Виртуальный инжиниринг

Моделирование процесса штамповки кожуха

Для производства целого спектра деталей из листового материала все чаще применяется штамповка эластичной средой, что позволяет с одной стороны уменьшить стоимость инструментальной наладки и, с другой, производить изделия сложной формы.

При этом проблемы качества и точности геометрии получаемого изделия по-прежнему являются актуальными, а отладка технического процесса при помощи моделирования является одним из наиболее эффективных способов сокращения промышленных издержек.

В качестве примера было проведено моделирование штамповки кожуха эластичным пуансоном в программном комплексе PAM-STAMP 2G.

Целями моделирования являлись:

  • оценка качества получаемого изделия
  • определения величины пружинения после снятия нагрузки
  • коррекция формы инструмента для компенсации пружинения.

Моделирование проводилось с полным учетом штамповой оснастки - нижнего металлического штампа, прижима и эластичного пуансона, форма которого была приближена к форме конечного изделия.

В результате расчета были получены картины распределения деформаций, напряжений, утонения и утолщения детали, возникающих контактных давлений и диаграмма предельной формуемости.

Показатель утонения при штамповке составил менее 8%, что говорит о хорошем состоянии металла в данной зоне и отсутствии тенденции к образованию разрывов.

Тот же самый вывод можно сделать если оценить эквивалентную деформацию, значение которого не превышает 0,14.

Величины напряжений, не превысили 450 МПа, что для низкоуглеродистой стали является допустимым значением. Величины растягивающих напряжений не превышают 370 МПа.

Следующей важной величиной, которая была определена в ходе расчета, было пружинение - упругая деформация после снятия нагрузки.

Моделирование показало, что отклонение центральной части для небольшого изделия существенное и превышает 0,3 мм. Соответственно начальная форма инструментов не обеспечивает попадание конечного изделия в поля допусков. Для данного изделия необходимо сделать противоизгиб профиля штампа в направление обратном пружинению. Однако его величина не является точно определенным параметром даже для данной геометрии, не говоря уже о более сложных профилях.

Для решении данной проблемы был использован встроенный в программу алгоритм автоматической компенсации пружинения, который автоматически меняет форму инструмента, проводит новый расчет с определением пружинения, и если нужно снова изменяет инструмент. Таким образом, за несколько итераций программа предлагает форму инструмента, которая позволяет получить изделии в пределах допуска заданного пользователем.

После расчета компенсации штампа для детали «Кожух» видно что большая часть заготовки находится вблизи нулевой отметки по отклонению - при этом есть локальные смещения в пределах 0,2 мм, что связано с сеточной моделью матрицы и может быть сглажено в CAD пакете. В целом заметно насколько ближе модель после автоматической компенсации к требуемой форме. На выходе был получена новая модель штампа, которая была передана в CAD и на основе нее созданная 3D модель требуемого инструмента, которую можно передать на изготовление.