Recomandri pentru

Universitatea din Piteti

Facultatea de Mecanica si Tehnologie

Departamentul de Fabricaie si Management Industrial

Sesiunea de Comunicri tiinifice Studeneti 23 mai 2015

STUDIUL TENSIUNILOR MECANICE APARUTE IN PARTILE ACTIVE ALE STANTELOR IN PROCESUL DE FABRICARE APENDICIAutorul:

Student Cristian VASILE, an II IMFP

ndrumtor:

Conf. univ. dr. Ilarion BANU

Rezumat: Majoritatea elementelor componente ale dispozitivelor de tanare i matriare la rece sunt supuse unui proces continuu de uzur i la solicitri dinamice de compresiune . n cazul tanelor, poansoanele sunt componentele cel mai mult supuse la uzur. Fiind vorba despre un proces simplu din punct de vedere fizic, procesul de tanare este relativ simplu de modelat ntr-un mediu virtual. n primele faze ale proiectrii este esenial realizarea unei analize de durabilitate a poansoanelor, n vederea optimizrii designului acestora, pentru o funcionare performant. n lucrare este prezentat o metod relativ simpl pentru determinarea rezistenei la oboseal a poansoanelor. Modelul CAD al unui poanson este analizat aplicnd metoda elementelor finite, pentru determinarea deformaiilor maxime i a tensiunilor maxime ce apar n timpul procesului cu o for F. Rezultatele obinute sunt apoi folosite pentru determinarea durabilitii poansonului. Pe baza rezultatelor se deduce numrul de cicluri de funcionare pn la o reascutire i cantitatea de material ce trebuie nlturat pentru reascuirea poansonului.

Cuvinte cheie: tan, poanson,CAD, deformaii, tensiuni.

1. INTRODUCERE

Procedeul de prelucrare mecanic prin presare la rece dobndete, pe zi ce trece, o tot mai larg aplicabilitate, ca urmare a avantajelor pe care le prezint: productivitate ridicat, precizie mare a pieselor i cost sczut. Aadar, stadiul de dezvoltare a presrii la rece, extinderea acestui procedeu de prelucrare mecanic n toate ramurile industriei constructoare de maini i nu numai, reprezint un indiciu al progresului tehnic ce caracterizeaz epoca noastr. Dar aici nc nu se oprete evoluia industriei presrii la rece. Economia i nevoile populaiei sunt n continu cretere, iar aceste dou tendine determin dezvoltarea domeniului presrii la rece. Pentru mbuntirea industriei presrii la rece se introduc zi de zi noi metode de optimizarea:

- procesului de presare;

- procesului de proiectare;

- procesului de fabricarea sculelor, etc.

Datorit faptului c sculele de tiat trebuie s aib o durabilitate mare care conduce la ieftinirea produsului realizat i la creterea calitii, ele trebuiesc supuse diferitelor tratamente termice care le confer proprieti fizico-mecanice mai bune, urmrindu-se ndeosebi creterea duritii.

2. PREZENTAREA TEMEI (sau PROBLEMATICA TEMEI)

2.1 Scopul lucrrii

Scopul acestei lucrri l constituie optimizarea formei i dimensiunii poansoanelor i eliminatoarelor pentru tanele de decupat. n acest sens se utilizeaz metodele asistate de calculator pentru modelarea, analiza i simularea comportrii poansonului si eliminatorului (CAD/CAE), respectiv pentru analiza durabilitii.

2.2 Analiza pieseia) Desen de executie

Figura 1 Distantier subtire

b) Material

Tabla de Zircaloy-4 prelucrata la rece si detensionata sau recoapta.

a) Compoziie chimic

- Sn 1,20 1,70 %;

- Fe 0,18 0,24%;- Cr 0,07 0,13 %;

- Fe+Cr+Ni 0,28-0,37 %

- O 900 1600 g/g;

- Al max 75g/g;

- B max 0,5g/g;- C max 400g/g;- Cd max 0,5g/g;- Co max 20g/g;- Cu max 50g/g;- Hf max 100g/g;- Pb max 130g/g;- Mg max 20g/g;- Mn max 50g/g;- Mo max 50g/g;

- Ni max 70g/g;- Nb max 100g/g;- Si max 120g/g;

- Ta max 200g/g;- Ti max 50g/g;

- W max 100g/g;- U max 3,5g/g;- V max 50g/g;a) Proprieti mecanice la traciune

- rezistena la rupere minim 517 Mpa;

- limit de curgere minim 448 Mpa;

- alungire pe 50 mm: minim 10%;

a) 3. METODE I MIJLOACE TIINIFICE UTILIZATE

3.1 Abaqus

ABAQUS este alcatuit dintr-un set de programe de simulare de inginerie, bazate pe metoda elementului finit, care poate rezolva probleme pornind de la analize relativ simple, liniare pn la simulri numerice dintre cele mai complexe, neliniare. ABAQUS conine o bibliotec extins de elemente finite care pot modela, orice geometrie.

Acesta are o list extins de modele de comportare (de material) care pot simula comportamentul celor mai multe materiale utilizate n inginerie, s.a. materiale metalice, cauciuc, polimeri, compozite, beton armat, si spume rezistene, materiale geotehnice, cum ar fi soluri si roci.

Conceput ca un instrument de simulare de uz general, ABAQUS poate fi folosit pentru a studia att probleme structurale (tensiune/deformatie) ct i probleme n domenii diverse, precum transferul de cldur, analiza termic a componentelor circuitelor electrice (analize cuplate: termic-electric), acustic, mecanica solului i analize piezoelectrice.

