UniversitateaDunreadeJosGalaiFacultateadeConstruciideMaini,RoboticiSudare REZUMATULTEZEIDEDOCTORATIng.CorneliaSpiridonescuCERCETRIPRIVINDPARAMETRIIIEFICIENAUNUIPROCESDEAMBUTISAREADNCConductortiinificProf.Dr.Ing.EpureanuAlexandruDHCGalai 2 2010 900 3 MULUMIRI Aprutcaonecesitateodatcudezvoltareaindustriilorimaialesaindustriei constructoaredemaini, ambutisarea reprezint n contextualeconomic actual o posibilitate importantdeasatisfacecerinelemondialendiferiteledomeniideactivitatencepndcu produsele finite simple pn la cele mai complexe. Tehnologiileavansatedeambutisarecaefectalcercetriiiinovrii,igsesc aplicabilitatea i utilitatea pentru principalul dezirat al industriei actuale: competitivitatea. Sepoateapreciactehnologiadeambutisarepentruobinereanfinalaparametrilor optimilaambutisareacureinerecombinatesteombinareamaimultordomeniide cercetaretiinificianume:mecanic,matematic,informaticetc.cuproduselesoftde analiz i simulare computerizat. TezadedoctoratCercetriprivindparametriiieficienaunuiprocesdeambutisare adanc, prin studiile i experimentele efectuate, fundamenteaz fenomenele care stau la baza procesului de ambutisare adnc cu precdere ambutisarea cu reinere combinat. nrealizarealucrriiamfostajutatisustinutdecadreledidacticealecatedrei T.C.M. a Univ.Dunrea de jos Galai cu care mpart laurii reuitei, le mulumesc. Mulumesc domnului Prof. Dr. Ing. Viorel Punoiu Director de Departament, pentru colaborarea,sprijinuliajutorulsusinut,acordatpetotparcursulexperimentelorinun ultimul rnd la redactarea i finalizarea tezei. Dorescs-miexprimcaldarecunostinticonsideraiefadeconductorultiinific altezeidedoctoratdomnulProf.Dr.Ing.EpureanuAlexandruDHC.,pentrusprijinul, ncrederea,rbdareainelegereaacordat,pentrusfaturilecompententepentregparcursul ciclului de doctorat. Deasemenea,mulumescdomnuluiefLucrriDr.ConstantinIonupentruajutorul acordat pe parcursul tezei. Adresez mulumirile cuvenite conducerii Facultii de Mecanic, Prof. Dr. Ing. Ctlin Fetecu-Decan,Prof.Dr.Ing.CtlinaMaierSecretartiinific,Prof.Dr.Ing.Mihaela Banu ef Catedra T.C.M. care au tiut s m ncurajeze n toat perioada de derulare a tezei, cu sfaturi i sugestii preioase. MultumescicolectivuluiS.C.VaseEmailateFocani,dincareamfacutparteca specialist10an,pentrusprijinulacordatpeparcursultezeiconcretizatntr-uncontractde cercetare n 2006. Adresezsinceremulumirireferenilortiinificioficialipentruacceptareai solicitudinea cu care au realizat recenzia lucrrii. n final ndrept un gnd de dragoste i recunotin ctre familia mea pentru sprijinul i devotamentul acordat n vederea aducerii la bun sfrit a acestei lucrri, n special fiului meu Vlad-Paraschiv . Dedic aceast lucrare celor dragi. Cornelia Spiridonescu 4 CUPRINS TEZ DE DOCTORAT Introducere..........0 Capitolul 1. STADIUL ACTUAL AL CERCETRILOR N DOMENIUL AMBUTISRII ADNCI...............................................................................1 1.1 Analiza procesului de ambutisare adnc............................................................................2 1.2. Reinerea semifabricatului la ambutisare.........................................................................4 1.2.1. Reinerea plan............................................................................................................4 1.2.2. Reinerea cu plac multipunct.....................................................................................6 1.2.3. Reinerea cu plac segmentat....................................................................................6 1.2.4. Reinere cu plac segmentat inelar..........................................................................7 1.2.5. Reinere cu plac segmentat cu aciune succesiv....................................................8 1.2.6. Reinerea combinat....................................................................................................8 1.3. Analiza procesului de ambutisare cu reinere combinat.....................................................9 1.3.1. Parametrii procesului de ambutisare cu reinere combinat.......................................9 1.3.2. Soluii constructive de echipamente pentru ambutisarea cu reinere combinat......11 1.4. Factorii care determin calitatea i precizia pieselor obinute prin ambutisare.................13 1.4.1. Precizia la ambutisare.................................................................................................13 1.4.2. Calitatea pieselor ambutisate......................................................................................16 1.4.3. Metoda curbelor limit (CL).......................................................................................17 1.5. Simularea procesului de ambutisare..................................................................................20 1.5.1. Scheme de integrare....................................................................................................21 1.5.2. Geometria elementelor finite folosite n analiza cu elemente finite a deformrii tablelor......................................................................................................................................23 1.5.3. Formulri n metoda elementului finit........................................................................26 1.6. Concluzii............................................................................................................................29 1.7. Direcii de cercetare pentru mbuntirea procesului de ambutisare cu reinerecombinat..................................................................................................................................30 Capitolul 2.STUDIUL EXPERIMENTAL AL PROCESULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT............................................................................31 2.1. Materiale utilizate pentru studiul experimental al procesului de ambutisare cu reinere combinat..................................................................................................................................32 2.2.Echipamentulexperimentalutilizatnstudiulprocedeuluideambutisarecureinere combinat..................................................................................................................................36 2.3.Proiectarea unui traductor pentru msurarea forei axiale la ambutisarea combinat......38 2.4 Rezultate ale ncercrilor experimentale...........................................................................42 2.4.1. Precizia la grosimea materialului piesei.....................................................................43 2.4.2. Msurarea forei de ambutisare..................................................................................49 2.5.Concluzii asupra ncercrilor experimentale.....................................................................50 Capitolul 3. MODELAREA NUMERIC A PROCESULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT............................................................................51 3.1.Prezentarea general a programului de element finit utilizat............................................52 5 3.2.Modelul de simulare..........................................................................................................53 3.2.1.Modelul geometric....................................................................................................53 3.2.2.Definirea materialului...............................................................................................56 3.2.3.Definirea curbelor de micare...................................................................................56 3.2.4.Definirea condiiilor de contact.................................................................................58 3.3. Filmul deformrii...............................................................................................................59 3.4. Analiza comparativ a rezultatelor experimentale i a celor obinute prin simulare.........61 3.5. Concluzii............................................................................................................................64 Capitolul 4. STUDIUL NUMERIC AL PROCESULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT.........................................................................65 4.1. Analiza rezultatelor simulrii procesului deambutisare cu reinere combinat.............66 4.1.1. Variaia grosimii peretelui pieselor ambutisate .......................................................66 4.1.2.Variaia diametrului pieselor ambutisate..................................................................70 4.1.3.Variaia tensiunii von mises n piesele ambutisate...................................................74 4.1.4. Variaia tensiunii medii n pieseleambutisate.........................................................74 4.1.5.Analiza anizotropiei pieselor ambutisate.................................................................75 4.1.6.Analiza curbelor limit de ambutisare n piesele ambutisate...................................77 4.1.7. For a de deformare..................................................................................................78 4.2. Analiza comparativ a procesului de ambutisare combinat i a procesului de ambutisare din mai multe operaii...............................................................................................................79 4.3. Concluzii............................................................................................................................80 Capitolul 5. OPTIMIZAREA PROCESULUI PROCEDEULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT PRIN APLICAREA METODEI SUPRAFEELOR DE RSPUNS..............................................................82 5.1. Aspecte generale privind metoda suprafeelor de rspuns.................................................83 5.1.1. Modelul matematic al procesului...............................................................................84 5.1.2. Programarea statistic a experienelor.....................................................................86 5.1.3. Determinarea coeficienilor modelelor prin metoda celor mai mici ptrate..............89 5.2.Aspecte generale privind software-ul Matlab...................................................................90 5.2.1. Structura sistemului Matlab....................................................................................91 5.2.2. Ferestrele de lucru Matlab......................................................................................91 5.3. Studiul variaiei grosimii n procedeul de ambutisare cu reinere combinat prin metoda suprafeelor de rspuns..............................................................................................................92 5.4. Concluzii............................................................................................................................99 Capitolul 6. OPTIMIZAREA PROCESULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT FOLOSIND MODELAREANEURONAL I CALCULUL EVOLUTIV.............................................100 6.1. Modelarea neuronal a procesului de ambutisare............................................................101 6.1.1. Prezentarea general a metodei de calcul neuronal...............................................101 6.1.2. Etapele de proiectare a reelelor neuronale............................................................104 6.1.3.Algoritmdestudiuaprocesuluidedeformarelaambutisareacureinere combinat...........................................................................................................................106 6.1.4 Aplicarea reelelor neuronale n procesul de ambutisare cu reinere combinat ...107 6.1.4.1. Calculul neuronal n Pythia............................................................................107 6 6.1.4.2. Reeaua de optimizare....109 6.1.4.3. Rularea programului......................................................................................110 6.2. Optimizarea procesului de ambutisare folosind algoritmi genetici.................................113 6.2.1. Algoritmi genetici..................................................................................................114 6.2.2. Evoluia natural - surs de inspiraie....................................................................141 6.2.3. Principiul algoritmilor genetici..............................................................................1426.2.4. Aplicarea practic a algoritmilor genetici n procesul de ambutisare adnc........115 6.3. Concluzii privind aplicarea reelelor neuronale i a algoritmilor genetici n procesul de ambutisare cu reinere combinat............................................................................................119 Capitolul 7. CONCLUZII FINALE I CONTRIBUII PERSONALE N DEZVOLTAREA TEMEI...................................................................... 