarelor detalii:

definirea proprietilor mecanice ale semifabricatului prin accesarea bibliotecii de materiale a programului DYNAFORM i precizarea eventualelor simetrii ale modelului de proces (n cazul de fa, simetrie bilateral fig. 3.25);

definirea sculelor i a coeficientului de frecare asociat zonelor de contact cu semifabricatul (fig. 3.26 3.28);

poziionarea semifabricatului n raport cu sculele (fig. 3.29); specificarea parametrilor care controleaz cele dou faze ale operaiei de ambutisare

(strngerea zonei de flan a semifabricatului fig. 3.30, respectiv tragerea acestuia n cavitatea plcii active fig. 3.31);

definirea forei rezistive exercitate de nervur i proiectarea acesteia pe suprafaa plcii de ambutisare (fig. 3.30).


32

Fig. 3.24. Precizarea caracteristicilor generale ale procesului analizat

(cazul operaiei de ambutisare pe o pres cu dubl aciune)

Fig. 3.25. Definirea proprietilor mecanice i a simetriilor semifabricatului

Odat precizate informaiile de mai sus, utilizatorul poate lansa n execuie programul care efectueaz simularea propriu-zis a procesului de ambutisare. Dup ncheierea calculelor, post-procesorul ETA / Post permite reprezentarea grafic i interpretarea rezultatelor

numerice. Pentru operaiile de ambutisare, cele mai importante informaii sunt urmtoarele:


33

Fig. 3.26. Definirea poansonului i a parametrilor de contact cu suprafaa acestuia

Fig. 3.27. Definirea plcii de ambutisare i a parametrilor de contact cu suprafaa acesteia


34

Fig. 3.28. Definirea elementului de reinere i a parametrilor de contact cu suprafaa acestuia

Fig. 3.29. Poziionarea semifabricatului n raport cu suprafeele de lucru ale sculelor

severitatea deformaiilor plastice ale semifabricatului n configuraia final (fig. 3.33); distribuia de grosime a piesei ambutisate (fig. 3.34); diagramele de variaie ale forelor exercitate asupra semifabricatului de ctre poanson

i elementul de reinere (fig. 3.35 3.36). Dup cum se observ n figura 3.33, efectul rezistiv al nervurii de frnare determin o mult mai pronunat ntindere a semifabricatului, precum i dispariia total a tendinei de cutare (vezi spre comparaie figura 3.11). De asemenea, este de remarcat faptul c ntreaga suprafa


35

Fig. 3.30. Definirea forei rezistive exercitate de nervur i proiectarea acesteia pe suprafaa plcii de ambutisare

Fig. 3.31. Specificarea parametrilor care definesc prima faz a operaiei de ambutisare (strngerea zonei de flan a semifabricatului sub elementul de reinere)


36

Fig. 3.32. Specificarea parametrilor care definesc cea de a doua faz a operaiei de ambutisare (tragerea semifabricatului n cavitatea plcii active)

Fig. 3.33. Severitatea deformaiilor plastice ale semifabricatului n configuraia atins la sfritul operaiei de ambutisare


37

Fig. 3.34. Distribuia de grosime a piesei ambutisate

Fig. 3.35. Diagrama de variaie a forelor verticale exercitate de poanson i elementul de reinere asupra semifabricatului

util a piesei ambutisate posed nivelul minim recomandat al deformaiilor plastice de 2 %, dobndind astfel o suficient de bun rigiditate [ETA2008a]. Prezena nervurii de frnare determin i o repartiie a grosimilor n bun msur diferit fa de prediciile modulului MStep (subieri ceva mai accentuate, respectiv ngrori mai reduse vezi spre comparaie figurile 3.34 i 3.10).


38

Fig. 3.36. Diagrama de variaie a forelor orizontale exercitate de poanson i elementul de reinere asupra semifabricatului

Diagrama din figura 3.35 prezint variaia forelor verticale pe care le dezvolt elementele mobile ale matriei de ambutisare. Valorile maxime (2075 kN, n cazul poansonului, respectiv 3000 kN, n cazul elementului de reinere), cursa sub sarcin a poansonului (aproximativ 167 mm), precum i dimensiunile de gabarit ale matriei condiioneaz alegerea utilajului de presare (vezi 5.2).

