Полная версия
Методология Жаркова по проектированию штамповки в Ansys Forming с искусственным интеллектом. Часть 3
При создании проектов в данном издании по моделированию вытяжки сложной кузовной детали используются файлы формата *.igs с уже кем-то заданной геометрией поверхности кузовной детали в какой-то графической библиотеке. Файлы формата *.igs могут быть высланы по email и могут использоваться в учебных, научных и практических целях.
Геометрия заготовки может проектироваться пользователем, используя собственные мощные графические возможности как CAD/CAE-системы Ansys Forming, так и CAD-системы Ansys DesignModeler или Ansys Discovery.
И приближённая инженерная теория Жаркова листовой штамповки, и более точная CAD/CAE-система основаны на использовании теории упругости, теории пластичности и теории обработки материалов давлением. Поэтому для понимания механизма деформирования заготовки на операциях штамповки и правильного использования CAD/CAE-системы при создании проекта для моделирования штамповки конкретной детали из листовой заготовки, целесообразно ознакомиться с основными положениями теории Жаркова листовой штамповки.
В главах приведена теория листовой штамповки, дополненная теорией Жаркова по вытяжке, по учёту упрочнения по формуле Жаркова и анизотропии заготовки с помощью коэффициента Жаркова анизотропии, по анализу опасности разрушения заготовки при обработке на основе диаграмм предельных деформаций (ДПД), утонений (ДПУ) и напряжений (ДПН). Так как излагаемые в данном издании материалы предназначены для широкого круга читателей (студентов, инженеров и учёных), занимающихся обработкой материалов в промышленности, автор стремился не усложнять аналитические решения и широко использовать приемлемые допущения и упрощения с тем, чтобы создать инженерную теорию листовой штамповки и получить максимально простые аналитические зависимости, отражающие действительные условия деформирования заготовки. Формула Жаркова для учёта упрочнения обрабатываемой заготовки далее вводилась в CAD/CAE-систему при создании каждого проекта. Приводится авторская теория Жаркова В.А. вытяжки деталей из заготовок с учётом упрочнения и анизотропии заготовок и проектирование в CAD/CAE-системе вытяжки деталей с использованием этой теории.
Напомним важное обстоятельство. В каждом разделе, как правило, сначала приводится теория Жаркова деформирования заготовки, даётся инженерный анализ и обосновываются аналитические зависимости с учётом упрочнения заготовки по формуле Жаркова и коэффициента Жаркова анизотропии заготовки для расчёта напряжений, деформаций и критериев Жаркова вероятности разрушения заготовки с целью понимания механизма формоизменения заготовки в процессе штамповки, чтобы (с использованием примеров в виде файлов проектов CAD/CAE-системы по email) грамотно, адекватно реальной операции штамповки деталей из заготовок на производстве, создать свой проект в CAD/CAE-системе. Затем даются подробные инструкции для более точного компьютерного численного моделирование в CAD/CAE-системе этой операции штамповки деталей из разнообразных заготовок.
В данном издании приведены следующие разделы, главы и параграфы.