120 7 Fig.1. Starea de tensiuni la ambutisare pieselor cilindrice INTRODUCERE Ambutisareaesteunprocesdedeformareconvenional.Estesingurulprocedeude prelucrareprindeformareplasticprincareseobinreperecuadncimeamaimaredect diametrul. Pentrurealizareaambutisrii,asuprasemifabricatuluiplan,aezatpeplacade ambutisare,seexercitoforFcuajutorulpoansonului.Materialulvafitras(deformat, deplasat)ncavitateaplciideambutisare,nspaiul(jocul) dintre aceasta i poanson. Concomitentcuformareaperetelui(vertical)alpiesei, poriuneancplanasemifabricatuluiiniial(flana)se micoreaz continuu. Datorit modului n care se face trecerea semifabricatului plannpiesacavncursulambutisrii,diferitelezoneale acesteia(flana,peretele,fundul)suntcaracterizatedestride tensiuniideformaiidiferite(figura1),ceamaiinteresanti importantfiindzonaflanei.Aceastaestecaracterizatde existenaunortensiunidentindereradialo(determinatede tragereamaterialuluisprecavitateaplciideambutisare)i tensiunidecompresiunetangenialou(determinatede reducereacontinuadiametruluiflanei),tensiunicaresunt asimilate unei stri plane de tensiuni. Existena compresiunii tangeniale n flana (zona) nc neambutisatconduce,ncondiiilencareeanuareo rigiditate suficient (cazul general) la un fenomen de pierdere astabilitiimanifestatprinproducereaunorondulaii(cute)-defectmajorlaambutisare. Dacaceastzonestesuficientderigidpentruanuipierdestabilitatea(saueste mpiedicat s o fac) se produce o oarecare ngroare a ei. Pentru a preveni producerea acestor cute, asupra zonei flanei se acioneaz cu o for de apsare (reinere) Q, prin intermediul unui element special din construcia matriei - placa de reinere (figura 1).Diferitecercetriaufostrealizatepentrumbuntireaaplicriiforeidereinerea semifabricatului pe zona flanei n vederea eliminrii defectelor produse de variaia n timp a presiuniidepresarecaurmareascderiiarieideaplicareaforeipezonaflanei semifabricatului, la curgerea materialului n matri. Aplicarea unei fore de reinere variabile ntimp,utilizareaunorplcidereineresegmentatesauelasticesuntctevadinrealizrile actualendomeniu.nlucrareseprezintomodalitaterelativnoudeaplicareaforeide reinere, i anume folosind dou sisteme de reinere, unul plan i altul pe zona de racordare a plcii de ambutisare.Scopullucrriiestedestabilictevaprincipiidebazprivindaplicareaambutisrii cureinerecombinat.Acesteprincipiitrebuiesconducproiectantulifabricantuln utilizarea acestui sistem de reinere n producia curent. Obiectivele n atingerea acestui scop sunt urmtoarele:-dearealizaocercetarebibliograficpentruevideniereastadiuluiactualal cercetrilor privind fora de reinere la ambutisare; 8 - de a utiliza metoda elementului finit n studiului procesului de ambutisare cu reinere combinat; -deaproiectairealizaomatrideambutisarecureinerecombinatnvederea desfurrii cercetrilor experimentale; - de a utiliza tehnici moderne de optimizare a parametrilor procesului de ambutisare; - de a utiliza tehnici de inteligen artificial n conducerea experimentelor numerice i experimentale.- de a furniza date de proiectare n aplicarea procedeului.Tezadedoctoratestestructuratnjurulobiectivelorprezentatemaisus.Fiecare capitol are n vedere ceea ce s-a prezentat i realizat n capitolul anterior.Capitolul1definetemaintiprocesuldeambutisareapieselorcilindrice.Sunt prezentateschemeleprincipaledereinerelaambutisarepieselorcilindrice.Seprezintapoi procedeul de reinere combinat. Legat de acesta se prezint realizrile precedente, aspectele legate de parametrii specifici ai metodei, schemele de lucru, calculele energetice, avantajele i dezavantajelemetodei.Aufost abordatedinpunctdevedereanaliticproblemeledefinitorii privindmetodadeanalizcuelementfinitamediilordeformabileplastic,descrierea principalelorcaracteristiciimodulealecoduluiutilizatdeanalizaproceselorde deformare plastic. Capitolul2prezintcercetrileexperimentaleprivindprocedeuldedeformarecu reinerecombinat.Sepleacdeladeterminareacaracteristicilormecanicematerialuluicare urmeazafideformat.Seprezintapoiechipamentelenecesarestudiulexperimentalal procesului de ambutisare cu reinere combinat respectiv matria de ambutisare i traductorul pentru determinarea forei de ambutisare. Traductorul realizat a fost proiectat n element finit i apoi a fost etalonat. n final se prezint rezultatele ncercrilor experimentale care au avut n vederestudiulanizotropieimaterialului,studiulvariaieigrosimiiperetuluipieselor ambutisate i determinarea valorii forei de ambutisare. Capitolul3prezintmodelulnumericalprocesuluidedeformarecureinere combinatnvedereastudiulprocesuluiiavalidriirezultatelornumerice.Folosind programuldeelementfinitDynaform,suntdefinitegeometriadelucruasculelorde deformare,parametriideproces(vitezadedeformare,curselededeformare,coeficientulde frecare,curbeledemicare,condiiiledecontactdintrematerialsisculelededeformare, proprietiledematerial).Rezultatelencercrilorsimulativenelementfinitsuntcomparate cu rezultatele experimentale privind variaia grosimii materialului i a anizotropiei. Rezult o bun concordan ntre valorile reale i simulate ceea ce conduce la concluzia ca modelarea cu element finit poate fi folosit cu succes ca metod de investigare a procesului analizat. Capitolul4prezintncercrilesimulativenelementfinitpentruinvestigarean detaliuaprocesuluideambutisarecureinerecombinatprinstudiulstriidetensiunii deformaiidinmaterialstudiulvariaieidegrosime,studiulparametrilorenergetici,pentru diferitevalorialeparametrilorprocesuluideambutisare.Sefaceapoiocomparaiecu ambutisareaaceleaipiesedindouoperaiipentruaseevideniaavantajelemetodeide ambutisare cu reinere combinat. Capitolul5prezintoptimizareaprocesuluideambutisarecureinerecombinat aplicndmetodasuprefeelorderspuns.Seprezintocercetarebibliograficndomeniul metodelordeoptimizarecureferirelametodasuprafeelorderspuns.Seintroducefuncia obiectiv,respectivcriteriulvariaieiuniformeagrosimii,sestabileteunplande 9 experimentare i apoi pe baza unui model ptratic se determin parametri optimi pentru care variaia grosimii are valoarea minim. Capitolul 6 prezint aplicarea reelelor neuronale i a algoritmilor genetici n procesul deambutisarestudiat.Utilizndaceastmetodsepoatelimitanumruldencercri simulativenumerice,pringsireacombinaieideparametricaresconduclaoptimizarea procesului.Capitolul 7 prezint concluziile i contribuiile aduse mbuntirii procesului studiat. Seprezinttotodatctevaprincipiideaplicareaprocedeuluideambutisarecureinere combinat.nfinal,prinprismarezultatelorobinutenlucrare,sepoateconsideracla ambutisareforadereinerejoacunrolimportantndesfurareancondiiioptimea procesului.Aplicareaambutisriicureinerecombinatpoatefiosoluieviabiln ambutisareapieselorcilindricedeadncimemaredatoritnprincipalcreteriigraduluide deformareamaterialuluiideciareduceriinumruluideoperaii.S-ademonstratnlucrare totui c aplicarea metodei necesit pe de-o parte un echipament i un utilaj special iar pe de alt partecnumaifolosindmetodemodernede investigare,cumarfiinteligena artificial, se poate reduce numrul ncercrilor att experimentale ct i numerice. CAP 1. Stadiul actual al cercetrilor n domeniul ambutisrii adnci 1.1 ANALIZA PROCESULUI DE AMBUTISARE ADNC TehnologiadeambutisareafostiniiatdeenglezulAlexanderParker(1813-1890), care n anul 1857 a patentat ambutisarea unei table din cupru iar n anul 1859 n colaborare cu Bessemer,arealizatcusuccesambutisareauneipiesede11cmdiametru i10cmnlime, dintr-o tabl de oel de 12 cm diametru i 0.75 mm grosime.Procesuldeambutisareafostanalizatdediferiicercettoride-alungultimpuluifie prin experiment fizic fie prin experiment numeric. Ambutisareaesteprelucrareaprindeformareplasticprincareunsemifabricatplan este transformat ntr-o pies cav sau se continu deformarea unui semifabricat cav. n urma deformrii se pot modifica, forma, dimensiunile, ct i grosimea semifabricatului. Prinambutisareseexecutogamfoartelargdepiese,diferiteattprinformalor, ctiprindimensiuni.Figura1.1prezintdup[42]oclasificareaprocedeelorspecifice procesului plecnd de la tipul pieselor ambutisate. 10 Fig. 1.1 Clasificarea procedeelor de ambutisare [42] Dupmodulncaresedesfoarprocesuldedeformare,ambutisareapoatefi executatprintehnologiiconvenionalesauneconvenionale(folosindmediiactive,saucu ajutorul energiilor concentrate).Pentruobinereauneipiesecilindrice,figura1.2[73]prinambutisare,semifabricatulde grosime g va trebui s fie deformat ntre elementele active prevzute cu raze de racordare (poansonuliplacadeambutisare),ntrecareexistunjocunilateral(j),maimaresaucel puin egal cu grosimea. Fig.1.2. Schema procesului de ambutisare cu reinere rigid[73] Obinerea piesei cilindrice din semifabricatul plan este rezultatul micorrii continue a circumferinei acestuia pe msur ce adncimea cavitii crete.Unparametrutehnologicdeosebitdeimportantalacesteiprelucrriestecoeficientul deambutisarem.Dacsemicoreazcoeficientuldeambutisare,vacretegradulde deformareamaterialului.Coborndvaloareacoeficientuluideambutisaresuboanumit limit inferioar, se va produce ruperea materialului. Lucrnd cu valori ridicate ale coeficientului de ambutisare, deci impunnd grade mici dedeformareamaterialuluisemifabricatului,ncazulcndsecererealizareauneipiesede 11 diametrumiciadncimemare,necesitsuccesiuneaanumeroaseoperaiideambutisare. Lucrulacestanuestejustificatnicidinpunctdevedereeconomicnicitehnic.Deaceea cunoatereavaloriilimitinferioaracoeficientuluideambutisare,prezintoimportan deosebit pentru proiectarea raional a acestei prelucrri. Valoarealimitminimacoeficientuluideambutisaredepindedenumeroifactori legai de semifabricatul supus prelucrrii (material, stare, grosime), de parametrii constructivi ai matriei de ambutisat (raze de racordarea elementelor active, joc), ct i de regimul de lucru utilizatladesfurareaprocesului(fixareasemifabricatului,ungere,vitezadedeformare) (figura 1.3). Factori de influenPiesa ambutisatMatria folositProcesul de ambutisareMaterialul prelucrat - natura - compoziia chimic - microstructura - caracteristicile mecanice - forma - grosimea - dimensiunile - mrimea razelor de racordare - jocul dintre elementele active - metoda de lucru - numrul operaiei - viteza de lucru - lubrifierea Fig.1.3. Factori de influen asupra coeficientului de ambutisare[42] Dincategoriafactorilorenumerai,cercetrileauevideniatcmoduldereinerea semifabricatului poate fi un factor de cretere a valori gradului de deformare la ambutisare i n final al reducerii numrului de operaii necesar realizrii unui anumit reper. 