Datorit configuraiei uor asimetrice a sculelor pe direcia axei Y (vezi, de exemplu, figura 3.29), poansonul i elementul de reinere vor dezvolta i fore orizontale. Variaia acestor ncrcri este prezentat pe diagrama din figura 3.36. Se observ c maximul forelor orizontale este atins spre sfritul micrii descendente a poansonului. Valorile extreme (132,5 kN, n cazul poansonului, respectiv 61 kN, n cazul elementului de reinere) sunt preluate de sistemul tehnologic pres-matri. Drept consecin, att utilajul pe care se va desfura ambutisarea, ct i a matria trebuie s posede o rigiditate adecvat. Neglijarea acestui aspect poate avea urmri nedorite (uzur prematur sau chiar defeciuni ale presei i matriei, calitate necorespunztoare a reperelor ambutisate etc.).


39

3.5. Simularea operaiei de tundere i a revenirii elastice

Dup cum se observ n figurile 3.33 3.34, piesa ambutisat are un adaos tehnologic pe tot conturul. Eliminarea acestuia este realizat ntr-o operaie de tundere. Programul DYNAFORM simuleaz separarea materialului ntr-o manier simplificat, proiectnd vertical o curb nchis ce definete muchia tietoare3 [ETA2008a, ETA2008b]. Figura 3.37 prezint rezultatul obinut n urma eliminrii adaosului tehnologic. Trebuie precizat faptul c DYNAFORM transfer toi parametrii de stare ai materialului (grosime, deformaii, tensiuni etc.) pe reeaua de elemente finite rmas dup tundere (fig. 3.38). Modelul astfel generat poate servi la simularea altor transformri pe care le sufer piesa.

n cazul de fa, rigiditatea de ansamblu a reperului ambutisat se modific foarte mult n urma operaiei de tundere. Odat cu dispariia blocajelor cinematice exercitate de suprafeele sculelor, tensiunile acumulate n material sunt libere s se relaxeze. Acest fenomen determin revenirea elastic a reperului. Amplitudinea abaterilor dimensionale i de form rezultate n urma relaxrii definete calitatea produsului finit. n cazul elementelor de caroserie, arcuirea poate genera vicii de estetic dar i probleme la asamblarea pe structura de rezisten a automobilului. Aspectele menionate anterior justific analiza revenirii elastice a reperului Pavilion cu att mai mult cu ct forma sa evazat i lipsa detaliilor de rigidizare fac posibil o relaxare ampl.

Fig. 3.37. Simularea operaiei de tundere

3 Pentru eliminarea excesului de material, programul DYNAFORM pune la dispoziie comanda Trim.


40

Fig. 3.38. Distribuia de grosime a reperului obinut dup tunderea adaosului marginal

Printre facilitile oferite de programul DYNAFORM se numr i simularea revenirilor elastice [ETA2008a, ETA2008b]. Procedura const n eliminarea tuturor sculelor i relaxarea tensiunilor din pies.

Pentru elaborarea modelului de arcuire a fost utilizat interfaa grafic AutoSetup. n prima faz, programul solicit precizarea unor informaii generale care definesc tipologia procesului de deformare i grosimea nominal a semifabricatului (fig. 3.39). Etapele urmtoare ale construirii modelului presupun parcurgerea pagin cu pagin a interfeei grafice i specificarea urmtoarelor detalii:

definirea proprietilor mecanice ale tablei prin accesarea bibliotecii de materiale a programului DYNAFORM i precizarea eventualelor simetrii ale modelului de proces (n cazul de fa, simetrie bilateral fig. 3.40);

impunerea unor restricii cinematice suplimentare ce asigur determinarea static a modelului cu elemente finite4 (fig. 3.41).

Odat precizate informaiile de mai sus, utilizatorul poate lansa n execuie programul care efectueaz simularea propriu-zis a procesului de revenire elastic. Dup ncheierea calculelor, post-procesorul ETA / Post permite reprezentarea grafic i interpretarea rezultate-

4 Pentru determinarea static a modelelor cu simetrie bilateral (cazul reperului Pavilion) este necesar

impunerea a dou restricii suplimentare asupra unor noduri aflate n planul de simetrie, suficient de departe unul de altul dar nu foarte apropiate de marginile piesei (fig. 3.41):

primul nod blocarea translaiilor n lungul axelor X, Y i Z; al doilea nod blocarea translaiei n lungul axei Z.

Aceste constrngeri sunt n msur s elimine micrile de corp rigid ale modelului, fr a-i jena totui libertatea de relaxare elastic [ETA2008a, ETA2008b].