Введение
Раздел I. Создание проекта в CAD/CAE-системе Ansys Forming и импорт модели детали или инструмента для изготовления детали из заготовки
Глава 1. Последовательность решения задач в Ansys Forming
1.1. Интерфейс пользователя в CAD/CAE-системе Ansys Forming
1.2. Последовательность проектирования штамповки в Ansys Forming
Глава 2. Создание проекта в Ansys Forming и импорт математической модели инструмента, по которому необходимо обработать заготовку
2.1. Терминология и основные определения в книге
2.2. Постановка задачи
2.3. Создание проекта
2.4. Импорт в CAD/CAE-систему математической модели инструмента, по которому необходимо обработать заготовку
2.5. Изображение закруглённых краёв инструмента как пуансона
Глава 3. Поворот модели относительно направления перемещения ползунов прессов при обработке заготовки в штампах на прессах
3.1. Варианты поворота модели относительно направления обработки заготовки в штампах на прессах
3.2. Расчёт угла поворота модели относительно направления обработки заготовки
3.3. Поворот модели относительно направления обработки заготовки
Глава 4. Определение точности решения задачи
4.1. Варианты параметров точности решения задачи
4.2. Этапы выбора точности решения задачи
4.3. Учёт пружинения полуфабриката после штамповки
4.4. Изменение настроек, заданных по умолчанию, для более специализированного моделирования
Глава 5. Определение операций обработки заготовки для изготовления заданной детали
5.1. Допустимые операции холодной обработки в Ansys Forming
5.2. Операции холодной обработки заготовки для изготовления заданной детали
5.3. Операции горячей обработки заготовки
Раздел II. Определение формы, размеров и материала заготовки для изготовления детали
Глава 6. Проектирование заготовки в Ansys Forming. Вариант 1
6.1. Постановка задачи
6.2. Проектирование заготовки
6.3. Перемещение модели ниже заготовки
Глава 7. Определение в Ansys Forming материала детали и заготовки. Вариант 1
7.1. Выбор марки материала детали и заготовки
7.2. Угол наклона оси заготовки и оси детали относительно направления прокатки заготовки
Глава 8. Проектирование заготовки в Ansys DesignModeler. Вариант 2
8.1. Постановка задачи
8.2. Тип заготовки
8.3. Размеры заготовки в виде листа
8.4. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.stp в CAD/CAE-системе Ansys DesignModeler
8.5. Проверка правильности импорта модели заготовки формата *.stp из Ansys DesignModeler в Ansys Forming
8.6. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs в CAD/CAE-системе Ansys DesignModeler
8.7. Проверка правильности импорта модели заготовки формата *.igs из Ansys DesignModeler в Ansys Forming
8.8. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs в Ansys Discovery
8.9. Проверка правильности импорта модели заготовки формата *.igs из Ansys Discovery в Ansys Forming
Глава 9. Импорт заготовки из Ansys Discovery в Ansys Forming и определение параметров заготовки
9.1. Импорт файла заготовки в Ansys Forming и выбор компонентов заготовки
9.2. Выбор марки материала детали и заготовки
9.3. Угол наклона оси заготовки и оси детали относительно направления прокатки заготовки
Раздел III. Проектирование в Ansys DesignModeler матрицы и прижима штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки
Глава 10. Определение в Ansys Forming опорных точек на модели перед проектированием матрицы
10.1. Определение 1-й опорной точки на модели
10.2. Определение последующих опорных точек на модели
Глава 11. Проектирование в Ansys DesignModeler матрицы штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки
11.1. Постановка задачи
11.2. Импорт модели заданной детали в Ansys DesignModeler как центральной части поверхности матрицы
11.3. Поворот модели на определённый угол
11.4. Удаление на модели лишних поверхностей и оставление только рабочей поверхности для матрицы
11.5. Соединение трёх тел матрицы в одно тело
11.6. Проектирование образующей для прижимных участков поверхности матрицы
11.7. Проектирование прижимных участков поверхности матрицы
11.8. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.stp
Глава 12. Проектирование в Ansys DesignModeler прижима штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки. Вариант 1
12.1. Постановка задачи
12.2. Удаление центральных участков и сохранение краевых прижимных участков поверхности матрицы
12.3. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs в Ansys DesignModeler
12.4. Проверка правильности импорта модели прижима формата *.igs из Ansys DesignModeler в Ansys Forming
12.5. Преобразование в Ansys Discovery модели формата *.wbpj в модель формата *.igs
12.6. Проверка правильности импорта модели прижима формата *.igs из Ansys Discovery в Ansys Forming