1.2.1.Reinerea plan Reinereaplanestemetodaceamaiutilizatnproceseledeambutisare.Reinerea plan a semifabricatului la ambutisare poate fi: rigida)sau b) elastic.Foradereinerepoateficonstantsaupoatefivariabilnraportcucursa poansonului. Presiuneadereinerenecesarpentruevitareaondulriimaterialuluidepindede proprietile materialului semifabricatului, de diametrul i de grosimea semifabricatului i de gradul de deformare . 1.2.2.Reinerea cu plac multipunct Metodapermitecretereacoeficientuluideambutisareprinreducereafrecriidintre placa de reinere i semifabricat. Astfel pentru tablele din Al-1050, gradul de deformare crete dela2,33,pentruambutisareobinuitla2,39,pentruambutisarecuplacdereinere multipunct [46]. Schema metodei se prezint n figura 1.5: 12 Fig. 1.5. Ambutisarea cu plac de reinere multipunct[46] 1.2.3. Reinerea cu plac segmentat Schema constructiv a plcii de reinere i modul de deformare este prezentat n figura 1.6.Placa de reinere 1 este compus dintr-o placa de baz fix conic 6 i patru segmente, de asemenea conice, care se pot deplasa radial datorit conicitii. Unghiul de nclinare este de 50. Reinerea se face n dou etape 1.2.4. Reinere cu plac segmentat inelar nacestsistemdereinere,curgerealocalamaterialuluiesteinfluenatdeprezena aciunii unor cilindrii care acioneaz pe suprafaa unor segmente inelare ce formeaz placa de reinere.Presiuneapefiecaresegmentestecontrolatseparat.nfigurademaijos:6(1)- placainelarsegmentat;2-poansonul;3-placadeambutisare;4-plac;5-cilindri hidraulici; 7 inel de cauciuc; 8 - semifabricatul 2456781 Fig. 1.7. Ambutisare cu reinere cu plac segmentat inelar [69] Metoda se aplic la ambutisare tablelor de aluminiu. 1.2.5. Reinere cu plac segmentat cu aciune succesiv Schemametodeiseprezintnfigura1.8.Iniialsemifabricatulestereinutdeinelul exterior 3. Pe msur ce semifabricatul se deformeaz, vor intra n aciune inelele 4 respectiv 5, n aa fel pstrndu-se constant valoarea forei de reinere. n figur: 1 placa activ; 2 13 poansonul. 12345p p ppp pa)b) c) Fig. 1.8. Ambutisare cu reinere cu aciune succesiv [84] 1.2.6. Reinerea combinat Principalaproblemautilizriiunorplcicurazmarederotunjireamuchieieste formarea cutelor la partea superioar a pieselor. Pentru a nltura acest dezavantaj, s-a propus utilizarea unor matrie cu inel combinat de reinere a semifabricatului. Schema procesului este prezentat n figura 1.9. Fig. 1.9. Schema procesului de ambutisare combinat [27] Rezult cteva avantaje majore ale procesului:-construciaplciiactivecurazmarederacordareasigurungraddedeformarea materialului semifabricatului care permite ca ntotdeauna primele dou operaii (pentru piese care necesit mai multe operaii), efectuate cu matrie cu reinere plan, pot fi cumulate ntr-una singur, astfel, apare o reducere de utilaj i manoper cu aproape 50 la prima operaie de ambutisare. 14 -razamareaplciiactiveducelaofordeambutisarenecesarmaimicpentru aceeaipies,ntructforadeambutisarecretecumicorarearazeiplciiactive.Rezult o economiencepriveteconsumuldeenergie,putndu-sefolosiopresdecapacitatemai mic, sau, simultan, pe aceeai pres, putndu-se lucra cu mai multe matrie. -deoarecerazaderotunjireamuchieiplciiactiveestemaimare,seasiguro durabilitate mai mare a plcii, ntruct uzura n timp este mai mic dect la plcile active cu raz de rotunjire mai redus. 1.3. ANALIZA PROCESULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT 1.3.1. Parametrii procesului de ambutisare cu reinere combinat Conform cercetrilor prezentate n literatur [29] parametrii specifici ai procesului de ambutisare cu reinere combinat sunt: a.raza plcii de ambutisare; b.presiunea de reinere; 1.3.2. Soluii constructive de echipamente pentru ambutisareacu reinere combinat Construcia matrielor de ambutisare cu sistem combinat de strngere prezint multiple avantaje n comparaie cu matriele cu sistem de strngere plan [27]. Soluiileconstructivesuntmultcomplicate.Oriceformdecurbaprofiluluiplcii active poate fi folosit. Sistemul combinat de strngere este rar folosit n practic. Dac s-ar folosi o pres cu triplaciune,realizarealuiconstructivarfimaisimpl(maicomod),nsaceasteste destuldecostisitoareisentlneterarnproducie.Construciasistemuluicombinatde strngere se complic dac matria este prevzut s lucreze pe o pres cu simpl aciune sau cu dubl aciune. n mod obinuit, ns, n producie se folosesc presele cu dubl aciune. 1.4. FACTORII CARE DETERMIN CALITATEA I PRECIZIA PIESELOR OBINUTE PRIN AMBUTISARE 1.4.1.Precizia la ambutisare Neajunsurileesenialecalitativealepieselorambutisate(nesocotindruperilecareduc la rebutare) sunt: - apariia cutelor pe pereii laterali ai piesei; - subierea peste msur a pereilor n zona de racordare dintre fund i peretele lateral i respectiv pe peretele lateral; - abaterile de la dimensiunile aferente seciunii transversale (diametru). Preciziadimensiuniloraferenteseciuniitransversaleapieselordepindedeurmtorii factori: 15 a. precizia de execuie a sculelor matriei de ambutisare i gradul de uzur a acestora; b. valoarea jocului dintre sculele matriei de ambutisare; c. valoarea arcuirii pieselor dup eliminarea lor din matrie. Valoareaarcuiriipieselorsepoatestabilianaliticsauexperimental.Cercetrile efectuate n acest domeniu aratc legea de variaie a arcuirii pieselor cilindrice fr flane, de-alungulnlimiidiferdelegeadevariaieaarcuiriipieselorcilindricecuflan;la piesele cilindrice fr flan, arcuirea maxim apare n partea superioar a acestora, iar la pie-sele cilindrice cu flan, arcuirea maxim apare la (0,3...0,5) h de baza acestora. Cnd flana pieselorestemic,arcuireamaximaparetotnzonasuperioaraacestora,cailapiesele cilindrice. Principaleleparticularitialearcuiriiceaparecaefectalreveniriielasticencazul ambutisrii adnci a pieselor cilindrice, cu sau fr flan, sunt urmtoarele: -arcuireapieselorcilindricecuflanrezultntotdeaunamaimicdectarcuirea pieselor fr flan (figura 1.17); - n cazul n care flana este mic arcuirea maxim apare n zona superioar a piesei,; - arcuirea pieselor este cu att mai mare cu ct grosimea materialului este mai mic ; -arcuireapieselorcreteodatcucretereadiametruluipiesei,atuncicndceilali factori rmn neschimbai; -arcuireapieselorestecuattmaimarecuctplasticitateamaterialuluiestemai redus.n figura 1.17: odl - abaterea diametrului la captul liber; odb - idem, la baz; odmax - abaterea maxim a diametrului. Fig 1.17.Arcuirea pieselor n funcie de caracteristicile materialului, [72] nzonaundesemifabricatulestemaigrossaujoculdintresculelematrieide ambutisare este mai mic, la aceeai grosime a semifabricatului, materialul se deplaseaz mai anevoios n matri i, ca urmare a acesteia, nlimea piesei rezult mai mare. Omareinfluenasupraneuniformitiinlimiipieselorambutisateoexercit valoareacoeficientuluideambutisare,caurmareaanizotropieimaterialului.Lavalorimai micialecoeficientuluideambutisareseformeazlamargineapieselor4festoaneegal distanate,de-alungulsiperpendicularpedireciafibrajuluidelaminareasemifabricatului (figura1.18).nlimeahafestoanelordevinesensibilapentrucoeficieniideambutisare m10,55. Pentru m1=0,44, nlimea festoanelor crete foarte mult, h=0,120,14h. La valori mai mici ale jocului, nlimea festoanelor se reduce simitor. 16 Fig1.18. Formarea festoanelor i variaia grosimii materialului semifabricatului, [72] Cercetrileexperimentaleaurelevatc,laambutisareafrsubiere,modificareagrosimiipereteluipieseinseciunealongitudinalestedetipulceleidinfigura1.19,iarn seciunea transversal ca n figura 1.20, aceasta fiind direct legat de anizotropia proprietilor materialului prelucrat. Fig. 1.19. Variaia grosimii pe nlime [73] Fig. 1.20. Variaia grosimii n seciune transversal [73] 1.4.2.Calitatea pieselor ambutisatePentruasigurareacalitiisuprafeeipieselorobinuteprinambutisareseinecontde factorii:- starea suprafeei iniiale a semifabricatelor ; - starea suprafeelor active ale elementelor active ale matriei de ambutisare ; - valoarea jocului dintre elementelor active ale matriei de ambutisare ; - calitatea lubrifiantului folosit pentru ungerea semifabricatului . Cercetrileasupracomportrilordiferiilorlubrifianintimpulprocesuluide 17 ambutisarearatomicorareaforeideambutisareiocretereacalitiisuprafeeipiesei ambutisate odat cu creterea vscozitii lubrifiantului. 1.5. SIMULAREA PROCESULUI DE AMBUTISARE Tehniciledesimularesuntpelargfolositelaproiectareavirtualaproduselor complexe i n analiza nc din faza de proiectare a proceselor de fabricare sau a sistemelor de conducere a proceselor.Metoda elementului finit asigur: -analizacomportriimaterialuluincondiiilesimulriitestelordencercarea acestora.-analizacomportriimaterialuluincondiiilesimulriiproceselorrealede deformare.- influena geometriei elementelor active asupra procesului de ambutisare.- influena formei semifabricatului n vederea stabilirii geometriei optime a acestuia.- influena condiiilor de frecare asupra mrimii forelor de deformare.- predicia formei finale a produsului innd seama de revenirea elastic a acestuia; - analiza deformrii unor piese complexe sau studiul comportrii materialului folosind geometrii noi de matrie-analizadeformriielasticeaechipamentuluiiinfluenaacesteiaasupraformei reperului final. 1.5.1. Scheme de integrare Schema de integrare explicit Schemadeintegrareexplicitesterecomandatnspecialnproblemeledeanaliz dinamiccaipentruproblemelecarepresupundeformriplasticemaricumarficele caracteristice presrii tablelor. n figura 1.25 se prezint o descriere grafic a metodei. Fig. 1.25. Schema de integrare explicit Schemadeintegrareimplicit Schemadeintegrareimplicitesterecomandatnspecialnproblemeledeanaliz staticipentruproblemeledecalculalreveniriielasticeduppresareatablelor.Lafiecare iteraieseformeazisecalculeazunsistemliniardeecuaii.nfigura1.26seprezinto descriere grafic a metodei. 18 Fig. 1.26. Schema de integrare implicit Programul DYNAFORM folosete cele dou scheme n funcie de aplicaia urmrit. 1.5.2. Geometria elementelor finite folosite n analiza cu elemente finite a deformriitablelor n programele de element finit pentru analiza deformrii tablelor cele mai utilizate elemente finite sunt cele de tip membran, shell i 3D. n tabelul 1.2 se prezint caracteristicile acestor elemente. ElementCaracteristici principaleLimite MembranEficienacalculuiiomaibun convergennproblemeledeanalizaa contactului n comparaie cu elementele de tip shell sau 3D. Nuianconsiderareefectulde ncovoiere.Pentruacestecazuri trebuieconsideratoanumit valoare a impreciziei. ShellPoatefifolositpentruproblemele combinatedencovoiereintindere. Utilizareaacestorelementepermite obinereacuprecizieadistribuiei tensiunilorattnplanulctinafara planului deformaiei. Necesituntimpmaredecalcul ispaiupediscpentrucalculul 3Dcupunctedeintegrarepe direcia grosimii. 