ВКР: Разработка технологии и оснастки электрогидроимпульсной штамповки детали крышка

Обзор технической литературы
Моя работа связана с электрогидроимпульсной вытяжкой – формовкой.
Принципиальная схема ЭГИ штамповки (а); внешний вид ЭГИ-установки (б).
ЭГИШ применяют для
вытяжки деталей сложной формы из плоской заготовки,
рельефной штамповки,
калибровки оболочек,
пробивки отверстий и пр.

Преимущества ЭГИ штамповки
повышается точность изготовления изделий из-за уменьшения пружинения (особенно, при работе с труднодеформируемым материалом);
увеличивается возможность совмещения операций, выполняемых за один или несколько переходов;
значения критических степеней деформации за один переход достигают своих наивысших значений, что позволяет обрабатывать почти любой материал, любой формы и сложности изготовления.

Цели и задачи исследования
Цель работы:
Разработка технологии и конструкции оснастки для изготовления детали «крышка» из материала Л68 толщиной 0,5 мм
Задачи исследования:
Разработать технологию изготовления детали
Путем компьютерного моделирования с использованием КЭ-комплекса LS-DYNA определить параметры импульсного давления, обеспечивающего заполнение рельефа матрицы
Определить энергоемкость ЭГИ-установки
Спроектировать технологическую оснастку
Разработать меры по охране труда и оценить экономическую эффективность процесса

Исходные данные
Исходными данными является эскиз детали «крышка». Материал – латунь 68. Серийность – 1000 шт./год
Химический состав латуни Л68

Маршрутная технологическая карта

Маршрутная технологическая карта

Компьютерное моделирование процесса
Задачи:
Разработка и отладка компьютерной модели в комплексе LS-DYNA
Варьируя параметрами давления, определяется давление, необходимое для полного заполнения рельефа матрицы и устранения отскока заготовки
Определение параметров давления, необходимых для оценки энергоемкости ЭГИ-установки
Оценка возможного пружинения заготовки

Давление при импульсной вытяжке
Импульсное давление задавалось временным соотношением (ф-ла Арсентьевой К.С.):
где t – время,
p0 – амплитудное значение давления,
– характеристическое время, за которое давление уменьшается в e раз.
Нормирующая величина Np, определяется соотношениями
где tm – время нарастания давления

Аппроксимация по Третьякову
Основные характеристики материала заготовки
В таблице дана следующая аппроксимация КДУ
где σs0 – начальное напряжение текучести;
εen – инженерная или относительная деформация, связанная с интенсивностью тензора логарифмических деформаций соотношением

Аппроксимация кривой деформационного упрочнения
Для конечно-элементных расчетов нужно задать параметры кривой деформационного упрочнения в виде аппроксимаций по типу Холомана (Holloman):
где σs – напряжение текучести;
εi – интенсивность тензора логарифмических деформаций;
B, m – параметры степенной аппроксимации.
Аппроксимация кривой деформационного упрочнения латуни Л68
σs,кГ/мм
εi
2

Параметры КЭ-модели
Материал заготовки – изотропный, выбрана модель MAT_POWER_LAW_PLASTICITY.
Задавались упругие константы материала: E = 1,12⋅105 т/(мм⋅с2) – модуль Юнга,
ν = 0,35 – коэффициент Пуассона,
ρ = 8,3⋅10-9 т/мм3 - плотность.
Кулоновское трение при трении покоя μ = 0,2 и μ = 0,15 при движении.
Модель материала инструмента – RIGIT.

Разработка геометрической модели в комплексе CATIA
Поверхностная геометрическая модель заготовки, матрицы и прижима созданы в комплексе CATIA.
Поверхностная модель (а, б – разные виды)

КЭ-разбивка
Тонколистовой материал заготовки был задан оболочкой с типом элемента SHELL 163 вида Belytshko-Wong.
По толщине оболочки для заготовки задавалось 50 слоев, а для инструмента по 2 слоя.

Компьютерный расчет ЭГИ вытяжки-формовки
Изменение формы заготовки в процессе штамповки примерно через 50 мкс (а, б, в, г) диаграммами эффективной деформации.

Компьютерный расчет ЭГИ вытяжки-формовки
В начале есть колебания (упругие волны), но при этом заготовка не отскакивает (из-за правильных параметров давления).
Затем колебания уходят.

Оценка возможного разрушения заготовки
Из рисунка видно, что заготовка в процессе деформирования не разрушается.

Диаграмма предельных деформация (FLD)
Из рисунка видно, что заготовка в процессе деформирования не разрушается.

Выбор ЭГИ оборудования
По объему потребляемой энергии процесса штамповки был выбран пресс ПЭГ-25
Технические характеристики пресса ПЭГ – 25
[8]
E ≅ 6,5 кДж

Разработка конструкции штампа
Эскиз принципиальной конструкторской схемы матрицы для операции «вытяжка-формовка».

Разработка конструкции штампа
Эскиз принципиальной конструкторской схемы матрицы для операций «пробивка отверстия и обрезка фланца».

Разработка конструкции штампа
Эскиз принципиальной конструкторской схемы матрицы и камеры в сборе.

Выводы
Разработана технология детали «крышка» методом ЭГИ штамповки.
В конечно-элементном комплексе LS-DYNA разработана компьютерная модель вытяжки-формовки детали «крышка» из латуни Л68.
В результате компьютерных расчетов варьированием амплитудой и длительностью давления получены параметры импульсного давления.
Установлено, что с выбранными параметрами давления происходит полное заполнения рельефа матрицы и исключается отскок заготовки.
Установлено с применением диаграммы FLD , что в результате импульсной вытяжки-формовки не происходит разрушение заготовки.
Разработана оригинальная конструкция матрицы, позволяющая изменением разных вставок использовать ее как для вытяжки-формовки, так и для обрезки.
Разработана конструкция разрядной камеры для реализации процесса.
Рассмотрены меры по охране труда и экономической эффективности процесса.