Recomandri pentru
Universitatea din Piteti
Facultatea de Mecanica si Tehnologie
Departamentul de Fabricaie si Management Industrial
Sesiunea de Comunicri tiinifice Studeneti 23 mai 2015
STUDIUL TENSIUNILOR MECANICE APARUTE IN PARTILE ACTIVE ALE
STANTELOR IN PROCESUL DE FABRICARE APENDICIAutorul:
Student Cristian VASILE, an II IMFP
ndrumtor:
Conf. univ. dr. Ilarion BANU
Rezumat: Majoritatea elementelor componente ale dispozitivelor
de tanare i matriare la rece sunt supuse unui proces continuu de
uzur i la solicitri dinamice de compresiune . n cazul tanelor,
poansoanele sunt componentele cel mai mult supuse la uzur. Fiind
vorba despre un proces simplu din punct de vedere fizic, procesul
de tanare este relativ simplu de modelat ntr-un mediu virtual. n
primele faze ale proiectrii este esenial realizarea unei analize de
durabilitate a poansoanelor, n vederea optimizrii designului
acestora, pentru o funcionare performant. n lucrare este prezentat
o metod relativ simpl pentru determinarea rezistenei la oboseal a
poansoanelor. Modelul CAD al unui poanson este analizat aplicnd
metoda elementelor finite, pentru determinarea deformaiilor maxime
i a tensiunilor maxime ce apar n timpul procesului cu o for F.
Rezultatele obinute sunt apoi folosite pentru determinarea
durabilitii poansonului. Pe baza rezultatelor se deduce numrul de
cicluri de funcionare pn la o reascutire i cantitatea de material
ce trebuie nlturat pentru reascuirea poansonului.
Cuvinte cheie: tan, poanson,CAD, deformaii, tensiuni.
1. INTRODUCERE
Procedeul de prelucrare mecanic prin presare la rece dobndete,
pe zi ce trece, o tot mai larg aplicabilitate, ca urmare a
avantajelor pe care le prezint: productivitate ridicat, precizie
mare a pieselor i cost sczut. Aadar, stadiul de dezvoltare a
presrii la rece, extinderea acestui procedeu de prelucrare mecanic
n toate ramurile industriei constructoare de maini i nu numai,
reprezint un indiciu al progresului tehnic ce caracterizeaz epoca
noastr. Dar aici nc nu se oprete evoluia industriei presrii la
rece. Economia i nevoile populaiei sunt n continu cretere, iar
aceste dou tendine determin dezvoltarea domeniului presrii la rece.
Pentru mbuntirea industriei presrii la rece se introduc zi de zi
noi metode de optimizarea:
- procesului de presare;
- procesului de proiectare;
- procesului de fabricarea sculelor, etc.
Datorit faptului c sculele de tiat trebuie s aib o durabilitate
mare care conduce la ieftinirea produsului realizat i la creterea
calitii, ele trebuiesc supuse diferitelor tratamente termice care
le confer proprieti fizico-mecanice mai bune, urmrindu-se ndeosebi
creterea duritii.
2. PREZENTAREA TEMEI (sau PROBLEMATICA TEMEI)
2.1 Scopul lucrrii
Scopul acestei lucrri l constituie optimizarea formei i
dimensiunii poansoanelor i eliminatoarelor pentru tanele de
decupat. n acest sens se utilizeaz metodele asistate de calculator
pentru modelarea, analiza i simularea comportrii poansonului si
eliminatorului (CAD/CAE), respectiv pentru analiza durabilitii.
2.2 Analiza pieseia) Desen de executie
Figura 1 Distantier subtire
b) Material
Tabla de Zircaloy-4 prelucrata la rece si detensionata sau
recoapta.
a) Compoziie chimic
- Sn 1,20 1,70 %;
- Fe 0,18 0,24%;- Cr 0,07 0,13 %;
- Fe+Cr+Ni 0,28-0,37 %
- O 900 1600 g/g;
- Al max 75g/g;
- B max 0,5g/g;- C max 400g/g;- Cd max 0,5g/g;- Co max 20g/g;-
Cu max 50g/g;- Hf max 100g/g;- Pb max 130g/g;- Mg max 20g/g;- Mn
max 50g/g;- Mo max 50g/g;
- Ni max 70g/g;- Nb max 100g/g;- Si max 120g/g;
- Ta max 200g/g;- Ti max 50g/g;
- W max 100g/g;- U max 3,5g/g;- V max 50g/g;a) Proprieti
mecanice la traciune
- rezistena la rupere minim 517 Mpa;
- limit de curgere minim 448 Mpa;
- alungire pe 50 mm: minim 10%;
a) 3. METODE I MIJLOACE TIINIFICE UTILIZATE
3.1 Abaqus
ABAQUS este alcatuit dintr-un set de programe de simulare de
inginerie, bazate pe metoda elementului finit, care poate rezolva
probleme pornind de la analize relativ simple, liniare pn la
simulri numerice dintre cele mai complexe, neliniare. ABAQUS conine
o bibliotec extins de elemente finite care pot modela, orice
geometrie.
Acesta are o list extins de modele de comportare (de material)
care pot simula comportamentul celor mai multe materiale utilizate
n inginerie, s.a. materiale metalice, cauciuc, polimeri, compozite,
beton armat, si spume rezistene, materiale geotehnice, cum ar fi
soluri si roci.
Conceput ca un instrument de simulare de uz general, ABAQUS
poate fi folosit pentru a studia att probleme structurale
(tensiune/deformatie) ct i probleme n domenii diverse, precum
transferul de cldur, analiza termic a componentelor circuitelor
electrice (analize cuplate: termic-electric), acustic, mecanica
solului i analize piezoelectrice.