3DSuntutilizateacoloundeunmodel3D estenecesarpentrudescrierea procesului.Acesteelementepot evideniadeformaiiledecompresiune pe grosimea lor. Necesitunnumrmaimarede elementepentruadescrieo structurtipshell,rezultndun sistemmaredeecuaiicare trebuie rezolvat. 1.6. CONCLUZII -Calitateaipreciziapieselorobinuteprinambutisareaadncdepindedeoseriede factori care trebuie analizai n cadrul experimentelor n vederea stabilirii cauzelor principale aapariieidefecteloriposibilitilordenlturarealornvedereareduceriinumruluide rebuturinprocesuldeprelucrare.Reinereaparialaredezavantajulcdupeliberarea semifabricatului de sub inelul plan de reinere acesta se poate cuta n timp ce se afl n zona toroidal a plcii de ambutisare, iar la intrarea n zona dintre poanson i placa de ambutisare se poate produce ruperea sa. Acest neajuns se poate ndeprtaprin utilizarea unor matrie cu inelcombinatpentrureinereacompletasemifabricatului.nacestcazplacadeambutisare se poate construi cu o raz maxim admisibil care permite majorarea considerabil a gradului admisibil de deformare a semifabricatului. -Numruldeoperaiinecesarepentruprelucrareapieselorprinambutisaredepindede 19 proprietile mecanice ale materialului semifabricatului, de valoarea raportului dimensiunilor care caracterizeaz seciunea transversal i nlimea piesei, de valorile razelor de racordare a funduluiiapereilorlateralicuflana.Valorilerazelorderacordarelaflaneifundul pieselor au o influen deosebit asupra valorii forei de ambutisare, a durabilitii matriei de ambutisare. - Starea de tensiuni i deformaii a materialului n procesul de ambutisare este complex idiferdelaozonlaaltaasemifabricatului.Datoritneuniformitiistriidetensiunia materialuluilaambutisareaunorpieseaparepericoluldefisuraresaucutare(ondulare)a materialuluinanumitezone.Prevenirealorseasigurprinreinereaacestuiacuinel combinatdereinere.Tendinamaterialuluideaseondulaexisticaurmareafaptuluic semifabricatulapascuoanumitforasupraplciideambutisareiaineluluidereinere dndnatereforelordefrecarecarediminueazgraduldedeformarealsemifabricatului. Neuniformitateadeformaiilorconstituiefactoruldebazcareinflueneaznceamaimare msurcalitateaprodusuluiobinutivaloareaforelordedeformare.Determinarea deformaiilorsemifabricatuluiprodusentimpulprocesuluidepresarelarecereflect proprietile mecanice ale semifabricatului utilizat i corecta alegere a parametrilor geometrici i funcionali ai matriei de ambutisare. -Curbelelimitdeambutisarepotfifolositenanalizaproceselordeambutisare pentru evaluarea condiiilor de deformare a reperelor; -Utilizareametodeielementuluifinitconstituieometodrobustdeanaliza proceselor de ambutisare care permite predicia deformrii materialului i predicia tensiunilor i forelor necesare realizrii operaiei de deformare. 1.7. DIRECII DE CERCETARE PENTRU MBUNTIREA PROCESULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT nvedereastudieriiprocesuluideambutisarecureinerecombinatprinprezenta lucrarese propune: -analizaexperimentalaprocesuluideambutisarecureinerecombinatpentru validarea unor aspecte teoretice legate de ambutisarea adnc;-simulareanumericaprocesuluideambutisarecureinerecombinatnvederea stabilirii unor parametri care s asigure condiii mai bune de deformare a materialului; -optimizareaprocesuluideambutisarecureinerecombinatfolosindmetoda suprafeelor de rspuns pentru a obine o minimizare a variaiei grosimii pieselor ambutisate; -utilizareainteligenteiartificialenstabilireaparametriloroptimiaiprocesuluide ambutisareacureinerecombinatpentruaobinegrupuldevariabiledeproiectarecares satisfac condiiile optime ale procesului de ambutisare cu reinere combinata. CAP 2.Studiul experimental al procesului de ambutisare cu reinere combinat Rezumat:ncadrulacestuicapitols-arealizatunstudiuexperimentalalprocesului de ambutisare cu reinere combinat care a presupus parcurgerea mai multor etape: analiza materialuluiutilizatnncercrileexperimentale,proiectareairealizareaunuiechipament 20 de ambutisare care s permit studiul procesului,determinarea unor parametrii energetici i desfurareaunorncercriexperimentalepentrustudiulvariaiilorunorcaracteristiciale pieselorobinuteprinambutisarecureinerecombinat.Legatdeprimaetap,aufost efectuatencercrilatraciunepeepruveteprelevatepedireciilede00,450i900fade direciadelaminare.nurmaacestorncercriaufostdeterminatemrimileindicatorilor mecanici i de plasticitate ale materialului utilizat. n cea de-a doua etap a fost proiectat i realizatomatrideambutisarecureinerecombinat.Matriaproiectatpermitestudiul procesuluiprinvariaiadiametruluisemifabricatuluiutilizat.Deasemeneapematris-a amplasat un dinamometru pentru determinarea forei totale de ambutisare. n cea de-a treia etaps-audesfuratoseriedencercriexperimentalecareauavutnvederestudiul variaieidegrosimeamaterialuluipentrudiferitemrimialegraduluidedeformarei studiul preciziei dimensionale prin analiza variaiei diametrului exterior al pieselor.

2.1. MATERIALE UTILIZATE PENTRU STUDIUL EXPERIMETAL AL PROCESULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT Pentru efectuarea ncercrilor experimentale s-a folosit tabl pentru ambutisare adnc A3k-STAS10318cugrosimeade0,9.DupstandardulArcelor-Mittaltablaaresimbolul DC04. Compoziia chimic a materialului se prezint n tabelul 2.1. Tabelul 2.1 Marca Compoziia chimic CmaxMnmaxSimaxPmaxSmax A3k0,060,40,10,0250,03 Pentrudeterminareacaracteristicilormecaniceitehnologicealetablelorutilizaten ncercrile experimentale au fost utilizate epruvete standardizate a cror lungime ntre repere L0 este de 80 mm (figura 2.1).Fig. 2.1. Dimensiunile epuvetelor utilizate Au fost prelevate epruvete la 0, 45 i 90 grade fa de direcia de laminare. 0,12 52 50, 82 52 5A0, 850 21 Pentrudeterminrileexperimentaleafostutilizatomaindencercatlatraciune care poate prelucra automat datele msurate.n tabelul 2.2 se prezint rezultatele msurtorilor efectuate . DireciaProba Caracteristici mecanice i tehnologice Rezistenta la curgere, MPa Rezistenta la rupere, MPaAlungirea % S nR 00 1179,230320,20,2152,41 2182,830720,20,2082,1 3180,430520,20,2172,17 450 119832520,20,2031,568 2195,932220,20,21,597 3195,732420,20,2041,503 900 1188,930420,20,2083,11 2188,130420,20,2122,68 3186,930220,20,2122,58 Tabelul 2.2 Valori msurate ale caracteristicilor mecanice i tehnologice Pebazadatelordintabeluldemaisussepotdeterminaoseriedemrimicare caracterizeaz comportarea real a materialului.Rezult pentru materialul dat o foarte bun comportare la ntindere. 2.2 ECHIPAMENTUL EXPERIMENTAL UTILIZAT N STUDIUL PROCEDEULUI DE AMBUTISARE CU REINERE COMBINAT nfigura2.5seprezintschiamatrieifolositncadrulncercrilorexperimentale, pentru deformarea semifabricatelor utiliznd procedeul de reinere combinat.Dimensiunile principale ale elementelor active sunt prezentate n tabelul 2.4.

Fig. 2.5. Matri pentru studiul ambutisrii combinate Elementele matriei conform figurii 2.6 sunt urmtoarele:1 - placa superioar ;2 - placa port-poanson ;3 - buca de ghidare; 22 4 - poanson;5 - coloan de ghidare;6 - suport de rigidizare;7,9 - prisme intermediare;8 - plac de reinere pe poriunea racordat;10 -placa plan de reinere;11 - urub;12 - semifabricat;13 - plac de ambutisare;14 - plac de baz Fig. 2.6. Dispozitiv experimental Tabelul 2.4. Dimensiunile principalelor ale elementelor active Dimensiunea (mm) Diametrul matriei52,25 Diametrul poansonului50 Raza matriei15 Raza poansonului5 Imaginea echipamentului utilizat este prezentat n figura 2.9. Poanson Placa de reinere pe poriunea racordat Placa plan de reinere Placa activSuport rigidizare 23 Fig. 2.9. Dispozitiv experimental Pentru ncercrile experimentale au fost folosite semifabricate din oel cu grosimea de 0,9 mm, aa cum s-a precizat n subcapitolul precedent. Diametrele semifabricatelor utilizate au fost de D1=106 mm, D2=111 mm i D3=116 mm. 2.3 PROIECTAREA UNUI TRADUCTOR PENTRU MSURAREA FOREI AXIALE LA AMBUTISAREA COMBINAT n figura 2.10 se prezint imaginea traductorului proiectat. Fig. 2.10 Traductor de for cu TERFig. 2.11 Etalonarea traductorului Placa de ambutisare Inel de reinere Placa de reinere Poanson 24 Diagrama for tensiune pe direcia msurrii este reprezentat n figura 2.13. Pentru etalonare s-a utilizat montajul prezentat n figura 2.11. Pe elementul elastic este amplasatomarctensometric(TER),caremsoardeformaiileiarpecarcasaacestuia,o marc tensometric de compensare termic. 2.4REZULTATE ALE NCERCRILOR EXPERIMENTALE n cadrul experimentelor s-au obinut o serie de piese (figura 2.16), folosind diametrele semifabricatelor de 106 mm, 111 mm i 116 mm. Fig. 2.16. Piese ambutisate cu reinere combinat 2.4.1. Precizia la grosimea materialului piesei Pentruapunenevidenvariaiagrosimiiamsecionatfiecarepiesambutisat (figura 2.17), n inele pe nlime, ncepnd de la baza piesei, i am msurat grosimea acestora n funcie de direcia de laminare a materialului pieselor (figura 2.18). Fig. 2.17 Exemplu de trei piese ambutisate decupate D=116 mmD=111 mmD=106 mm D=116 mm D=111 mm D=106 mm 25 Fig2.18Reprezentarea pieselor ambutisate n poziie de msurare Rezultatele msurtorilor efectuate arat c:- datorit anizotropiei materialului, grosimea materialului n seciune transversal este diferitnfunciedepoziiafadedireciadelaminare.Graficeleaualuraunorcurbecu maxime i minime iar din analiza lor se pot gsi zonele cele mai puternic deformate i astfel se pot stabilii msurilor necesare pentru evitarea ruperii semifabricatului la ambutisare; - subierea i ngroarea pereilor pieselor, pe direcie longitudinal,este aproximativ asemntoare, ngroarea maxim a materialului n partea superioar a pieselor i o subiere n apropierea razei de racordare a peretelui piesei cu baza. ngroarea maxim a materialului n partea superioar a pieselor ambutisate combinat este de 1,28 mm, iar subierea maxim are valoarea de 0,85 mm. -graduldedeformarealmaterialuluiesteconsiderabilmajoratutilizndaceasta varianttehnologicdeambutisare,iacestlucruproduceongroareisubiere semnificativ a materialului pieselor. 2.4.2. Msurarea forei de ambutisare nfigura2.23seprezintimaginidintimpuldesfurriincercrilorexperimentale pentru determinarea forei totale de ambutisare. 