Глава 13. Проектирование в Ansys DesignModeler прижима штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки. Вариант 2
13.1. Постановка задачи
13.2. Проектирование образующей для поверхности прижима
13.3. Проектирование участков поверхности прижима
13.4. Удаление центрального участка модели и сохранение поверхности прижима
13.5. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs
Раздел IV. Добавление к заготовке в Ansys Forming пуансона, матрицы и прижима для вытяжки полуфабриката из этой заготовки
Глава 14. Импорт в Ansys Forming пуансона штампа для вытяжки
14.1. Импорт пуансона, по которому необходимо обработать заготовку
14.2. Поворот инструмента относительно направления обработки заготовки
14.3. Перемещение пуансона ниже заготовки
14.4. Изображение закруглённых краёв инструмента как пуансона
Глава 15. Импорт в Ansys Forming матрицы штампа для вытяжки
15.1. Импорт матрицы
15.2. Поворот матрицы относительно поверхности заготовки
15.3. Определение глубины вытяжки полуфабриката из заготовки
15.4. Перемещение матрицы в нижнее положение после вытяжки
Глава 16. Импорт в Ansys Forming прижима штампа для вытяжки
16.1. Импорт прижима
16.2. Поворот прижима относительно поверхности заготовки
16.3. Определение аппликаты верхней точки прижима
16.4. Перемещение прижима в нижнее положение после вытяжки
Глава 17. Определение параметров операции вытяжки полуфабриката из заготовки
17.1. Выбор типа вытяжки и пресса для вытяжки
17.2. Определение возможных перемещений инструментов штампа
17.3. Определение импортированного файла матрицы как инструмента штампа
17.4. Определение импортированного файла заготовки как деформируемой заготовки в штампе
17.5. Определение импортированного файла прижима как инструмента штампа для вытяжки
17.5. Определение импортированного файла пуансона как инструмента штампа для вытяжки
Глава 18. Задание параметров перемещения инструментов
18.1. Задание параметров перемещения на холостом ходу для матрицы
18.2. Задание параметров перемещения на рабочем ходу для матрицы
18.3. Задание параметров перемещения на холостом ходу для прижима
18.4. Задание параметров перемещения на рабочем ходу для прижима
18.5. Задание параметров перемещения для пуансона
18.6. Задание перемещений матрицы и прижима на холостом и рабочих ходах
Глава 19. Запуск проекта на решение
19.1. Определение количества вычислительных ядер процессора на компьютере
19.2. Запуск проекта на решение
Раздел V. Результаты решения задачи по деформированию заготовки
Глава 20. Определение деформаций в деформируемой заготовке
20.1. Анимация обработки заготовки
20.2. Определение деформаций в заготовке при деформировании
Глава 21. Определение сил для деформирования заготовки
21.1. Определение в Ansys Forming сил для деформирования заготовки
21.2. Формулы Жаркова для приближённого расчёта максимальной силы для деформирования заготовки
Глава 22. Критерии Жаркова для расчёта опасности разрушения деформируемой заготовки
22.1. Критерии для расчёта опасности разрушения заготовки
22.2. Критерии для расчёта опасности разрушения заготовки применительно к вытяжке панели капота
Глава 23. Рекомендации Жаркова по устранению складкообразования и разрушения заготовки при вытяжке
23.1. Рекомендации по изменению конструкции детали
23.2. Рекомендации по изменению параметров технологического процесса штамповки
23.3. Рекомендации по изменению конструкции штампов по сравнению с традиционными
Литература
Следуя подробным пошаговым инструкциям в издании, любой пользователь, даже без специальной подготовки, по методологии Жаркова сначала может быстро проанализировать штамповку детали из заготовки с расчётом ориентировочных значений напряжений и деформаций по приведённым в данном издании разделам “Теории Жаркова листовой штамповки”, а затем грамотно, тождественно реальной операции вытяжки на производстве, создать свой собственный учебный, научный или практический проект в CAD/CAE-системе и далее моделировать, изучать, исследовать и применять на практике (в автомобильной, авиастроительной, электротехнической, посудной, упаковочной и других отраслях промышленности) заданный процесс штамповки, чтобы сократить время и количество ошибок при проектировании технологического процесса штамповки и связанных с этой операцией других технологических процессов, снизить норму расхода материала заготовки на деталь и уменьшить себестоимость изготовления деталей.
Разработанные читателем проекты в CAD/CAE-системе на основе приведённых в данном издании проектов Жаркова с использованием МКЭ могут быть переданы другим пользователям со ссылкой на использование данного издания Жаркова.
Книга предназначена инженерам и учёным, работающим в различных отраслях промышленности, а также студентам и преподавателям технических колледжей, техникумов, институтов и университетов.