3.2 CatiaCATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive
Application)este o suit software comercial multiplatform
CAD/CAM/CAEdezvoltat de compania francezDassault Systemesi
comercializat n ntrega lume deIBM. Scris nlimbajul de
programareC++, CATIA este temelia suitei software a Dassault
Systemes.
Software-ul a fost creat dup 1970 i nainte de 1980 s ajute la
dezvoltarea avionului de lupt cu reacieMirage, apoi a fost adoptat
n industria aerospaial, auto, construcia de ambarcaiuni, i multe
alte industrii.
4. REZULTATE
4.1 Analiza desenului de executie si proiectarea poansonului
Figura 2 Poanson Catia
Figura 3 Desen de executie poanson
4.2 Analiza desenului de executie si proiectarea
eliminatorului
Figura 4 Desen de executie eliminator
Figura 5 Eliminator Catia
4.3 Analiza tensiunilorPentru a ncepe analiza de durabilitate a
poansonului si eliminatorului trebuie efectuat mai nti o analiz de
rezisten a lor. Analiza se face cu metoda elementelor finite.
Aceast metod const n discretizarea unui corp continuu si finit n
mai multe elemente finite (FEM - Finite element method). Prin
discretizarea unei structuri se nelege subnprirea acesteia ntr-un
numr oarecare de elemente finite sau reea de puncte de integrare
numeric, interconectate prin nodurile lor exterioare. Metoda are o
aplicabilitate pe scar larg i se bucur de utilizarea extensiv n
zone structurale, analize termice si fluide. Metoda elementului
finit, este format din trei faze principale:
a. Pre-procesarea: realizarea modelul solid al sistemului
analizat (caracterizat prin form, dimensiuni, caracteristici de
material), discretizarea modelului solid n elemente finite,
aplicarea condiiilor la limit i a ncrcrilor;
b. Procesarea: rezolvarea numeric a ecuaiilor caracteristice
comportrii sistemului i obinerea soluiei;
c. Post-procesarea: vizualizarea rezultatelor n vederea analizei
comportrii sistemului i identificrii zonelor cu solicitri critice.
Reeaua de elemente finite a unui model solid subdivide structura n
elemente, interconectate prin noduri. n cadrul fazei de
pre-procesare se aleg tipurile de elemente finite care vor fi
utilizate i se stabilieste repartiia lor pe domeniul discretizat,
rezultnd astfel numrul, dimensiunea i forma acestora. Discretizarea
se realizeaz n funcie de tipul domeniului geometric
(unidimensional, bidimensional sau tridimensional) (Tabel 1):
a. elemente finite de tip linie a domenilui unidimensional
b. elemente finite de tip triunghi a domeniilor de tip
suprafata; muchiile elementelor finite pot fi linii drepte sau
parabole (domeniul bidimensional)
c. elemente finite de tip tetraedru a domeniului
tridimensional
d. elemente speciale, ca elemente axisimetrice pentru unele
situaii la care geometria, materialul i condiiile la limit sunt
simetrice n jurul unei axe.
Dezvoltarea reelei de elemente finite consum, de obicei, mult
timp. Reeaua de elemente finite este dezvoltat direct pe modelul
CAD a poansonului si eliminatorului (Tabel 1):
a. wireframe cu puncte i curbe reprezentnd muchiile solidului;b.
cu suprafee reprezentnd limitele solidului;c. solid pentru
definirea materialului;
Tabel 1- Discretizarea elementelorDimensiuneaTipForma
elementuluiTip de element
1DLinearWireframe
Cadratic
Cubic
2DLinearSuprafata
Cadratic
Cubic
3DLinearSolid
Cadratic
Reeaua de elemente finite este aplicat pe modelul CAD folosind
algoritmul de discretizare liber. Discretizarea liber subdivide
automatic modelul n elemente finite. Avantajul acestui proces este
rapiditate i adaptarea dimensiunea elementelor finite cu uurin la
modelul respectiv. Dezavantajele ar fi generarea unui model prea
mare (care ocup mult spaiu pe memoria calculatorului) din cauza
cruia procesarea poate fi lent.5. CONCLUZII I PERSPECTIVE
Majoritatea elementelor componente ale dispozitivelor de tanare
la rece sunt supuse unui proces continuu de uzur i sunt solicitate
la compresiune cu oc, ncovoiere etc. n plus, sculele acestor
dispozitive sunt solicitate i termic. Din aceasta cauz n primele
faze ale proiectrii este esenial analiza de durabilitate a
componentelor supuse la uzur pentru optimizarea designul produsului
pentru o funcionare mai performant. n cazul tanelor de decupat,
cele mai mult supuse la uzur sunt poansoanele. Fiind vorba despre
un proces din punct de vedere fizic simplu, ncrcrile procesul de
decupat pe poanson sunt relativ simplu de modelat ntr-un mediu
virtual.Cedarea materialului este datorat ncrcrii ciclice repetate.
Pentru metale, acest lucru de obicei nseamn iniierea unor mici
fisuri pe suprafaa liber a unui exemplar, componente, sau structur,
care transforma mai apoi n fisuri mari, ce provoac ruperea unei
componente.
Bibliografie 1. Teodorescu M., .a., Elemente de proiectare a
tanelor i matrielor, Editura Did. i Ped., Bucureti,1980;
2. Zgur Gh., .a., Prelucrarea prin deformare la rece, Editura
tehnic, Bucureti , 1977;
3. Radu Ioan, Bban C., Tehnologia presrii la rece, Univ. din
Oradea, 1994;
4. Iliescu C., Tehnologia tanrii i matririi la rece, Editura
Did. i Ped., Bucureti, 1977.
12
5