26 Fig. 2.23. Presa, matria i echipamentul pentru determinarea forei de ambutisare nvedereamsurriiforeideambutisare,s-autilizatunsistemdeachiziiededate produs de HBM denumit Spider 8. Sistemul de achiziie are n componena sa patru canale de bazdetipSR55,carepermitconectarealapunialctuitedinmrcitensometrice.ncazul nostru conectarea la traductorul cu mrci tensometrice proiectat. n urma msurtorilor efectuate a rezultat ca pentru un dimetru de semifabricat de 115 mm rezult o for de ambutisare de 2 tf. 2.5. CONCLUZII ASUPRA NCERCRILOR EXPRIMENTALE FolosindechipamenteledindotareaLaboratoruluidepresarelarecedincadrul UniversitiiDunreadeJoss-aanalizatpreciziadeprelucrareprinambutisarecombinat, apreciat prin abaterile la grosime n seciune transversal i longitudinal precum i abaterile de form i dimensiune pe nlime (formarea neuniformitilor). n timpul operaiei de ambutisare grosimea materialului se modific. La capt are loc ngroareamaterialuluidincauzaefortuluidecompresiuneisesubiaznregiuneabazei pieselorundeesteprezentostaredeeforturiunitaredentinderebiaxial.ntructla ambutisarematerialulsetragepepoanson,subiereapereilorlateralivainfluenatotdeauna dimensiunile diametrului exterior al pieselor.Pe baza rezultatelor obinute din ncercrile experimentale rezult o serie de concluzii:- ngroarea maxim a materialului apare ctre marginea superioar a piesei cave; - subierea maxim a grosimii peretelui lateral se produce deasupra racordrii acestuia cubazapiesei.Seobservcsubiereanaceastzonestedestuldepronunatfrase produce ruperea materialului. -seevideniazformarealamargineapieselorapatrufestoaneegaldistanatede-a lungul i perpendicular pe direcia fibrajului de laminare a semifabricatului; 27 - n direcia circumfereniar dimensiunile semifabricatelor scad, iar n direcia radial dimensiunilelorsemrescdatorittensiunilorideformaiilorcareaparnmaterialul semifabricatelor la operaia de ambutisare; -spremijloculnlimiipieselorgrosimeapereteluiacestorandirecia circumfereniar devine aproximativ constant.Datele obinute din ncercrile experimentale pot fi considerate ca semnificative pentru analiza condiiilor de desfurare a procesului tehnologic de ambutisare combinat n condiii de laborator. CAP 3. Modelarea numeric a procesului de ambutisare cu reinere combinat Rezumat: n acest capitol s-a realizat un studiu numeric preliminar al procesului de ambutisare cu reinere combinat care a avut ca obiective: construcia unui model viabil de deformarespecificprocesuluideambutisarecureinerecombinativalidareamodelului princomparaiadatelordinsimulareanumericcuceleobinutedinncercrile experimentale.Dupprezentareageneralaprogramuluideelementfinitutilizat,s-au detaliatetapeleparcursenconstruciamodeluluidedeformare:definireageometriei sculelordedeformareiasemifabricatului,definireamaterialului,definireacurbelorde micare ale poansonului i a plcilor de reinere, definirea condiiilor de contact. Se prezint filmuldeformrii.Pentruvalidareamodeluluinumerics-aconsideratcaicriteriude comparaievariaiagrosimiimaterialuluipenlimeapieselorambutisatepentrudiferite valorialecoeficientuluideambutisare.Rezultatelecomparativearatvaliditateamodelului numeric construit. 3.1. PREZENTAREA GENERAL A PROGRAMULUI DE ELEMENT FINIT UTILIZAT Prin simularea proceselor de deformare se asigur: predicia deformrii materialului i predicia tensiunilor i forelor necesare realizrii operaiei de deformare.Metodaelementuluifinitestepelargaplicatnrezolvareauneimarivarietide problemeinginereti.Utilizareaeinproiectareaechipamentelorpentrudeformareeste benefic deoarece nlocuiete cu succes ncercrile experimentale.Metoda elementului finit asigur: -analizacomportriimaterialuluincondiiilesimulriitestelordencercarea acestora. Acestesimulriasigurattvalidareaacurateeiprogramelordeelementfinitcti evidenierea principalelor modificri pe care materialul le suport n timpul deformrii: gradul desubiere,traiectoriadeformaiiloriavitezelordedeformare,cmpuldetensiuni.Aceste informaiipotfifolositecusucceslambuntireaprecizieiprogramuluiiametodelorde testare a unui material dat. - analiza comportrii materialului n condiiile simulrii proceselor reale de deformare. 28 Cu ajutorul programului eta/DYNAFORM se poate studia: influena mrimii i formei semifabricatului,influenanervuriloriapragurilordereinere,mrimeaforelorde deformare i de reinere i nu n ultimul rnd influena condiiilor de frecare.Programuldeelementfinitutilizataretreipri:opartedepreprocesare,opartede analiz (calcul) i o parte de postprocesare . n etapa de postprocesare se pot vizualiza rezultatele simulrii. 3.2.MODELUL DE SIMULAREPentruanalizaprocesuluideambutisarecureinerecombinataufostconsiderateo serie de modele de deformare.Difereneledintreacestemodeleconstaunutilizareaatreidimensiunidiferitede semifabricat i a ase raze diferite de racordare la placa de ambutisare. 3.2.1.Modelulgeometricnfigura3.2.seprezintmodelulgeometricdedeformare.Elestecompusdin poanson, inel de reinere, placa de reinere, semifabricat i plac activ.Pentrurealizareamodeluluidinfigurasaufolositcoordonateleformelorprimare, coordonate care stau la baza generrii elementelor active, respectiv a poansonului, inelului de reinere, plcii de reinere i a plcii de ambutisare. Fig. 3.2. Geometria de simulare a procesului de ambutisare cu reinere combinat 29 Intabelul3.1seprezintdimensiunileelementeloractiveutilizateinconstrucia modelului. Pentru construcia modelului s-au parcurs urmtorii pai: -S-adefinitoformprimarcareprinrotaieageneratsuprafaaelementului activ. Suprafaa acestuia a fost discretizat n elemente finite. -S-averificatcoincidenanodurilor,eventualelesuprapunerideelementefinite i gradul de distorsiune al elementelorfinite.-Dup efectuarea acestor operaii, procesul de generare a profilului elementului se consider finalizat. Tabel 3.1 Dimensiunile elementelor active ale modelul de deformare Geometria elementeloractiveDiametru (mm) Raza de racordarea muchiei (mm) Nr. elemente finite Poanson5033714 Placa activ 52,2515; 16; 17; 18; 19; 20 16692 Inelde reinere 8015; 16; 17; 18; 19; 20 2632 Placade reinere 120-300 Forma semifabricatelor este circulara si dimensiunile acestora se prezint n tabelul 3.2. 30 Tabel 3.2 Semifabricatele folosite Semifabricatele au grosimea de 0,9 mm. n funcie de dimensiunile semifabricatului folosit i de dimensiunea orificiului plcii deambutisare,dimensiunecareddiametrulpieseiambutisate,rezulturmtoriicoeficieni de ambutisare: m1= 0,49; m2=0,47; m3=0,45; m4=0,43. 3.2.2.DefinireamaterialuluiPentruefectuareasimulrilornfunciedevariaiarazeiplciideambutisareia diametruluisemifabricatuluis-aconsideratunmaterialacreilegedecomportare(lege constituitiv) este de tip Hollomon. Materialul corespunde ca i caracteristici cu materialul romanesc utilizat n ncercrile experimentale. Celelaltedatereferitoarelamaterial,respectivcoeficientulluiPoisson,densitatea, modulul de elasticitate, au fost luate egale cu valorile corespunztoare oelului. Simularea s-a realizat cu refacerea automat a reelei de discretizare a semifabricatului. 3.2.3.Definirea curbelor de micare n simulrile realizate coeficienii de frecare dintre semifabricat i elementele active au fostluaiegalicu0,05.Ovaloarefoartemicafrecriidatoritcondiiilordedeformarese realizeaz practic interpunnd ntre suprafeele de micare o folie fin de polimer. 3.2.4. Definirea condiiilor de contact nDYNAFORM,contactulestedefinitprinidentificarea(prinintermediulpieselor, setuluidepiese,setuluidesegmentei/sausetuluidenoduri)locaiilorcetrebuieverificate pentru poteniala penetrare a nodurilor slave (slave definete corpurile deformabile) printr-un segmentmaster(masterdefinetecorpurilerigide).Cutareapenetrrilor,utiliznddiferii algoritmi,sefacelafiecarepasdetimp.ncazulcontactuluibazatpepenalizare,cndo penetrareestegsit,oforproporionalcuadncimeapenetrriiesteaplicatpentru evitarea fenomenului i eliminarea lui. Acest tip de contact este considerat implicit. Cel de-al doilea tip de contact este bazat pe constrngeri i va fi prezentat pe scurt mai trziu. Corpurile rigidepotfiinclusenoricemetodedecontactbazatepepenalizaredarpentrucaforelede contactsfiedistribuiterealistic,serecomandcareeauacedefinetecorpulrigidsfiela fel de fin ca cea a corpului deformabil. Este convenabil de asemenea s fie definit un singur tip de contact n model pentru a evita instabilitatea numeric. Diametru (mm) 106111116120 Nr elemente2288248827083397 31 3.5. CONCLUZII n acest stadiu al simulrii numerice au fost clarificate o serie de probleme legate de: -definireacurbelordemicareidencrcare.Datoritngroriiputernicea materialului la captul pieselor se recomand utilizarea numai a curbelor de ncrcare pentru placa i inelul de reinere; -forma inelului de reinere este important. Din simulare a rezultat c acesta trebuie s se suprapun doar parial peste raza matriei. S-a evideniat modul de variaie a grosimii peretelui piesei ambutisate. Variaia acestei caracteristici duce la concluzia necesitii optimizrii condiiilor de deformare n aa fel nct aceasta s fie minim. Rezultatelorobinutedinsimulareatestvaliditatearezultatelorobinutepecale experimental,difereneleaacumaratifiguriledemaisusfiindnesemnificativeca valoare. Acest lucru ne permite sa analizm n continuare procesul de deformare la ambutisarea cu reinere combinat pe baza rezultatelor obinute prin simulare. CAP4. Studiul numeric al procesului de ambutisare cu reinere combinat Rezumat:Avndvalidatmodelulnumeric,nacestcapitols-arealizatunstudiu aprofundatalprocesuluideambutisarecureinerecombinatcareaavutcaobiective: studiulvariaieidegrosimealpereteluipieselorambutisatenfunciedevariaiarazei matriei i a coeficientului de ambutisare; studiul preciziei dimensionale n funcie de variaia razeimatrieiiacoeficientuluideambutisare;studiultensiuniiVonMises;studiul anizotropieipieselorambutistate;analizacurbelorlimitdeambutisare;variaieiforeide ambutisarenfunciedevariaiarazeimatrieiiacoeficientuluideambutisare.Pentru comparaie, n continuare s-a fcut o analiz a procesului de ambutisare n condiii obinuite de deformare, cnd aceeai pies este realizat din dou operaii. 4.1 ANALIZA REZULTATELOR SIMULRII PROCESULUIDEAMBUTISARE CU REINERE COMBINAT nprocesuldeambutisare,materialulestesupuslantinderendirecieradialila compresiune n direcie circumferenial. 4.1.1. Variaia grosimii peretului pieselor ambutisateGrosimeapieselorambutisatevariazpenalimedarindireciecircumferenial.Penlimeseconstatsubiereamaterialuluilabazapiesei,nzonaderacordarea 32 poansonului, dup care grosimea materialului crete cea mai mare ngroare manifestndu-se la captul piesei.n tabelul 4.1 se prezint imaginile variaiilor grosimiilor pereilor pieselor deformate pentru un coeficient de ambutisare de 0,49 respectiv 0,43 i o raz la placa de ambutisare de 15respectiv20mm.Dinimaginiseobservcceamaimarengroareaparenzonade nlime minim, situat la 450 fa de direcia de laminare. Tabelul. 4.1. Imagini ale variaiei grosimi pieselor deformate m1=0,49 i raza placii de 15 mmm1=0,43 i raza placii de 15 mm m1=0,49 i raza placii de 20 mmm1=0,43 i raza placii de 20 mm 4.1.2. Variaia diametrului pieselor ambutisate Procesuldedeformareducelamodificrialevaloridiametruluipieselorambutisate. Seconstatnurmasimulrilornumericecvariaiamaximadiametruluipieselorestela captulpiesei.Eascadeapoipenlimepentrucasprebazapieseiscrescdinnou.O imagine asupra acestei variaii se prezint n tabelele 4.2, 4.3 i 4.3. 33 Tabelul 4.2. Variaia diametrului pieselor ambutisatepentru raza plcii de 20 mm,material izotrop m1=0,49 i raza plcii de 20 mmm1=0,47 i raza plcii de 20 mm m1=0,45 i raza plcii de 20 mm nimaginiledintabelele4.3i4.4seobservattpoansonulctiformapieselor obinute,nseciune.nfunciededireciademsurare,valoareavariaieidiametruluieste diferit. Diametrele au fost msurate pe direcia de 0 grade fa de direcia de laminare pentru o raz a matriei de 15 respectiv 20 mm i la diferite grade de deformare. 34 Tabelul 4.2. Variaia diametrului pieselor ambutisatepentru raza plcii de 15 mm, material anizotrop m1=0,49 i raza plcii de 15 mmm1=0,47 i raza plcii de 15 mm m1=0,45 i raza plcii de 15 mmm1=0,43 i raza plcii de 15 mm Seremarccmoduldevariaiealdiametruluiseptreazindiferentdacmaterialul este izotrop sau anizotrop. 