41

Fig. 3.39. Precizarea caracteristicilor generale ale procesului analizat (cazul revenirii elastice)

Fig. 3.40. Definirea proprietilor mecanice i a simetriilor piesei

lor numerice. n cazul unui proces de arcuire, cea mai important este distribuia deplasrilor piesei fa de configuraia obinut prin tundere. Diagrama din figura 3.42 prezint acest rezultat al simulrii numerice. Valorile extreme evideniate pe harta deplasrilor (+4,72 mm, respectiv 2,88 mm) depesc limitele de 1 mm impuse prin normele de calitate din industria de automobile [Doe2007, Ica1983, Sch1998, Smi1990, Suc2007]. Aducerea piesei n cmpul de toleran prescris este posibil numai prin ajustarea suprafeelor de lucru ale matriei de ambutisare. Programul DYNAFORM faciliteaz efectuarea unor astfel de modificri prin intermediul modulului SCP [ETA2008a].


42

Fig. 3.41. Impunerea a dou restricii cinematice suplimentare ce asigur determinarea static a modelului de arcuire

Fig. 3.42. Deplasrile piesei arcuite fa de configuraia obinut n urma tunderii

3.6. Compensarea erorilor de arcuire ale reperului Pavilion

Procedura de compensare a revenirilor elastice utilizat de programul DYNAFORM opereaz pe principiul arcuirii inverse [ETA2008a, Lin2004]. Metoda n sine presupune deformarea mai pronunat a piesei pe parcursul ambutisrii. Amplitudinea deformaiilor suplimentare este determinat n aa fel nct arcuirile s aduc piesa ct mai aproape de o configuraie ideal. Programul DYNAFORM posed mai muli algoritmi de calcul utilizabili n faza de compensare [ETA2008a]. Majoritatea acestora lucreaz iterativ, adic impun efectuarea ctorva cicluri de corectare a erorilor.


43

Fig. 3.43. Interfaa modului de compensare a revenirilor elastice

Suprafaa util a reperului Pavilion este configurat mai ales de poanson i zona corespondent a plcii de ambutisare. Elementul de reinere i poriunea asociat acestuia pe plac au o influen mult mai redus asupra geometriei produsului finit. Din acest motiv, compensarea arcuirii a fost efectuat ajustnd exclusiv suprafeele complementare ale poansonului i plcii active. Prin aplicarea unei astfel de strategii au rezultat modificri minime ale geometriei originale, asigurndu-se n primul rnd pstrarea caracterului desfurabil al zonelor de reinere a semifabricatului.

Dup cum s-a menionat ceva mai devreme, programul DYNAFORM posed un modul specializat n efectuarea compensrilor. Figura 3.43 prezint interfaa grafic a acestui modul. Zona Blank Input grupeaz patru butoane care permit selecia modelelor cu elemente finite asociate configuraiilor de referin ale reperului:

configuraia anterioar revenirii elastice;

configuraia atins n urma revenirii elastice;

configuraia ideal a piesei (fig. 3.37);

configuraia compensat a piesei (n cazul primei iteraii, este configuraia dinaintea revenirii elastice). Zona Tool Input include la rndul su dou butoane, prin intermediul crora utilizatorul poate selecta modelele cu elemente finite ale sculelor ce fac obiectul ajustrii:


44

sculele a cror geometrie dicteaz ajustrile (n cazul de fa, poansonul, fiindc el definete cel mai strict suprafaa util a reperului ambutisat);

sculele subordonate (n cazul de fa, placa de ambutisare, generat ca echidistant la suprafaa ajustat a poansonului). Celelalte regiuni ale interfeei grafice din figura 3.43 permit selecia algoritmului de compensare (n cazul reperului Pavilion a fost preferat metoda 6, care asigur un control mai eficient al netezimii suprafeelor ajustate), extensia zonelor de tranziie ntre poriunile compensate i cele necompensate, precum i procentajul de abateri corectate la iteraia curent.

