Modelowanie numeryczne przewidywania odkształceń sprężystych blach podczas gięcia
Wśród wielu metod przewidywania końcowego kształtu wyrobu wiodąca jest metoda elementów skończonych (MES), umożliwiająca określenie rozkładu naprężeń oraz odkształceń materiału, sił kształtowania oraz potencjalnych miejsc wystąpienia wad procesu kształtowania. Podczas projektowania procesu technologicznego gięcia należy uwzględnić krytyczny promień gięcia rozumiany jako najmniejszy promień, przy którym na rozciąganej powierzchni elementu poddawanego gięciu może wystąpić pękanie materiału. Wartość krytycznego promienia gięcia zależy od jakości powierzchni giętego materiału, skłonności materiału do pękania oraz położenia linii gięcia względem kierunku walcowania blachy.
Celem badań, których wyniki przedstawiono w artykule, było określenie wartości odkształceń sprężystych blachy stalowej DC04 za pomocą gięcia w tłoczniku o kształcie litery „V”. Analiza sprężysto-plastyczna procesu gięcia została przeprowadzona w programie Abaqus/CAE. W modelu numerycznym MES uwzględniającym orientację próbki, anizotropię materiału oraz zjawisko umocnienia odkształceniowego określono wpływ wartości współczynnika tarcia, metody całkowania oraz liczby punktów całkowania na wartość prognozowanych odkształceń sprężystych.
Materiał badawczy
Do badań odkształceń sprężystych materiału wykorzystano zimnowalcowane blachy stalowe głęboko tłoczne DC04 o grubości 2 mm przeznaczone do głębokiego tłoczenia o podwyższonych wymaganiach. Wartości podstawowych parametrów mechanicznych testowanych blach (tab. 1) określono w statycznej próbie jednoosiowego rozciągania zgodnie z normą PN-EN ISO 6891-1. Jednoosiowemu rozciąganiu poddano próbki wycięte wzdłuż (0°), poprzecznie (90°) oraz pod kątem 45° względem kierunku walcowania blachy, określając następujące parametry: granicę plastyczności Rp0,2, wytrzymałość na rozciąganie Rm, współczynnik anizotropii normalnej r, a także parametry umocnienia, tj. współczynnik umocnienia Ku oraz wykładnik umocnienia n występujące w równaniu σ = Ku · εn, gdzie σ jest naprężeniem uplastyczniającym a ε – odkształceniem plastycznym.
Badania eksperymentalne
Gięcie blach w matrycy w kształcie litery V (ang. V-bending test) jest podstawową metodą oceny odkształceń sprężystych blach. Wyniki sprężynowania uzyskane w stosunkowo prostych testach technologicznych mogą być wykorzystane podczas badań sprężynowania złożonych geometrycznie elementów powłokowych o powierzchni nierozwijalnej. Stanowisko pomiarowe przedstawiono na rys. 1.
Próby zginania przeprowadzono na prostokątnych próbkach o wymiarach 20 × 110 mm.
Promienie zaokrąglenia krawędzi matrycy oraz stempla były równe 10 mm. Podczas badań zagłębiano stempel w przestrzeń matrycy na zadaną głębokość odpowiadającą strzałce ugięcia pod obciążeniem ƒul, po czym odciążano próbkę i odczytywano wartość strzałki ugięcia po odciążeniu ƒl (rys. 2). Do przetwarzania sygnałów pochodzących od czujników przemieszczenia i siły na stemplu wykorzystano oprogramowanie QuantumX Assistant V.1.1.
Do ilościowej oceny odkształceń sprężystych blachy wykorzystano współczynnik sprężynowania K:
gdzie γl – kąt wygięcia próbki pod obciążeniem, γul – kąt wygięcia próbki po odciążeniu (rys. 2).
Badaniom poddano po trzy próbki dla każdej orientacji próbek (wzdłużnej i poprzecznej względem kierunku walcowania arkusza), na tej podstawie wyznaczono średnią wartość współczynnika sprężynowania K.
Galeria
Co tydzień otrzymaj od nas porządną dawkę wiedzy o branży przemysłowej!