35 4.2. ANALIZA COMPARATIVA A PROCESULUI DE AMBUTISARE COMBINATA SI A PROCESULUI DE AMBUTISARE DIN MAI MULTE OPERATII Aa cum se cunoate pentru ambutisarea obinuit coeficientul de ambutisare la prima operaieesterecomandatsfieluatcuegalcu0,53-0,55.Laambutisareacureinere combinatcoeficientuldeambutisareestesubaceastvaloareceeaceinseamncaceeai piesa se poate obine dintr- o singur operaie.Pentru a analiza calitativ cele dou metode de deformare vom considera cazul obinerii uneipieseambutisatedediametruegalcu52,25mmplecnddelaunsemifabricategalcu 116mm,ambutisareadesfaurandu-seincondiiiobinuite,respectivcuplacadereinere plan i cu o raz obinuit la muchia plcii de ambutisare. Pentru obinerea acestei piese sunt necesare dou operaii de ambutisare. Astfel piesa a fostambutisatnprimaoperaielaundiametruegalcu70mm(rezultauncoeficientde ambutisare egal cu 0,60) i la a doua operaie a fost ambutisat la diametrul final de 52,25 mm (rezult un coeficient de ambutisare egal cu 0,75) Semifabricatul dup prima operaie de ambutisare Semifabricatul n timpul deformarii la a doua opertie de ambutisare Piesa final Fig 4.18 Rezultatele simulrii arat c n zona de racordare de la baza piesei, grosimea minim este de 0,76mm. Ea este comparabil cu cea obtinutprin ambutisare cu retinere combinat. ngroareamaximestede1,10mmiesterepartizataproapeuniformpeconturul marginii de sus a piesei. Fora maxim care se obine la a doua operaie de ambutisare este de 38415,1 N. 36 Fig. 4.19. Alura curbei de variaie a forei de deformare la a doua operaie de ambutisare nfigura4.20seprezintformafestoanelorobinutelaambutisaredindouoperaii.Elenu mai sunt la fel de pronunate ca la ambutisarea cu reinere combinat. O analiz a imaginilor piesei arat importante deviaii de la forma cilindric. Fig. 4.20. Forma festoanelor n vedere lateral, la ambutisare din dou operaii 4.3. CONCLUZII Simulrile numerice au clarificat o serie de probleme legate de: -studiul variaiei de grosime al peretelui pieselor ambutisate n funcie de variaia razei matrieiiacoeficientuluideambutisare.Grosimeapieselorambutisatevariazpenalime darindireciecircumferenial.Scdereacoeficientuluideambutisareducelacreterea accentuat a grosimii materialului la captul piesei. -studiul preciziei dimensionale n funcie de variaia razei matriei i a coeficientului de ambutisare.Seconstatnurmasimulrilornumericecvariaiamaximadiametrului 37 pieselor este la captul piesei. Ea scade apoi pe nlime pentru ca spre baza piesei s cresc din nou.-studiul tensiunii Von Mises. Materilul este deformat plastic, iar cele mai ridicate valori ale acestei tensiuni apar pe direcia de 45 de grade, unde se produce cea mai mare ngroare a materialului. -studiulanizotropieipieselorambutisate.Graduldedeformareridicatconducela accentuarea acestui fenomen. -analizacurbelorlimitdeambutisare.Analizaacestorcurbearatcdeformarease producenzonadesiguran.Labazapieseiseobservodeformareuniaxial,apoi deformareadevine de forfecare pur i compresiune uniaxial. -variaiei forei de ambutisare n funcie de variaia razei matriei i a coeficientului de ambutisare. Odat cu creterea gradului de deformare (scderea coeficientului de ambutisare) valoareaforeicrete.Pentruacelaigraddedeformare,odatcucreterearazeimatriei, valoarea forei scade ca urmare a mbuntirii condiiilor de deformare. Pentrucomparaie,ncontinuares-afcutoanalizaprocesuluideambutisaren condiiiobinuitededeformare,cndaceeaipiesesterealizatdindouoperaii.Deidin punctdevedereenergeticvaloareaforeiestemairedus,totuiinndcontdepreciziamai sczutapieseiideeconomiademanoper,rezultcmetodadeambutisarecureinere combinat poate fi o alternativ fiabil de producie.Variaia grosimii duce la concluzia necesitii oprtimizrii condiiilor de deformare n aa fel nct variaia ei s fie minim ca i la conceperea unei reele neuronale care s conduc la alegerea unor regimuri optime de deformare a semifabricatelor prin ambutisare cu reinere combinat. CAP5. Optimizarea procedeului de ambutisare cu reinere combinat prin aplicarea metodei suprafeelor de rspuns Rezumat:Pebazarezultatelorstudiulnumeric,nacestcapitols-arealizat optimizareaprocesuluideambutisarecureinerecombinatcareaavutcaobiectiv minimizarea variaiei de grosime al peretelui pieselor ambutisate n funcie de variaia razei matrieiiacoeficientuluideambutisare.Pentruacestaafostaplicatmetodasuprafeelor de rspuns. Gsireavaloriiminimeavariaieigrosimiisemifabricatuluis-afcutprinaplicarea metodeisuprafeelorderspuns,metodceaimplicat:evaluareamodeluluimatematici cuantificarea parametrilor folosind programe factoriale. Rezultatele aplicrii acestei metode de optimizare sunt redate folosind pachetul de programe MATLAB. 5.1. ASPECTE GENERALE PRIVIND METODA SUPRAFEELOR DE RSPUNS Metodasuprafeelorderspunsconsiderlegturadintreparametriiunuiprocesi rspunsurile caracteristice ale acestuia ca suprafee n spaiul multidimensional al variabilelor. nexperimentelecondusedupaceastmetod,variabileleindependentesuntvariate 38 simultan,lundunnumrlimitatdevalorindomeniuldeexperimentareconsiderat,numite nivele.Cuajutorulacesteimetode,deimaimultevariabileindependentesuntvariate simultan, efectele lor principale i de ordin superior, precum i interaciunile dintre ele se pot determina separat.Modificarea variabilelor independente va duce automat la modificarea datelor de ieire. Rezultateleastfelobinutepotfifolositelambuntireaperformanelorunuiprocesde fabricaie.n cazul ambutisrii cu reinere combinat prezena suplimentar a inelului circular de reinereducelaimportantemodificrialeprocesuluidedeformare,aacumarezultatdin ncercrile experimentale i cele numerice. Este de aceea important de a gsi, n aceste condiii, ceamaibuncombinaieaparametrilordeintrarecaresduclaobinereaunorpiese ambutisate corespunztoare. Fig. 5.1. Parametrii procesului de ambutisare combinat nfigurademaisusvalorilemajoritiiparametrilordeintrare(avariabilelor independente)suntcontrolabile.Esteposibilcantimpulexperimentelorsaparioserie dealifactoriacrorvariaienuestepredictibil.Deexemplu,laambutisaredatorit anizotropiei materialului comportarea acestuia este diferit n funcie de direcia de laminare sau valorile forei de reinere sunt variabile pe msur ce zona de contact dintre semifabricat iplacadereinerescadecaurmareadeformriimaterialului.Acetifactoriperturbatori determin n final calitatea produsului obinut. De aceea este important de a gsi setul optim de parametri de intrare pentru a minimiza efectele factorilor perturbatori.Folosirea metodei suprafeelor de rspuns la stabilirea setul optim de parametri ai unui procesnecesitparcurgereaurmtoareloretape:alegereaformeiicomplexitiimodelului matematicpropus;programareaexperimentului;stabilireacondiiilordeexperimentare; efectuareaexperimentului;determinareacoeficienilormodelului;verificareaadecvanei modelului stabilit; verificarea semnificaiei coeficienilor; stabilirea intervalelor de ncredere. Coeficientulde ambutisare Coeficientulde frecare Caracteristicile materialului Dimensiunile inelului de reinere Fora de reinere Ambutisarea cu reinere combinat Precizia Fora de ambutiare Variaia de grosimeRevenirea elastic 39 5.1.1 Modelul matematic al procesului ngeneral,modelulmatematicalunuiprocessaufunciaderspunsaacestuia considerlegturafuncionalindicatderealitateafizicntrekparametriaiprocesuluica variabileindependentex1,x2,...xkiocaracteristicaacestuiacavariabildependentsau rspuns. ( )kx x x f ... ,2 1= q (5.1) Reprezentareageometricafuncieinspaiulcuk+1dimensiunialvariabilelor procesului va fi o suprafa numit suprafaa de rspuns ale crei puncte au drept coordonate valorile corespunztoare ale variabilelor procesului. Considernd cazul unui proces cu doi parametri x1 i x2 care pot fi variai n limitele x1a ...x1birespectivx2c...x2d(figura5.2),suprafaa(PQST)dinplanulvariabilelorindependente reprezintregiuneaexperimentalR,iarpunctelemaleacesteisuprafee,avndcoordonate diferiteperechidevalorix1i,x2ialeparametrilorx1ix2,reprezintpuncteexperimentale, deoareceperecheadevalorifizicealecelordoiparametriasigurdesfurareaprocesuluial cruirspunsareoanumitvaloare( )m m Mx x f2 1, = q .SuprafaaPQST,pecareseafla rspunsurilecorespunztoarefiecruipunctexperimental,reprezintsuprafaaderspunsa caracteristicii considerate a procesului. Fig. 5.2. Reprezentarea grafic a suprafeei de rspuns Ansamblulvalorilorparametrilorcorespunztoarepunctelorexperimentalei rspunsurilorrespectivemsuratenfiecarepunctexperimentalconstituiedatele experimentale care servesc la determinarea modelului matematic al caracteristicii unui proces. Cunoatereamodeluluimatematicalunuiprocesnseamncunoatereafuncieifdin expresiageneral(5.1),adiccunoatereavariabilelorindependentecareinflueneaz rspunsulconsiderat,cunoatereaformeiicomplexitiifunciei,precumiavalorilor constantelor acesteia. 40 n privina stabilirii parametrilor de care depinde rspunsul unui proces este necesar ca ncadrulcercetriisafieluaitoiparametriiposibildeaaveainfluenasuprarspunsului considerat.nurmaverificriisemnificaieicoeficienilorparametriicuinfluene nesemnificativevorfinlturai.Acestlucrusepoatefaceinaintededeterminarea modelului matematic al procesului prin efectuarea unor teste prin care se stabilesc parametrii cu influene semnificative asupra rspunsului considerat, folosind programe factoriale saturate coninnd un numr redus de experiene. 5.1.3Determinarea coeficienilor modelelor prin metoda celor mai mici ptrate Pentrudeterminareacoeficienilorunuimodelpolinomialcuajutoruldatelor experimentale,ceamaiindicatestemetodacelormaimiciptrate,careasigurodispersie minimcoeficienilor determinai. Metoda celor mai mici ptrate, propus de Gauss nc de la nceputul secolului al XIX-leapentruajustareauneifunciideregresiedatelorexperimentale,sebazeazpeprincipiul minimizriisumeiptratelordiferenelordintrevariabileymsuratealerspunsuluin puncteleexperimentaleivalorilecorespunztoareycalculatecuajutorulpolinomuluide aproximare determinat. Pentrufolosireacorectametodeicelormaimiciptrateseconsidercsunt ndeplinite ipotezele care stau la baza analizei. a.Seconsidercerorilefcutelastabilireavalorilorparametrilorxu corespunztoare fiecrui punct experimental sunt neglijabile n raport cu cele ale rspunsurilor ymsurate.Ceeaceesteadevratdacaseineseamadefaptulcnafaradeerorilede msurare,rspunsurileymaisuntinfluenateidealiparametrineincluinprogramulde cercetaredindiferitemotive,ctidefactoricarenupotficontrolai.Toateacesteafacca eroarearspunsuluimsuratsaibovariaientmpltoare.Dinacestmotivexperienele repetatenaceleaicondiiinraportcuparametriiluainstudiupentrudeterminareaerorii experimentale trebuie s fie efectuate intr-o ordine ntmpltoare. b.Seconsidercarspunsurilemsuratencelenpuncteexperimentalesuntmrimi independenteafectatedeerorintmpltoarecuodistribuienormal.Acestlucrueste importantpentruaplicareaeficientametodeicelormaimiciptratemaialesncazul seleciilordevolummic,adicatuncicndsefoloseteunnumrmicdeexperiene.n cazurile n care erorile rspunsurilor y nu au o distribuie normal, se recurge la o funcie de transformarealuiyintr-omrimecuerorintmpltoareavndodistribuieaproximativ normal.Deexemplumultedistribuiiasimetricealeerorilormrimilorntmpltoarepotfi fcute aproximativ normale prin nlocuirea mrimilor cu logaritmii naturali respective. c.Seconsidercdispersiilerspunsurilormsuratentoatecelenpuncte experimentalesuntegaleintreele,adicestimatelelordeseleciesuntomogene.Aceasta nseamn ca dispersia determinat cu ajutorul rspunsurilor msurate dintr-o serie de replicate ntr-unpunctexperimentalesteegalcudispersiadeterminatcuajutorulrspunsurilor msuratedinaltaseriedereplicatenaltpunctexperimental.nunelecazuriexperimentale, cndaceastacerinnuestendeplinit,secautodependenfuncionalcareprin transformarea rspunsurilor msurate s asigure omogenitatea dispersiei. Folosind metoda inversrii matricei la rezolvarea sistemului ecuaiilor normale, pentru calculul coeficienilorai modelului de aproximare se obine relaia matriceal: 41 1( )T TB X X X Y=(5.10) n care: B este vectorul coloana al coeficienilor modelului de aproximare; Y - vectorul coloan al rspunsurilor y msurate n fiecare punct al programului experimental; X - matricea variabilelor independente; XT-transpusa matricei variabilelor independente; XTX - matricea ptrat; 1( )TX X - inversa matricei ptrate XTX; XTY - vectorul coloan. 5.3STUDIUL VARIAIEI GROSIMII N PROCEDEUL DE AMBUTISARECU REINERE COMBINAT PRIN METODA SUPRAFEELORDE RSPUNS Metodasuprafeelorderspunsaplicataiciesteuncalculdeoptimizareaselectrii geometriei semifabricatului, a geometriei elementelor active. Conceperea soluiei tehnologice i evaluarea ei se modeleaz matematic iar soluia are la baz parametrii cuantificabili. Scopul const n a minimiza variaia grosimii piesei n stadiul final al ambutisrii. Se tie c grosimea iniial considerat a semifabricatului este 0.9 cm. Funciaobiectreprezintoimagineavariaieifiecreisimulri.Pentrucalculareaei folosim urmtoarea formula : ==neliihh hf1000 (5.11)