Издание предназначено также для всех желающих быстро изучить методологию моделирования процессов в CAD/CAE-системе Ansys Forming последней версии, сразу же создавать в этой системе мощные профессиональные приложения и применять их на практике в разнообразных сферах деятельности. В том числе, Издание предназначено для начинающих и опытных пользователей компьютерами, программистов различной квалификации, инженерно-технических работников, конструкторов, технологов, математиков, механиков, аспирантов, научных работников и учёных, работающих с целью:
применения CAD/CAE-системы Ansys Forming для разработки индивидуальных или корпоративных проектов и практических приложений в многочисленных областях деятельности;
создания систем компьютерного моделирования и проектирования (CAD/CAE systems – Computer-Aided-Design/Computer-Aided-Engineering-systems) в различных отраслях промышленности;
развития прикладной математики (аналитическое и численное математическое моделирование, метод конечных элементов);
совершенствования теории в области механики деформируемого тела (теории упругости и пластичности, механика разрушения, теория обработки металлов и неметаллов давлением),
а также для учащихся и слушателей курсов, студентов, учителей и преподавателей технических специальностей.
Отметим, что из полного варианта книги на русском языке автор удалил Главы 24, 25, 26, а в Главах 1-5 автор удалил часть не очень важных рисунков, чтобы уменьшить объём книги до требуемого объёма в 70 Мб, но эти Главы 24, 25, 26 и рисунки можно посмотреть в полном варианте книги автора на английском языке (в списке Литературы под номером 193):
193. Zharkov Valery Alekseyevich. Zharkov's methodology on projecting the stamping in Ansys Forming with artificial intelligence. Edition 1. – Moscow, Publishing house “Zharkov Press”, 2026 (на сайте amazon.com в разделе Books).
В связи с большим количеством рисунков, книга разделена на три части: Часть 1, Часть 2, Часть 3.
Часть 1 опубликована по адресу:
https://www.litres.ru/book/valeriy-zharkov-32440068/metodologiia-zharkova-po-proektirovaniiu-shtampovki-v-ansy-74416258/
Часть 2 опубликована на этом же сайте:
https://www.litres.ru
Все вопросы, замечания и предложения по тематике данной книги можно направлять в издательство по email:
dr_zharkov_v_a@mail.ru
Сайт ООО “Издательство “Жарков Пресс”: ZharkovPress.ru или www.ZharkovPress.ru.
Автор, доктор технических наук, Жарков Валерий Алексеевич.
Раздел
IV
. Добавление к заготовке в
Ansys
Forming
пуансона, матрицы и прижима для вытяжки полуфабриката из этой заготовки
Глава 14. Импорт в
Ansys
Forming
пуансона штампа для вытяжки
14.1. Импорт пуансона, по которому необходимо обработать заготовку
Прежде чем импортировать пуансон, матрицу и прижим штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки необходимо определиться с тем, на каком прессе будет осуществляться вытяжка:
1) на прессе простого (одинарного) действия;
2) на прессе двойного действия.
На современных автоматических и полу-автоматических листоштамповочных линиях, состоящих из 4 или 5 отдельных прессов для штамповки крупногабаритных кузовных деталей (панели капота, крышки багажника, двери, крылья, пол, крыша и т.д.), 1-й головной пресс обычно является прессом простого действия и примерно в 2 раза более мощным, чем остальные прессы в линии.
1-й головной пресс имеет под столом пресса мощную гидро или пневмо-подушку, служащую для создания через толкатели силу прижатия краевой части (фланца) заготовки с помощью кольцевого прижима, надетого на пуансон. При перемещении ползуна пресса вниз матрица, закреплённая на ползуне, перемещает фланец заготовки вместе с прижимом вниз, одновременно деформируя заготовку.
При ходе ползуна пресса вверх, прижим также перемещается вверх и под действием подушки снимает отштампованный полуфабрикат с пуансона, который удаляется со штампа средствами автоматизации штамповки.
Аналогично мощные листоштамповочные многопозиционные автоматы являются прессами простого (одинарного) действия. На таком прессе на позиции для выполнения операции вытяжки также под столом пресса имеется пневмо-подушка, служащая для прижатия краевого участка (фланца) заготовки от складкообразования при деформировании заготовки в штампе для вытяжки.
В данном примере операция вытяжки заготовки будет проектироваться на прессе простого (одинарного) действия.
Для проектирования операции вытяжки мы будем импортировать пуансон в виде имеющегося файла детали, которая задана математической моделью типа файла формата *.igs, полученного, например, после сканирования на координатно-измерительной машине мастер-модели этой детали.