3.2 CatiaCATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application)este o suit software comercial multiplatform CAD/CAM/CAEdezvoltat de compania francezDassault Systemesi comercializat n ntrega lume deIBM. Scris nlimbajul de programareC++, CATIA este temelia suitei software a Dassault Systemes.

Software-ul a fost creat dup 1970 i nainte de 1980 s ajute la dezvoltarea avionului de lupt cu reacieMirage, apoi a fost adoptat n industria aerospaial, auto, construcia de ambarcaiuni, i multe alte industrii.

4. REZULTATE

4.1 Analiza desenului de executie si proiectarea poansonului

Figura 2 Poanson Catia

Figura 3 Desen de executie poanson

4.2 Analiza desenului de executie si proiectarea eliminatorului

Figura 4 Desen de executie eliminator

Figura 5 Eliminator Catia

4.3 Analiza tensiunilorPentru a ncepe analiza de durabilitate a poansonului si eliminatorului trebuie efectuat mai nti o analiz de rezisten a lor. Analiza se face cu metoda elementelor finite. Aceast metod const n discretizarea unui corp continuu si finit n mai multe elemente finite (FEM - Finite element method). Prin discretizarea unei structuri se nelege subnprirea acesteia ntr-un numr oarecare de elemente finite sau reea de puncte de integrare numeric, interconectate prin nodurile lor exterioare. Metoda are o aplicabilitate pe scar larg i se bucur de utilizarea extensiv n zone structurale, analize termice si fluide. Metoda elementului finit, este format din trei faze principale:

a. Pre-procesarea: realizarea modelul solid al sistemului analizat (caracterizat prin form, dimensiuni, caracteristici de material), discretizarea modelului solid n elemente finite, aplicarea condiiilor la limit i a ncrcrilor;

b. Procesarea: rezolvarea numeric a ecuaiilor caracteristice comportrii sistemului i obinerea soluiei;

c. Post-procesarea: vizualizarea rezultatelor n vederea analizei comportrii sistemului i identificrii zonelor cu solicitri critice. Reeaua de elemente finite a unui model solid subdivide structura n elemente, interconectate prin noduri. n cadrul fazei de pre-procesare se aleg tipurile de elemente finite care vor fi utilizate i se stabilieste repartiia lor pe domeniul discretizat, rezultnd astfel numrul, dimensiunea i forma acestora. Discretizarea se realizeaz n funcie de tipul domeniului geometric (unidimensional, bidimensional sau tridimensional) (Tabel 1):

a. elemente finite de tip linie a domenilui unidimensional

b. elemente finite de tip triunghi a domeniilor de tip suprafata; muchiile elementelor finite pot fi linii drepte sau parabole (domeniul bidimensional)

c. elemente finite de tip tetraedru a domeniului tridimensional

d. elemente speciale, ca elemente axisimetrice pentru unele situaii la care geometria, materialul i condiiile la limit sunt simetrice n jurul unei axe.

Dezvoltarea reelei de elemente finite consum, de obicei, mult timp. Reeaua de elemente finite este dezvoltat direct pe modelul CAD a poansonului si eliminatorului (Tabel 1):

a. wireframe cu puncte i curbe reprezentnd muchiile solidului;b. cu suprafee reprezentnd limitele solidului;c. solid pentru definirea materialului;

Tabel 1- Discretizarea elementelorDimensiuneaTipForma elementuluiTip de element

1DLinearWireframe

Cadratic

Cubic

2DLinearSuprafata

Cadratic

Cubic

3DLinearSolid

Cadratic

Reeaua de elemente finite este aplicat pe modelul CAD folosind algoritmul de discretizare liber. Discretizarea liber subdivide automatic modelul n elemente finite. Avantajul acestui proces este rapiditate i adaptarea dimensiunea elementelor finite cu uurin la modelul respectiv. Dezavantajele ar fi generarea unui model prea mare (care ocup mult spaiu pe memoria calculatorului) din cauza cruia procesarea poate fi lent.5. CONCLUZII I PERSPECTIVE

Majoritatea elementelor componente ale dispozitivelor de tanare la rece sunt supuse unui proces continuu de uzur i sunt solicitate la compresiune cu oc, ncovoiere etc. n plus, sculele acestor dispozitive sunt solicitate i termic. Din aceasta cauz n primele faze ale proiectrii este esenial analiza de durabilitate a componentelor supuse la uzur pentru optimizarea designul produsului pentru o funcionare mai performant. n cazul tanelor de decupat, cele mai mult supuse la uzur sunt poansoanele. Fiind vorba despre un proces din punct de vedere fizic simplu, ncrcrile procesul de decupat pe poanson sunt relativ simplu de modelat ntr-un mediu virtual.Cedarea materialului este datorat ncrcrii ciclice repetate. Pentru metale, acest lucru de obicei nseamn iniierea unor mici fisuri pe suprafaa liber a unui exemplar, componente, sau structur, care transforma mai apoi n fisuri mari, ce provoac ruperea unei componente.

Bibliografie 1. Teodorescu M., .a., Elemente de proiectare a tanelor i matrielor, Editura Did. i Ped., Bucureti,1980;

2. Zgur Gh., .a., Prelucrarea prin deformare la rece, Editura tehnic, Bucureti , 1977;

3. Radu Ioan, Bban C., Tehnologia presrii la rece, Univ. din Oradea, 1994;

4. Iliescu C., Tehnologia tanrii i matririi la rece, Editura Did. i Ped., Bucureti, 1977.

12

5