undenelestenumrultotaldeelemente(latoateelementelemsuratedepeamndou suprafeele), hi este grosimea dup stadiul final de ambutisare si h0 este grosimea iniial a semifabricatului. 42 Tabel 5.2. Funciile obiect pentru fiecare pies simulatR(raza plcii de ambutisare-mm) D(diametrul semifabricatului -mm-) Funcia obiect 0 grade90 grade 151010.8320.844 151060.8800.956 151110.8711.002 151160.8380.850 151200.9420.916 161010.7550.847 161060.7650.864 161110.8640.863 161160.9210.855 161200.9040.912 171010.8630.856 171060.8810.842 171110.8470.812 171160.9380.908 171200.9070.837 181010.8480.876 181060.8540.922 181110.8720.946 181160.8630.847 181200.8950.939 191010.7620.935 191060.7841.28 191110.7950.812 191160.8910.812 191200.8540.760 43 Prinaplicareametodeisuprafeelorpentrufiecarefaapiesei(la0gradeila90 grade ) obinem 2 funcii in 2 variabile a cror minim trebuie obinut. Fig. 5.5. Forma suprafeei de rspuns la 00 Fig. 5.6. Forma suprafeei de rspuns la 900 5.4. CONCLUZII Metoda suprafeelor de rspuns are pe lng un aspect ingineresc i un aspect intuitiv datorit modului de aplicare n determinarea valorilor variabilelor optime ce asigur obinerea elementuluifinaldorit(modeluloptim)freroriitotodatntr-untimpdecalculctmai mic, independent de resursele hardware pe care se face procesarea.Utilizndrezultatelestudiuluinumeric,nacestcapitols-arealizatoptimizarea procesuluideambutisarecureinerecombinatprinmetodasuprafeelorderspuns. Rspunsul obinut Diametrul semifabricatuluiRaza matriei Raza matriei Diametrul semifabricatului Rspunsul obinut 44 Obiectivulavutaiciirealizatestegsireavariaiaminimdegrosimeapereteluipieselor ambutisate n funcie de variaia razei matriei i a coeficientului de ambutisare. Pentru obinerea soluiei optime a fost folosit programul MATLAB. n studiul ntreprins au fost considerate variaiile de grosime la 0 i 90 de grade, acolo unde piesele au avut cea mai mare variaie de nlime. Direcia de 45 de grade nu a fost luat n consideraie n acest caz. Soluia optim gsit este rezultatul interseciei celor dou suprafee de rspuns pentru direciile de zero i 90 de grade.Pentruvalidareasoluieiobinute,ncapitolulurmtorsevafaceoptimizarea considernd un model dintr-un set de date folosind reelele neuronale i algoritmii genetici. 6. Optimizarea Procedeului de Ambutisare cu Reinere Combinat prin Modelare Neuronal i Calcul Evolutiv Rezumat: Structurat pe dou subcapitole i anume modelare neuronal a procesului de ambutisare i optimizare a procesului de ambutisare folosind algoritmi genetici, capitolul respectiv prezint rezultatele obinute n optimizarea procesului studiat. Se prezint o analiz ametodeineuronalecuprinzndoanalizgeneralametodeidecalculitehnicareelelor neuronale ca metod eficient de rezolvare a problemelor tehnice complexe i al deformrii plastice, etapele de proiectare ale reelei, algoritmul de studiu al procesului de deformare la ambutisarecombinat,aplicareareeleilacazulnostrustudiatcuprogramulPythia. Utilizndnoiunicomplexedeinteligenartificial,procesuluistudiati-afostgeneratun modelneuronalpebazafunciilorobiectivcalculateanterior.Acestmodelneuronalobinut aproximeaz eficient parametrii optimi n vederea obinerii a unei variaii de grosimi ct mai slab pronunat. 6.1. MODELAREA NEURONALA A PROCESULUI DE AMBUTISARE 6.1.1. Prezentarea general a metodei de calcul neuronal Tehnicareelelorneuronalecadomeniualinteligeneiartificiale,constituieometod eficientderezolvareaproblemelortehnicecomplexe,dovedindu-seafiaplicabilnmulte domenii printre care i cel al deformrii plastice. Reeleleneuronaleartificiale(RNA)auavantajulcpotdeduceprincipiilegeneral funcionale ale unui model dintr-un set dat de exemple, extrase din datele de instruire. Ele pot de asemenea s rspund intrrilor insuficiente, spre deosebire de alte tehnici de conducere cu calculatorul.Capacitateareelelorneuraledeaobinerelaiidindateexperimentaledevine avantajul major n utilizarea acestora. n plus, comparnd datele de intrare i cele de ieire ale reelei, pot fi observate tendine i furnizate explicaii pentru comportamentul obinut. ntreabordareaproblemelorcuajutorulreelelorneuronaleartificialeiceaclasicbazat peimplementareaunuialgoritmporninddelaunmodelformalexistoseriedediferene. Cteva sunt marcate n continuare. 45 Prelucrare neuronal+/ Prelucrare algoritmic+/ 1Foartemulteprocesoarefiecare executnd un program simplu +Unulsauctevaprocesoareexecutnd programe complicate 2Robustee la erori+Unsingurbiteronatcompromiteun program 3Potrezolvaproblemeacror structurnuestepedeplin lmurit +Estenecesarbunacunoaterea problemeipentruaodescompunen uniti logice 4Suntsistemeadaptive(sepot adaptalamediulinformaional, pot nva din experien) +Suntentitingheatedestinaterezolvrii unei clase bine precizate de probleme 5Nuofergaraniacorectitudinii rspunsului pe care-l dau Unalgoritmcorectasigurcorectitudinea rspunsului + 6Nufurnizeazexplicaia rspunsului pe care-l dau isunt dificil de testat Existmetodedetestareaalgoritmilori programelor + 7Produc soluii aproximativeProduc soluii exacte+ RNAreprezintunsistemdeprocesareainformaieiiauanumitecaracteristici asemenea reelelor neuronale biologice. O reea neuronal este caracterizat de:a) arhitecturareelei(modelulconexiunilordintreneuroni/noduri);b)metodadedeterminarea ponderilor conexiunilor, adic algoritmul de instruire/ antrenare; c) funcia de activare. nfunciedetopologie,reeleleneuronaleartificialepotficlasificatendou categorii;cupropagarenapoi(recurentesaucufeedback)icupropagarenainte (feedforward)ainformaiei.nreelelecupropagaredetipfeedforwardieireaunui neuronestetrimisaltorneuronifrcaacestasprimeascoinformaielaintraredela neuronii din straturile superioare. 6.1.2. Etapele de proiectare a reelelor neuronalenvedereautilizriireelelorneuronalecurezultateapreciabilentehnicurmrim parcurgerea unor pai care sunt decisivi. Analiza problemei presupune activitile: -analiza intrrilor (tipul de valori, plaja de valori); - analiza ieirilor ( daca se cunosc n avans asocieri imput-output). Proiectarea aplicaiei presupune activitile: - alegerea tipului de reea; - stabilirea modului de reprezentare a datelor de intrare i a rezultatelor -determinareadimensiuniireelei.Reelelefeedforwardmultinivelridicprobleme deosebitendimensionaredeoarecenafaranumruluideunitideimputioutput,restul unitilor (ascunse) sunt greu de dimensionat. - stabilirea strategiei de instruire se face n funcie de modelul de reea avut n vedere i de asigurarea stabilitii i a conexiunii reelei. 46 -stabilireastrategieideiniializareaintensitiiconexiunilorsefacepevalorimicia intensitii conexiunilor pentru a se evita paralizarea reelei i pentru a fi puin sensibil. -determinareamoduluidepreprocesareadatelordeintrare.Normalselucreazcu normalizare i parametrizare, datele de intrare sunt normalizate. Casubiectdecercetarepentrucompetitivitateareeleineuralefolositedenoivom urmri cu precdere: -Stabilireauneiarhitecturiiniialecaresfiecompatibilcuproblema(deexemplu structura ciclului de intrare n reeaua trebuie s fie compatibil cu numrul de date iniiale ale problemei) i alegerea tipului de uniti funcionale. -Stabilireagraduluidemaleabilitate al reelei prin specificarea parametrilor ajustabili tiind c o reea va fi cu att mai general cu ct va avea mai muli parametrii ajustabili pentru fiecareinstaniereaparametrilorseobineoanumitfuncieasociatareelei(doureele avndaceeaiarhitecturdarvaloridiferitealeparametrilorpotrezolvadouprobleme diferite). Uneori chiar i arhitectura (deexemplu numrul de uniti) este maleabil ca fiind stabilit prin procesul de nvare. -alegereaunuialgoritmdenvarepotrivitcuarhitecturareeleiicucantitateade informaii de care se dispune despre problem.Algoritmuldeinstruireareelelorneuronaleurmreteminimizareaeroriin funcionarea reelei, funcionarea caracterizat prin rezultate obinute la prelucrarea datelor de intrare incluse n setul instanelor de instruire. n alegerea algoritmului de nvare trebuie s se in cont de: - funcia pe care o poate realiza reeaua deci de arhitectur. - specificul mediului informaional al problemei (de volumul i natura datelor despre problem). -antrenareareeleipentruarealizaoproblemiaceastaseefectueazprin amploarea reelei n mediul informaional specifice problemei i activarea algoritmului de nvare. -testarea(validarea)reeleipresupuneverificareacorectitudiniirspunsurilorpecare le d reeaua cnd primete date de intrare care nu aparin setului de antrenare dar pentru care se cunoate rspunsul corect. - utilizarea propriu zis a reelei.Validarea performanelor unei reele instruite (testarea reelei) se realizeaz cu ajutorul unorinstanedetest,careauostructursimilarcuceledeinstruire,darcarenuaufost utilizai la instruire. Cnd eroarea la prelucrarea instanelor de test este acceptabil se trece la exploatarea reelei dac nu se reia instruirea eventual cu revizuirea setului de instruire i/sau a algoritmului de instruire. 6.1.3. Algoritm de studiu a procesului de deformare la ambutisarea cu reinere combinat Datoritnumruluimaredeparametricareinflueneazprocesuldeambutisarecu reinerecombinat,optimizareaperformanelorcondiiilordedeformarenecesitunnumr mare de experimente, efectuate n condiii specifice fiecrui tip de ncercare. Dinanalizaprocesuluistudiatarezultatcacestaestedescrisdeunnumrmarede parametri, care au o variaie neliniar i care sunt interdependeni unii fa de ceilali. 