Nem kiterthet alakzatok kitertse CADCAECAM rendszerekben Lemezalakts technolgiai
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Lemezalakítás technológiai tervezése /CAE/ Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Tartalom l Lemezalakítási “Technikák” l Számítógéppel segített “Technológiai tervezés” l Számítógéppel segített geometriai, technológiai és folyamat “Modellezés” l Számítógéppel segített “Analízis” l Számítógéppel segített “Teszt & Szimuláció” Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Lemezalakzatok és -technikák l Lyukasztás l Kivágás l Görgőzés (fémnyomás esztergán) l ----------------------l (él-)Hajlítás l (mély-, nyújtva-)Húzás l Peremezés l ----------------------l Formázás (nyújtva húzás „megmunkáló központon”) l Sajtolás, hidro-alakítás, stb. Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Számítógéppel segített technológiai tervezés l Modellezés n Geometria n Anyagminőség és -törvények n Tribológia n Folyamat n Alakváltozási és feszültségi állapot (folyásfeltételek), … l Analízis n Teríték és perem szükséglet n Eszköz választás (erő- és szerszám szükséglet) n Alakváltozás és feszültség értékek n Maradó deformációk és feszültségek (pl. visszarugózás), tönkremenetel (pl. szakadás), … l Tesztelés és Szimuláció Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Geometriai, technológiai bonyolultság Vonatkozó technológiai folyamatok és műszaki alakzat kategóriák 1 D egyszerű élhajlítás egyenes vonalú élek mentén; tengelyszimmetrikus (mély-) húzás, (belső-) peremezés kvázi sík fenekű merőleges hengeres falú csészék esetén (a peremfeltételi görbe terítéksíkban fekvő egyenes él vagy zárt kör) 1. 5 D profilos élhajlítás egyenes vonalú élek mentén; kvázi sík fenekű adott dőlésszögű kúpos falú tengelyszimmetrikus alakzatok húzása, peremezése 2 D egyszerű élhajlítás 2 D-s síkbeli élek mentén; nem tengelyszimmetrikus (mély-) húzás, (belső-) peremezés kvázi sík fenekű adott profilos hengeres vagy kúpos falú csészék esetén (a peremfeltételi görbe terítéksíkban fekvő 2 D-s él) 2. 5 D 2 D-s terítéksíkkal párhuzamos élek között történő hajlítás, (mély-)húzás, (belső-) peremezés kvázi sík fenekű változó profilos, peremes vagy változó magasságú alakzatok esetén 3 D 3 D-s görbék között kifeszülő lemezalakzatok hajlítása, (mély-) húzása, (belső-) peremezése (a peremfeltételi görbe határozottan adott térbeli alakzat) Szabad formájú (numerikus) alakzatok Változó peremfeltételi görbékkel jellemzett, bonyolult profilos alakzatok alakítása numerikus szerszámfelületek közötti üregben Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Technológiai kulcskérdések I terítékszükséglet, optimális teríték ? II alakítási erőszükséglet illetve maximális alakítási erő (erő-út diagram) és meghatározó összetevői ? III alakítási fokozatok, lépések száma, optimális alakja (közbenső kontúr és profil) ? IV globális folyamat szimuláció; közbenső alakzatok, teríték alakváltozás ? V globális sebesség-, alakváltozás- és feszültség-eloszlás a deformált lemeztestben ? VI szerszámszükséglet (ráncgátló erő/nyomás, borda szükséglet) ? VII felkeményedés hatása, ciklikus terhelés hatás; terhelés és oldás hatása? VIII technológiai paraméterek hatása, mint húzási sebesség, ráncgátló erő vagy nyomás, hőmérséklet, borda vagy ránctartó ütemezés ? IX súrlódás hatása a ráncgátló alatt illetve az alakító felületek mentén; öblítés hatása ? X a sík lemez terhelhetősége és alakíthatósága; tönkremeneteli jellemzők, hullámosodás, ráncosodás, lemezvastagság változás, diffúz és lokális instabilitás, szakadás ? XI anizotropia hatása; fülesedés, optimális teríték elhelyezés, sávtervezés ? XII Rugalmas hatások; visszarugózás és rugalmas hullámosodás ? Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben A szerszámtervezés kiindulópontja – az elemzés l Kulcskérdések az elemzéssel szemben tehát: n Terítékszükséglet, anyagszükséglet, sávtervezés, sávoptimálás n Erőszükséglet, terheléselemzés, ráncgátlás n Húzási fokozatok, lépések, optimális közbenső alakok n Szerszámszükséglet, bordák, sávadagolás, … n Ráncosodás, hasasodás, gyűrődés, fülesedés, visszarugózás n Narancsosodás, szakadás, repedés, instabilitás, kontrakció n Maradó feszültségek, deformációk, torziós hatások, … l … és miért nem széleskörű még mindig az ipari gyakorlatban? Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Az elemzés „kiindulópontja” - a modellezés l Egy CAA/CAE – pl. FEA – érdekében a következő technológiai modelladatok szükségesek: n Folyás-modell (jó esetben az anyagadatokkal kielégíthető) n Lemezanyag modell w w n Szilárdsági és rugalmassági modelladatok (1 -3 x 5 -6 adat) Felkeményedési görbék (1 -3 x 3 -5 adat) Normál vagy síkbeli anizotrópiai görbék (4 adat) Instabilitás görbék (SLD, FLD) (1 -3 x 6 -9 adat) Tribológiai modell w w Statikus, differenciálatlan (1 jó adat) Dinamikus, differenciált (>4 x 1 -4 adatfüggvény) Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Modellezés – anyagjellemzők, -viselkedés Technológiai tesztek, vizsgálatok az anyagviselkedés feltérképezésére l Szilárdsági (pl. húzó-szakító) teszt n Rugalmas viselkedés, rugalmas illetve folyáshatár és a maximális alakváltozás és feszültség paraméterek n Felkeményedési függvény és paraméterei (Nánai, Hollomon, Ludwig formula) n Síkbeli anizotrópia és paraméterei (Langford diagram) Ideális merev-képlékeny Felkeményedő l Határállapot vizsgálat n Instabilitás és határ-alakváltozás görbék, diagrammok (SLC, SLD: Keeler-Goodwin diagram) n megjegyzés: elméletileg lehetséges feszültség határgörbék és -diagrammok Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Homogén síkbeli anizotrop Inhomogén síkbeli anizotrop Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Modellezés – anyagjellemzők, -viselkedés r =r= r 0 =1. 75; r 45=1. 15; r 90=1. 95; Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Modellezés – geometria Ipari igény l A legtöbb lemezalkatrész n húzott, n peremezett, n hajlított l és n nem körszimmetrikus, de n nem is szabadformájú alakzatok kombinációja (pl. szögletes alakzat). l Ezek az alakzatok, mint 2 -2. 5 dimenziós geometriai és technológiai problémák modellezhetők. Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben 2. 5 D-s lemezalkatrészek az iparban Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Modellezés – 2. 5 d-s lemezalakítási folyamat: szabad húzás l 2 D-s (sík) görbék jellemzik a geometriai alakzatot és a technológiai folyamatot l Egyéb geometriai-technológiai paraméterek függetlenül kezelhetők a sík görbéktől A deformált lemez egyes részeit a eltérő terhelések érik helytől és időpillanattól függően, azaz a tipikus zónák alakja és mérete is változik – a folyamat két időbeli szakaszra bontható: l „gördülő szakasz" (H<Hkrit) l „húzási szakasz" (H>Hkrit) Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Modellezés – 2. 5 D-s peremfeltételek újraértelmezése a modellezés inverz esetei (mély-) Húzás Konvex eset (belső) Peremezés Konkáv eset Állandó kinematikai kényszer alapú peremfeltételek Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Modellezés – alakváltozási és feszültségállapot Lemez részek Alakváltozási és feszültségállapot Kúpos fal, tórusz felületek és nem érintkező perem Érintkező perem Vasalt perem Sík-feszültség Megoszló ráncgátló nyomás Sík-folyás 0<c<1 c=1 Normál feszültség 0 Kontakt szorzó c≡ 0 2 Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Az elemzés lehetséges módszerei Bonyolultsági fok ideálisan merev lineáris vagy nem lineáris izotrop vagy anizotrop Anyagmodell Geometriaitechnológiai dimenzió Állapot modell 1 -1. 5 D nem ideálisan és/vagy rugalmas képlékeny homogén inhomogén felkeményedés sík-folyás térbeli alakváltozás és feszültség sík- feszültég állapot empirikus & szemi-analitikus megoldások 2 D empirikus & analitikus szemi-analitikus megoldások SLM 2. 5 D szemi-analitikus megoldások SLM hibrid SLM, FEM 3 D SLM or FEM hibrid SLM, FEM Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben SLM – Stress- and Strain- (Slip-) Line Methods alakváltozás- és feszültség-vonalak módszerei l Alkalmazás n Kúpos transzlációs vonalfelületek, melyeket w w két sík- vagy térgörbe (bélyeg és üreg kontúr) feszít ki állandó vagy változó profil mentén l Szemi-analitikus megoldás n Az anyagtörvények és folyásfeltételek elhagyhatók w w w kvázi sík alakváltozást feltételezve azaz az idealizált folyamatból kiinduló analízis az attól való eltérés jó becslésével Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Módszerek piramisa 1 -1. 5 D I empirikus formulák II analitikus módszerek III csúszó-vonal módszer 2 D 2. 5 D 3 D (SLM alapú sík-folyás alapú hibrid módszerek) IV V csúszó-vonal módszerek sík feszültség alapú VI sík-folyás alapú sík feszültség alapú VII fő-feszültség- és alakváltozás vonalak módszerei véges elemes módszerek VIII IX SLM alapú X hibrid módszerek XI XII (SLM alapú hibrid módszerek) Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc véges elemes módszerek FEM Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Számítógéppel segített modellezés, elemzés és szimuláció Eight Step Computer Aided Process Engineering Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Nyolc. Lépéses Számítógéppel Segített techn. -i Folyamat. Tervezés Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Teríték tervezés Nem kiteríthető alakzatok „egyszerű” kiterítése l Miért “TERÍTSÜNK” ki l egy “NEM-KITERÍTHETŐ” alakzatot l És hogyan, hogy “EGYSZERŰ” legyen? Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben “NEM-KITERÍTHETŐ ALAKZATOK” nem vonalfelületek avagy azok, de nem kiteríthetők vagy nem hajlíthatók térbeli torzulások nélkül Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben 2. 5 D-s alakzatok CAD rendszerekben (sheet-metal) CAD Alakzat Kiteríthető Nem kiteríthető l Contour Flange kiteríthető egyenes mentén kihúzott alakzat esetén l Flange kiteríthető egyenes élek esetén l Lofted Flange kiteríthető hengeres és sík felületek esetén Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben 2. 5 D-s alakzatok CAD rendszerekben (sheet-metal) CAD Alakzatok Kiteríthető l Kiteríthető Jog & Flouver kiteríthető egyenes élek mentén kivágott peremek esetén Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben 2. 5 D-s alakzatok CAD rendszerekben (sheet-metal) CAD Alakzatok Nem kiteríthetők l Nem kiteríthető Jog & Flouver nem felszabadított egyenes élek mentén sem kiteríthető l Nem kiteríthető Open & Closed Drawn Cutout, Dimple & Flange nyitott vagy zárt kihúzott, mélynyomot alakzatok nem egyenes élek mentén Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Összefoglalva l a minimális eltérés a körszimmetriától a húzott vagy peremezett alakzatok esetén, avagy l az egyenes hajlítási élektől hajlított alakzatok esetén l azt eredményezi, hogy sem a terítékszükséglet, sem a deformációs folyamat nem becsülhető megbízhatóan bonyolult véges elemes analízis nélkül! l vagy mégis? … létezik iparos (tehát egyszerű, de kielégítően pontos) „más” megoldás is? Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Mit is értünk “Kiterítés” alatt? l Az anyagtörvények és folyásfeltételek nem szükségesek l A lemezvastagság változatlan Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Terítékszükséglet meghatározása az SLM-ben l Klasszikus SLM Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Teríték meghatározás az SLM módszerrel Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Egyszerű avagy “Iparos” l Csak geometriai adatokból l CAD/CAM/CAE környezetben l Az anyagszükséglet meghatározása érdekében Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben CAD/CAE környezetbe integrálható Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben DARAB (part) modell építés CAD rendszerben Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Hajlító élek és hozzátartozó profilok kijelölése Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Interfész modell átadása az integrált SLM modulnak Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Interfész geometria az SLM-hez Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Csúszóvonal-mezők generálása - SLM modulban Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Térbeli trajektóriák kiterítése - az SLM modulban Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Kiterített alakzat – újra a CAD-ben Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Nem kiteríthető alakzatok terítéke Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Nem kiteríthető alakzatok terítéke Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Teszt & Szimuláció Terítékperem alakváltozás Felületmodell Térbeli alakváltozásés feszültség-állapot szimuláció Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Tesztek és kísérletek l A kísérleteket a WHZ hidraulikus sajtóján végeztük l Több, mint 300 különböző alakú mélyhúzott alakzaton végeztük el az SLM analízist, melyek l Különböző bevonatolt és bevonatolatlan, mikro-ötvözött és -edzett korrózióálló fém lemez anyag minőséggel, mint: St 14, St 14 Z, St 15 E, St 04 E 340, St 4571, Al. Mg 8, M 2 H l Egy szerelt, kombinálható kísérleti mélyhúzó szerszámban Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Eredmények l A kísérleti darabok terítékszükségletének eltérése 3 -6% (soha nem több, mint 7%) Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Nem kiteríthető alakzatok kiterítése CAD/CAE/CAM rendszerekben Tanulság: l Minél kevésbé tanulmányozzuk az analitikus lehetőségeket, módszereket, annál inkább vagyunk hajlamosak elfogadni bármilyen numerikus eredményt! l Minél pontosabb eredményt akarunk elérni az analízis során, annál bonyolultabb modelleken, egyre nagyobb és nagyobb mértékben kell numerikus módszereket alkalmaznunk! Lemezalakító szerszámok tervezésének kulcskérdései: Dr. Boór Ferenc Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
- Slides: 43