Odat precizate aceste informaii, utilizatorul poate lansa n execuie programul care efectueaz ajustarea propriu-zis a sculelor. n urma calculelor rezult geometrii compensate ale poansonului i plcii active. Dup importul acestora n DYNAFORM, se impune

efectuarea unui nou ciclu de simulri ale operaiilor de ambutisare i tundere, respectiv a revenirilor elastice. Rezult astfel o nou configuraie arcuit a piesei. Aceasta urmeaz a fi

comparat cu modelul ideal din figura 3.37. Dac abaterile dimensionale i de form depesc tolerana admis, utilizatorul trebuie s parcurg o nou iteraie de compensare. De regul, distanele dintre piesa arcuit i modelul int pot fi aduse n intervalul de 1 mm dup 2 4 cicluri [ETA2008a].

n cazul reperului Pavilion a fost necesar efectuarea a dou iteraii de compensare. Figurile 3.44 i 3.45 prezint abaterile dimensionale ale piesei arcuite fa de modelul int din figura 3.37 dup fiecare asemenea ciclu. Se observ c erorile au ajuns n intervalul prescris de 1 mm abia dup a doua iteraie.

Fig. 3.44. Abaterile piesei arcuite fa de configuraia ideal (cazul primei iteraii de compensare a revenirilor elastice)


45

Fig. 3.45. Abaterile piesei arcuite fa de configuraia ideal (cazul celei de a doua iteraii de compensare a revenirilor elastice)

Fig. 3.46. Distana dintre noua suprafa de lucru a poansonului i modelul geometric original (varianta obinut dup cea de a doua iteraie de compensare a revenirilor elastice)

Dup cum s-a artat anterior compensrile au avut ca obiect numai suprafaa de lucru a poansonului i zona corespondent a plcii de ambutisare. Ct privete regiunile de reinere ale matriei, geometria acestora a rmas neschimbat. Figura 3.46 prezint distanele dintre noua suprafa de lucru a poansonului i modelul original, n varianta obinut dup cea de a doua iteraie de compensare a revenirilor elastice. Regiunea complementar a plcii va rezulta ca echidistant la 0,8 mm de suprafaa ajustat a poansonului.

Bibliografie

46

Bibliografie

[Bol2004] Boljanovic, V. Sheet Metal Forming Process and Die Design. New York: Industrial Press, 2004.

[Doe2007] Doege, E., Behrens, B.A. Handbuch Umformtechnik. Grundlagen, Technologien, Maschinen. Berlin: Springer, 2007.

[ETA2008a] *** eta/DYNAFORM. Application Manual (Documentaie electronic versiunea 5.6.1). Engineering Technology Associates, 2008.

[ETA2008b] *** eta/DYNAFORM. Users Manual (Documentaie electronic versiunea 5.6.1). Engineering Technology Associates, 2008.

[ETA2008c] *** eta/DYNAFORM. BSE Training Manual (Documentaie electronic versiunea 5.6.1). Engineering Technology Associates, 2008.

[ETA2008d] *** eta/POST. Users Manual (Documentaie electronic versiunea 1.7.9). Engineering Technology Associates, 2008.

[Hec1981] Hecht, Gh., Irimie, I. ndrumtor pentru tehnologia tanrii i matririi la rece, vol. II. Bucureti: Editura Tehnic, 1981.

[Ica1983] Ic, C., Ic, O. Ambutisarea la rece. Realizarea pieselor cu forme neregulate. Bucureti: Editura Tehnic, 1983.

[Ili1977] Iliescu, C. Tehnologia tanrii i matririi la rece. Bucureti: Editura Tehnic, 1977. [Lin2004] Lingbeek, R.A. Aspects of a Design Tool for Springback Compensation. Lucrare de

disertaie. Universitatea Twente, 2004. [Rom1970] Romanovski, V.P. tanarea i matriarea la rece. Bucureti: Editura Tehnic, 1970. [Ros1987] Rosinger, t. Procese i scule de presare la rece. Culegere de date pentru proiectare.

Timioara: Editura Facla, 1987. [Sch1998] Schuler Gmbh (ed.) Metal Forming Handbook. Berlin: Springer, 1998. [Smi1990] Smith, D.A. (ed.) Die Design Handbook. Dearborn: Society of Manufacturing

Engineers, 1990. [Suc2007] Suchy, I. Handbook of Die Design. New York: McGraw-Hill, 2007. [Tap1985] Tplag, I. .a. Tehnologia presrii la rece, vol. I. Cluj-Napoca: Litografia

Institutului Politehnic, 1985. [Teo1977] Teodorescu, M. .a. Elemente de proiectare a tanelor i matrielor. Bucureti:

Editura Didactic i Pedagogic, 1977. [Tsc2007] Tschaetsch, H. Metal Forming Practise. Processes Machines Tools. Berlin:

Springer, 2007.

Ambutisare_pavilion.pdf

Documents

Transcript of Ambutisare_pavilion.pdf