47 nacestecondiiiestedificilderealizatunmodelmatematiccaresdescriefidel procesul studiat. Deaceea,nvedereaconvertiriidatelorobinuteprinsimulareacuMEF(metoda elementului finit) a procesului de ambutisare cu reinere combinat, n cunotine de fabricare iproiectareutilizabilerapidnprocesulrealdefabricare,afostconceputunalgoritmde predicie a comportrii la deformare a materialului n acest proces. Algoritmul este prezentat nfigura6.4.Analizaparametrilorprocesului:dimensiunileelementeloractive,grosimea materialului,condiiiledefrecareserealizeazcuMEF.Rezultatelesimulriisuntapoi folosite pentru antrenarea unor reele neuronale, obinndu-se o relaie neliniar ntre diferiii parametri care influeneaz comportarea la deformare a materialului. Reelele astfel antrenate pot fi folosite la predicia n timp real a comportrii materialului n procesul de deformare la ambutisareacureinerecombinatilagenerareaunornoicondiiidedeformarespecifice, unornoimodificrialeparametrilorprocesului.Astfel,plecnddelarezultatelesimulrilor numericesepoateajungeladezvoltareaunorcriteriigeneraledeproiectareaprocesuluide ambutisare. Suplimentarea datelor de antrenare Antrenarea reelei neuronale Eroare acceptabil?Simularea cu element finit Eroare acceptabil?Simularea experimental Rezultate optime DaNu DaNu Corectarea datelor de simulare Fig. 6.4. Algoritm de utilizare a MEF i RNA la ambutisare cu reinere 48 6.1.4.2. Reeaua de optimizare Presupunemunalgoritmdecombinarearezultatelorobinutedinexperimenti aplicarealuilanvareaiantrenareauneireeleneuronale.Secreeazastfelunmodelde reea neuronal, ce reprezint un model dinamic de analiz a dependenelor dintre parametrii deintrareideieireaiprocesuluidedeformarelareceparticularizatlacazulprocesuluide ambutisare cu reinere combinat.Considermvariabiledeintrare diametrul semifabricatului (D ia pe rnd valorile 106 mm, 111mm, 116mm i 120mm) i raza plcii de ambutisare (R ia valorile 15, 16, 17, 18, 19, 20mm), iar ca variabile de ieire funciile obiect calculate pentru variaiile grosimilor pieselor din simulri (Tabelul 6.1).Conformcelorprezentatemaisus,reeauaarepentrufiecaresetdedate,2valoride intrare(razaidiametrulsemifabricatului)idoudatedeieire(variaiadegrosimela0 respectiv 90 grade).Arhitectura reelei create prezint urmtoarele caracteristici :-numrul de nivele ascunse este 2; -numrul de neuroni este 7. Pe primul nivel sunt 5 neuroni determinai conform relaiei (6.6). Pe cel de-al doilea nivel sunt 2 neuroni, fiind egali cu numrul datelor de ieire al unui set de date. 6.2. OPTIMIZAREA PROCESULUI DE AMBUTISARE FOLOSIND ALGORITMI GENETICI Algoritmii genetici sunt o familie de modele capabile s soluioneze probleme folosind conceptulevoluieispeciilor.Acetialgoritmicodificsoluiileposibilealeunorprobleme specificentr-ostructurdedatedetipcromozomiaplicacestorstructurioperatoride recombinare, pentru a pstra informaia util.Un cromozom este un vector sau un ir de gene. Poziia unei gene este numit locusul ei.Valorilepecarelepoateluaogensuntnumitealele,suntmulimifinitedenumere ntregi, intervale de numere reale, sau chiar structuri complexe de date. Alelele variaz de la un locus la altul. Sarcina unui algoritm genetic este s descopere cromozomi din ce n ce mai buni, pn laatingereauneivaloriaraportuluidintreevaluareaasociatunuiirievaluareamediea tuturorirurilorpopulaiei(fitness)desprecaresetiecesteoptimal,saupncnd algoritmul genetic nu mai poate aduce mbuntiri. Implementareaunuialgoritmgeneticncepecuopopulaiedecromozomi(aleas aleator). Se evalueaz, apoi, aceste structuri i se aloc faciliti reproductive astfel nct acei cromozomi, care reprezint o soluie mai bun pentru problema int, s aib mai multe anse deasereproducedectaceicromozomicaresuntsoluiimaipuinbune.Definireaunei soluii bune se face n raport cu populaia curent. ntr-un sens mai larg, algoritm genetic este orice model bazat pe ideea de populaie i care folosete selecie i operatori de recombinare pentru a genera noi puncte ntr-un spaiu de cutare.Multemodeleaufostintrodusedecercettoridintr-operspectivexperimental. 49 Cercettorii sunt orientai spre aplicaii, fiind interesai de algoritmii genetici doar ca mijloace de optimizare. Eisuntrecomandaipentruaflareasoluiilorneliniarealeunorproblemeatuncicnd nu este posibil modelarea matematic i nici euristic n domeniu.Specialitiicombinadeseacelemaivariatetehnologiiinteligentenscopul exploatriiavantajelorfiecreia,obinndaa-numitelesistemehibride.Suntposibile combinri de genul: 1.folosirea reelelor neuronale la ajustarea parametrilor n sistemele expert fuzzy, 2.extragereacunoateriidinreeleneuronalepentruafiutilizatnsistemele expert, 3.folosirea algoritmilor genetici la crearea unor reele neuronale mai compacte i mai eficiente, 4.folosireauneireeleneuronalepentruasistareafuncionriiunuialgoritm genetic, 5. folosireaalgoritmilorgeneticilareglareaparametrilorunuisistemexpert fuzzy pentru controlul proceselor, 6.mbuntireaperformaneiunuisistemexpertprinncorporarea raionamentului bazat pe cazuri, etc. Asemeneacercetrisuntnprezentaplicatencelemaispecializatelaboratoareale lumii tiinifice. Cteva subiecte ale conceptelor de baz : -probleme de optimizare - doar dou componente principale sunt dependente deproblemaderezolvat:codificarea ifunciadeevaluare.Scopulestedeafixaparametriin aa fel nct ieirea s fie optim. Variabileledesemnndparametriisuntreprezentatepriniruribinareiarfunciadeevaluare este parte a descrierii problemei. -algoritmul genetic canonic const n generarea populaiei iniiale. Se aplicacesteipopulaiiseleciapentruaobineopopulaieintermediar.Apoiseaplic recombinareaimutaiipentruacreaopopulaieurmtoare(nextpopulation).Acestproces detreceredelapopulaiacurentlapopulaiaurmtoarereprezintogeneraienexecuia unui algoritm genetic. -selecia hiperplanelor nu este afectat de extremele locale. Creterea ratei deselecieahiperplanelorpestemedienugaranteazconvergenactreunoptimglobal,cear putea fi un vrf relativ izolat.-teorema schemei furnizeaz o margine inferioar a schimbrii ratei de selecie pentru un singur hiperplan de la generaia t la generaia t+1. -alfabetele binare utilizarea lor va rezulta n urma unor calcule simple. Unalfabet minimal maximizeaz numrul de hiperplane utilizabile pentru codificarea procesrii-critica teoremei schemei inexactitatea inegalitii face ca ncercarea de aprezicepebazateoremeireprezentarea unui anumit hiperplan de-a lungul generaiilor, s fie fr succes. Aplicaii ale algoritmilor genetici Algoritmii genetici reprezint o metod cu care pot fi atacate relativ uor probleme dificile de optimizare sau control, cu rezultate bune sau chiar 50 optimale. Algoritmul genetic 1.Iniializarea unei populaii de cromozomi. 2.Evaluarea fiecrui cromozom din aceast populaie. 3.Crearea de noi cromozomi prin mperecherea cromozomilor cureni; aplicarea mutaiei i recombinrii o dat cu mperecherea cromozomilor prini. 4.Eliminarea de membri ai populaiei pentru a face loc pentru noii cromozomi. 5.Evaluarea noilor cromozomi i inserarea lor in cadrul populaiei. 6.Dac timpul de rulare s-a terminat, algoritmul se oprete i se prezint cel mai bun cromozom; daca nu, algoritmul se reia de la punctul 3. Fiinddateacestecomponenteiniiale-oproblem,unmoddecodificareasoluiilor acesteia i o funcie ce returneaz o reflectare a cat este de bun codificarea utilizat, oricare ar fi ea, se poate folosi un algoritm genetic pentru a realiza evoluia simulat a unei populaii desoluii.Figurademaisuscuprindeodescriereansuialgoritmuluigenetic-algoritmul care folosete aceste componente pentru a simula evoluia. Daca nu intervin erori n cadrul acestui proces de evoluie simulat, o populaie iniial de cromozomi comuni se va mbunti calitativ pe msur ce prinii sunt nlocuii de urmai dincencemaibuni.Celmaibunindividalpopulaieiprodusenfinalpoatefiosoluie nalt-evoluat a problemei. Metoda de optimizare bazat pe algoritmii genetici este o metod nou de optimizare ndiferiteproblemestructuraleiarecapacitateadeaacoperimultetipurideprobleme structurale.Maimult,aceastmetodi-adoveditpotenialuldeafiaplicatinvariate probleme de optim structural asociate cu metode bazate pe gradient. Costul de calcul poate fi semnificativredusatuncicndseaplicoptimizareapebazdealgoritmgenetic.Aceast metodestecuattmaieficientdeaplicatcuctspaiulproiectriiestemaimare.Deci pentru generarea spaiuluiproiectrii se utilizeaz modelarea numeric, metod deja validat experimental i mult utilizat n domeniul deformrilor plastice la rece. Reprezint o metod decutareasoluieiuneiproblemeatuncicndnumruldecazuriestefoartemareioalt metod de optimizare este dificil de aplicat. Se bazeaz pe calcule statistice, deci se pot include cu uurin aspecte ale comportrii materialelor n timpul deformrii volumice la rece, cum ar fi ecruisarea cinematic. ncontinuaresevapropuneunalgoritmdeanalizaoptimizriiunuiprocesde ambutisare utiliznd trei instrumente ale modelrii proceselor: modelarea numeric bazat pe metodaelementuluifinit,metodadecutareaalgoritmilorgeneticiialgoritmulreelelor neurale. mbinareacelortreiinstrumentesefacenscopuloptimizriincelmaiscurttimpa unei funcii obiectiv format din indicatori sintetici: indicatori tehnici i economici. Astfel, schema general a problemei de optimizare va fi format din trei module:1. modulul de intrare 2. modulul de optimizare 3. modulul de corelare a parametrilor de ieire 51 6.2.4. Aplicarea practic a algoritmilor genetici n procesul de ambutisare adnc FolosindpachetulsoftwareDynaforms-asimulatprocesuldeambutisarecureinere combinat. n cadrul procesului de simulare s-au luat n considerare un numr de 24 de cazuri pentru care s-au considerat 4 valori ale diametrului [106; 111; 116; 120] i 6 valori ale razei [15; 16; 17; 18; 19; 20]. nfiguriledemaijosseprezintmodulncarereeauaneuronalaaproximat dependena pentru diferitevalori ale razei i ale diametrului (suprafeele colorate n rou). n aceleai figuri se prezint i dependenele obinute din setul de date folosit pentru antrenare. Fig. 6.12. Datele finale dup direcia de 0 0 Fig. 6.13. Datele finale dup direcia de 90 0 52 6.3. CONCLUZII PRIVIND APLICAREA RNA I A ALGORITMILOR GENETICI N PROCESUL DE AMBUTISARE CU REINERECOMBINAT Algoritmuldeanalizaoptimizriiprocesuluidedeformareamaterialuluiprin ambutisarecureinerecombinataplicatnacestcapitolutilizeaztreiinstrumenteale modelriiproceselor:modelareanumericbazatpemetodaelementuluifinit,metodede cutare a algoritmilor genetici i algoritmul reelelor neuronale . Folosind metoda reelelor neuronale se pot obine n scurt timp un numr mare de date de proiectare alternative, apoi dintre ele se poate selecta grupul de variabile de proiectare care satisfac condiii optime de proiectare. Pentru antrenarea reelei neuronale n cazul studiat s-a folosit grupul optim de variabile de proiectare validate experimental i prin simulare.S-a creat apoi un model de reea neural ce reprezint un model interactiv de analiz a dependenelordintreparametriideintrareideieirencazulprocesuluideambutisarecu reinere combinat. Ca variabile de intrare s-au folosit seturile de parametri independeni ai procesului de ambutisarecombinat(diametrulsemifabricatuluisirazaplciideambutisare),iarca variabil de ieire funciile obiect ale variaiei grosimii pieselor simulate. S-arealizatastfelooptimizareaproiectriiprocesuluidedeformarereducndu-se timpuldegsireaunuisetdesoluiioptime,proiectantulavndposibilitateadeaalegeo singur soluie optim.Validarearezultateleobinutecuajutorulreelelorneuronaleafostfcutprin simularea procesului de ambutisare cu reinere combinat.Reeauaantrenatidestinatprocesuluideambutisarecureinerecombinateste astfelcapabilsoferedependenecalitativentreparametriideintrareiceideieire fcndu-se o optimizare a proiectrii acestui proces de deformare. Aplicareaalgoritmilorgeneticinprocesuldeambutisarestudiatcametodde optimizareamlimitatnumruldencercrisimulativenumericepringsireacombinaieide parametri care s conduc la optimizarea procesului de ambutisare cu reinere combinat. Comparndrezultateleobinuteprinacestemetodedeoptimizareprezentatenacest capitol s