7.8 Simularea cu elemente finite a procesului de formare prin laminare

Sistemul CAE utilizat în procesul de proiectare descris mai sus descrie geometria foii între două etape de formare cu diferite funcții de formă, de exemplu, un model pentru tuburi de Kiuchi (Kiuchi și Koudabashi 1984). Condițiile la limită sunt date de sculele de la stațiile de formare. Aceste condiții la limită și minimizarea energiei de deformare, presupunând un comportament elastic liniar, fac posibilă evaluarea rapidă a formei între stații. Deformarea este astfel posibil de evaluat din funcțiile de formă. Însă, comportamentul elastoplastic al materialului nu este luat în considerare, dar calculul este foarte rapid. Modelarea cu elemente finite, unde este luat în considerare comportamentul real al materialului, poate fi utilizată pentru a simula procesul de laminare. Aceste simulări oferă relații între forțele de formare și deformații, și, de asemenea, poate fi prezisă revenirea elastică. Crearea modelului cu elemente finite este rapidă dacă sunt utilizate sisteme precum (COPRA FEA RF, data M Sheet Metal Solutions GmbH). Dar, simularea cu elemente finite necesită timp de calculator, iar evaluarea rezultatului va necesita, de asemenea, ceva muncă. Dar utilizarea modelării cu elemente finite poate reduce costul și timpul pentru procesul complet de dezvoltare. Există o cantitate considerabilă de lucrări de cercetare despre formarea tablei, dar mult mai puțin despre formarea prin laminare și simulări, de exemplu, Lindgren (2009a), McClure și Li (1995) și Roure Fernández și colab. (2009).


Fig. 17 În partea de sus, figura arată doar jumătate din canalul-U, din cauza simetriei iar marca tensometrică rozetă este lipită pe suprafața superioară aproape de marginea unei flanșe. În partea de jos, sarcina de rulare și cuplul au fost măsurate în timpul formării

Lindgren (2008) a investigat formarea unui profil-U (vezi Fig. 17) și l-a validat comparând rezultatul cu experimentele corespunzătoare (vezi Fig. 18). Deformarea longitudinală, sarcinile de formare, revenirea elastică și cuplul au fost măsurate în timpul formării profilului-U. Profilul a fost realizat din oțel de înaltă rezistență, HyTens® 1200. Au fost utilizate patru stații de formare unde unghiurile de îndoire au fost de 20o, 40o, 60o și 80o. Experimentul a fost efectuat într-o mașină standard de profilat cu role (vezi partea de jos a Fig. 17).

Fig. 18 Deformarea longitudinală experimentală și calculată este comparată atunci când sunt utilizate patru stații de formare. Unghiurile de îndoire sunt 20o, 40o, 60o și 80o.

Simularea cu elemente finite a profilului-C este descrisă în continuare pentru a ilustra utilizarea modelării cu elemente finite. Software-ul utilizat pentru simulări este COPRA FEA RF (COPRA FEA RF, data M Sheet Metal Solutions GmbH). Se pot folosi modelele cu sau fără frecare, cu material pretăiat sau din bobină. De asemenea, este posibilă simularea tăierii profilelor și a găurilor de ștanțare etc. (vezi Fig. 19).


Fig. 19 Simularea unui profil cu găuri și investigarea forțelor de formare

Este recomandat să începeți cu un model simplu, cu puține elemente. Chiar și acest prim model poate dezvălui slăbiciuni în modelul sculei. De asemenea, este mai rapid să găsiți greșeli în proiectul sculei atunci când este utilizat un model mai mic. Modelul poate fi rafinat atunci când se știe că proiectul funcționează. Este bine să aveți o facilitate de repornire a software-ului atunci când se simulează mai multe stații de formare. Apoi este posibil să se simuleze o stație și să se evalueze rezultatele în ceea ce privește proiectarea sculei înainte de a continua la următoarea stație. De asemenea, este posibil să începeți simularea la o anumită etapă de formare, dar atunci istoricul deformațiilor din etapele anterioare nu este luat în considerare. În plus, geometria inițială va trebui atunci să se bazeze pe geometria ideală care poate fi obținută din sistemul CAE.

Primul model cu elemente finite al profilului-C nu are frecare, iar foaia nu are găuri. De asemenea, este inclusă tăierea finală a profilului în lungimi mai scurte. Se utilizează un model de material elastic-plastic cu întărire izotropă. Sunt utilizate suprafața de curgere von Mises și regula de curgere asociată (Marciniak et al. 2002). Întărirea este descrisă de ecuația Ludwik-Hollomon

σ = σy + Kepn

unde σy este limita de curgere, K este indicele de rezistență, ep este deformarea plastică și n este exponentul de întărire prin deformare. Limita de curgere pură a materialului este de 450 MPa, limita de curgere maximă este de 490 MPa, iar valoarea A80 este de 22 %. Foaia este modelată folosind 5980 de elemente de cărămidă solidă cu opt noduri cu un strat prin grosime.


Fig. 20 În partea de sus, profilul tăiat după simulare. În partea de jos, deformarea longitudinală în flanșa exterioară este mai mare decât în ​​alte părți ale profilului

Rezultatul simulării arată că profilul se va evaza după tăiere (vezi Fig. 20). Aceasta este o problemă obișnuită în formarea prin laminare, iar evazarea poate fi redusă prin creșterea numărului de etape de formare. Unul dintre motivele pentru care apare evazarea este că deformațiile reziduale de pe suprafața exterioară și interioară a foii sunt diferite. Cauza în cazul actual este că probabil flanșa interioară a fost întinsă prea mult în unele dintre etapele de formare. Deformarea longitudinală calculată la suprafața flanșei exterioare este prezentată în Fig. 21 pentru toate stațiile de formare. Este cea mai mare în etapele de formare 2 și 9.


Fig. 21 Este prezentată deformarea longitudinală la suprafața flanșei exterioare. Etapele de formare 2 și 9 au o deformare mai mare decât celelalte etape

În simulare se obține și revenirea elastică a profilului. Evaluarea arată că supraîndoirea colțului interior îndoit este oarecum prea mare. Proiectantul sculei poate scădea supraîndoirea în etapa 11 ​​de formare în COPRA RF (COPRA RF, data M Sheet Metal Solutions GmbH) și poate reporni modelul de simulare după stația 10 pentru a evalua rapid cât de mult ar trebui să fie redusă supraîndoirea. Este posibil să se itereze între simulări și reproiectarea sculelor și poate crește numărul de etape de formare până la obținerea unei soluții satisfăcătoare. Atunci ar putea fi util să folosiți modele mai avansate, inclusiv scule de frecare și rotative, și mai multe elemente, inclusiv găuri ștanțate etc., pentru a verifica designul. Cu toate acestea, destul de des, modelele simple vor oferi rezultate suficient de exacte pentru verificarea proiectării.