Выше было дано изображение (в каком-либо графическом редакторе, в данном примере, в Ansys, DesignModeler) закруглённых краёв детали как пуансона штампа для вытяжки полуфабриката из листовой заготовки на первой операции штамповки.
Вытяжка осуществляется за 2 этапа:
1) при перемещении ползуна пресса с матрицей вниз сначала осуществляется обтяжка заготовки по неподвижному пуансону с помощью прижимных поверхностей матрицы и прижима штампа; при обтяжке краевая часть (фланец) заготовки вытягивается из-под прижимных поверхностей матрицы и прижима штампа, обеспечивая обтяжку без разрыва заготовки:
2) при дальнейшем перемещении ползуна пресса с матрицей вниз выполняется формовка центральной части обтянутой заготовки центральной частью матрицы с образованием поверхности заданной детали, в данном примере, капота автомобиля.
Было видно, что края инструмента (пуансона) закруглены, и при обтяжке заготовки по пуансону и последующей формовке центральной части заготовки матрицей закруглённые края пуансона не будут разрывать заготовку.
Описываем подробную инструкцию импорта файла детали формата *.igs; этот файл мы будем использовать как пуансон штампа для вытяжки.
1. Открываем в панели Ansys Forming созданный в предыдущей главе проект с импортированной из Ansys DesignModeler заготовкой и щёлкаем кнопку Import.
На панели Ansys Forming слева появляется вкладка Import (рис. 14.1) с разделами (после тире размещён перевод с английского на русский язык текста из Справки (Help) по Ansys Forming):
Surface – to define the surfaces of tools (определить поверхности детали и инструментов, обрабатывающих заготовку).
Curve – to define blank, drawbead, and trimming outlines (определить заготовку, перетяжное ребро и линии обрезки).
Point – to define various geometry positions in the process (for example, locations of constrained springback, guide pins, and clamping tools) – определить различные положения геометрии в процессе (например, местоположения ограниченного пружинения, направляющих штифтов и прижимающих заготовку инструментов.
Coordinate System or Local Coordinate System (LCS) - to define a coordinate system. Depending on the orientation of the imported geometries, you may need to tip the model to align it with the forming tools in the press direction. (See Tip the Model Geometries to the Press Position for details on tipping the model)
Coordinate System or Local Coordinate System (LCS) – определить систему координат. В зависимости от ориентации импортированных конфигураций, Вы, возможно, должны снабдить подсказкой модель для выравнивания модели с инструментами обработки в направлении обработки. См. в Справке: Геометрии модели относительно позиции пресса для получения дополнительной информации о модели.
Mesh – сетка (из конечных элементов).
Рис. 14.1. На панели Ansys Forming слева появляется вкладка Import.
Если по какой-то причине на вкладке Import в таблице Surface отсутствует строка с импортированным выше именем Blank, то щёлкаем кнопку “+”, в появившейся панели Select files выделяем файл с именем Blank и щёлкаем кнопку Открыть.
2. На панели Ansys Forming на вкладке Import в таблице Surface щёлкаем кнопку “+”.
Появляется панель Select files (рис. 14.2).
Рис. 14.2. Панель Select files.
10. В панели Select files выделяем имя нужного нам файла формата, для примера, *.igs.
Это имя добавляется в окно “Имя файла:”.
Важно отметить, что в пути к расположению Location этого файла должны быть только английские буквы. Если будет, например, русская буква, то файл *.igs не откроется.
11. В панели Select files щёлкаем кнопку Открыть и ждём, когда в нижнем левом углу появится сообщение Ready.
В окне проектирования появляется внешний вид (аксонометрическая, точнее, изометрическая проекция, как после щелчка кнопки Iso) этой детали формата *.igs, в данном примере, это – панель капота автомобиля (наружная и внутренняя панели капота в сборе) в положении, в котором панель находится на автомобиле (рис. 14.3).
Для наглядности, на рис. 14.4 панель показана на виде сверху после щелчка кнопки Top, а на рис. 14.5 панель показана на виде слева после щелчка кнопки Left.
Эту панель мы будем использовать в качестве инструмента, точнее, пуансона, по которому будет обрабатываться заготовка.
Конфигурации, которые будут использоваться в операциях обработки, включают поверхности для инструментов и кривые для заготовки, перетяжного ребра и линий обрезки. Стандартные файлы данных CAD поддерживаются, включая:
