Mniejsze sprężynowanie blach
Produkcja płaskich elementów tłoczonych i sztancowanych wymaga wysokiej dokładności wymiarów. Koszty narzędzi i projektowania oraz dokładność symulacji z wykorzystaniem techniki elementów skończonych (FEM) mają kluczowe znaczenie. Konieczna jest przede wszystkim kompensacja sprężynowania powodowanego przez wydłużanie i naprężenia własne.
Zgodnie z podejmowanymi wysiłkami w zakresie tworzenia lekkich konstrukcji żłobienia usztywniające okazały się być efektywnym środkiem pozwalającym zredukować grubość blachy. Dzięki zwiększeniu powierzchniowego momentu bezwładności możliwe było znaczne polepszenie sztywności elementów. Liczne przykłady tego znajdujemy w rzeczach codziennego użytku, np. w płytkach wymienników ciepła, kanistrach na benzynę lub obudowach pralek. Pod względem obróbki plastycznej i obliczeń sprężynowania metoda elementów skończonych stanowi rozwiązanie pomocnicze przy obecnym stanie techniki.
Elementy usztywniające są wytwarzane z reguły przez tłoczenie lub żłobienie płyt kosztem grubości blachy. Ponieważ jednak w obszarach pośrednich i krawędziowych żłobień każdorazowo występują obszary niepoddające się obróbce, głównie w przypadku nierównomiernych układów żłobień tworzą się nieregularne rozkłady naprężeń własnych w gotowym elemencie, które prowadzą do sprężynowania, a tym samym do odchylenia od żądanej geometrii zadanej zarówno żłobień, jak i elementu. Najprostszy, a tym samym także najbardziej rozpowszechniony układ żłobień podłużnych oraz występujące znaczne odchylenia geometrii są przedstawione na ilustracji 2. Na podstawie tego przykładu badane są różne metody kompensacji sprężynowania części płaskich.
Redukcja naprężeń własnych w celu zmniejszenia sprężynowania
Motywację do przeprowadzenia opisanych tu badań stanowi redukcja naprężeń własnych i wynikające z tego zmniejszenie sprężynowania. W aktualnych pracach badawczych w IFU tego rodzaju blachy żłobione są integrowane z nowoczesnymi kompozytami warstwowymi.
Na początku badań konieczne były symulacja i weryfikacja sytuacji wyjściowej po tłoczeniu. Do tego celu wykorzystano modelowanie i wykonano następujące czynności: na początku przeprowadzono optyczną digitalizację części poddawanej obróbce plastycznej. W drugim etapie do modelowania określonej symulacji obróbki plastycznej skorzystano przy użyciu oprogramowania LS-Dyna z pełni zintegrowanych formuł strukturalnych z siedmioma punktami integracji w kierunku grubości i utworzono anizotropowy model materiałowy. Aby uniknąć błędów zaokrąglania podczas symulacji, konieczne było zachowanie podwójnej dokładności obliczeń. W konsekwencji utworzono strukturę implikowanej symulacji sprężynowania z ciągłą krzywą przepływu. Oprócz tego trzeba było umieścić płytę po obróbce plastycznej w zakresie modelu odciążającego, nie oddziałując przy tym na sprężynowanie.
Weryfikacja modelu poprzez porównanie mierzonej powierzchni elementu ze sprężynowaną siatką elementów skończonych przebiegała bezpośrednio potem. W tym celu obie powierzchnie umieszczono jedna nad drugą i porównano je w dziewięciu punktach pomiarowych (ilustracja 4). W tych punktach wystąpiły odstępstwa <5%.
Pozostała część artykułu znajduje się w "MM Magazynie Targowym EUROTOOL", który będzie dystrybuowany w Krakowie podczas targów EUROTOOL® i BLACH-TECH-EXPO w dniach 13-15 października.
