Download - Rezumat Teza (1)

UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE

Ing. Melania TERA

TEZ DE DOCTORAT

- REZUMAT -

CONTRIBUII PRIVIND AMBUTISAREA UNOR TABLE BIMETALICE

Conductor tiinific: Prof. univ. dr. ing. Octavian BOLOGA

SIBIU

- 2012 -

C u p r i n s

3

CUPRINS

(Pag

in

rezu

mat

) P

agin

te

z

C o n t r i b u i i p r i v i n d a m b u t i s a r e a u n o r t a b l e b i m e t a l i c e

4

I n t r o d u c e r e

5

1. INTRODUCERE

1.1. Justificarea tematicii lucrrii Procedeele de prelucrare prin deformare plastic la rece, mpreun cu procedeele de

prelucrare prin achiere, reprezint cele mai rspndite i utilizate metode de generare a formei pieselor finite n domeniul construciei de maini.

Cele dou mari grupe de procedee de prelucrare i-au mprit astfel domeniul, stabilindu-se i o distribuie implicit a necesitii de utilizare a uneia sau alteia: prelucrri prin achiere pentru obinerea pieselor de dimensiuni medii i mici, n condiii de mare precizie i prelucrri prin deformare plastic la rece pentru obinerea unor piese de dimensiuni mari i forme complexe. Aceast distribuie a fost influenat n principal de industria constructoare de autovehicule, locomotiva industriei prelucrtoare, piesele reprezentative pentru cele dou tipuri de procedee de prelucrare fiind piesele din construcia motoarelor pentru achiere, respectiv elementele de caroserie, pentru deformarea plastic la rece.

Aceste paradigme au fost ns serios zdruncinate de evoluiile din domeniul tehnic i economic din ultimii ani. Pe de o parte, cercetrile din domeniul prelucrrilor prin deformare plastic la rece au extins mult zona de aplicabilitate a acestora, ambutisarea incremental fiind unul dintre procedeele care permit realizarea unor piese n condiii de dimensiuni, forme, precizii i costuri care erau cu puin timp n urm accesibile doar prelucrrilor prin achiere. Pe de alt parte, criza economico-financiar, care se manifest la nivel global, a obligat firmele s-i regndeasc strategiile de producie i s investeasc n tehnologii de prelucrare cu grad ridicat de noutate. Tehnologiile de prelucrare prin deformare plastic au beneficiat intens de acest lucru, literatura de specialitate de ultim or abundnd de rezultate n acest domeniu, un loc important fiind ocupat de ambutisarea incremental.

De asemenea, industria constructoare de autovehicule i-a redus rolul dominat n industria prelucrtoare, n favoarea industriei bunurilor de consum i a industriei bio-medicale. Acest fapt nu a condus la o scdere a gradului de utilizare a tehnologiilor de prelucrare prin deformare plastic la rece, ci dimpotriv, dar a implicat n principal gsirea unor soluii la urmtoarele provocri: reducerea dimensiunilor pieselor realizate prin aceste procedee, creterea complexitii formei i creterea gradului de flexibilitate a procedeului de generare a formei pieselor.

Procedeul de ambutisare incremental, studiat n cadrul lucrrii, rspunde acestor provocri, piesele realizate ndeplinind toate cerinele amintite mai sus. Cu toate acestea, procedeul are nc un grad ridicat de noutate, existnd nc multe ntrebri de natur tiinific i tehnologic care i ateapt nc rspunsul.

Cercetrile asupra procedeului de ambutisare incremental au un grad ridicat de dificultate, existnd cteva motive principale ale acestui fapt. n primul rnd baza material pentru aceste cercetri este una foarte complex, fiind necesare echipamente pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor utilizate, echipamente pentru msurarea deformaiilor, echipamente pentru achiziii de date, echipamente tehnologice pentru realizarea propriu-zis a proceselor. De asemenea, sunt necesare pachete software pentru simulare, analiz tehnic, prelucrare i interpretare a datelor.


6

O estimare aproximativ, dar cu un grad relativ ridicat de acuratee, relev faptul c suma necesar dezvoltrii unui laborator de cercetri n domeniul procedeelor moderne de prelucrare prin deformare plastic la rece depete 500.000 EUR. Nu n ultimul rnd trebuie avut n vedere resursa uman implicat n aceste cercetri care trebuie s aib un nivel extrem de ridicat de instruire. Studiile asupra ambutisrii incrementale necesit cunotiine din domeniul mecanicii teoretice, studiului i tehnologiei materialelor, teoriei plasticitii, tehnologiei construciilor de maini, tehnicilor CAD/CAE/CAM, automatizrilor industriale i programrii mainilor unelte cu comand numeric.

n acest context, este evident c o astfel de cercetare nu poate fi iniiat i finalizat cu succes dect ntr-un centru de excelen, care ndeplinete cerinele enunate: o dotare cu echipamente competitive la nivel mondial i un colectiv de cercetare valoros, cu experien i realizri deosebite n domeniu.

Cercetrile desfurate pe parcursul elaborrii prezentei lucrri au fost realizate n cadrul unui astfel de centru de excelen, Centrul de Studii i Cercetri pentru Deformri Plastice (CSCDP) al Universitii Lucian Blaga din Sibiu, sub ndrumarea conductorului tiinific al prezentei lucrri, prof.univ.dr.ing. Octavian Bologa, directorul centrului, i beneficiind de sprijinul colectivului de cercetare format i coordonat de ctre acesta.

n consecin, tematica lucrrii a fost aleas n contextul prezentat mai sus, legat de dezvoltarea noilor procedee de prelucrare prin deformare plastic la rece, iar cercetrile teoretice i experimentale abordate pe parcursul elaborrii lucrrii au fost realizate beneficiind de baza material a CSCDP, de competena, experiena n domeniu i rezultatele anterioare obinute de membrii colectivului de cercetare al acestuia, i, nu n ultimul rnd, de sprijinul, sfaturile i ndrumarea competent a conductorului tiinific al lucrrii.

Autoarea dorete s mulumeasc i pe aceast cale, n primul rnd, domnului prof. univ. dr. ing. Octavian Bologa, n dubla sa calitate de conductor tiinific al lucrrii i de director al Centrului de Studii i Cercetri pentru Deformri Plastice, pentru sprijinul, sfaturile i ndrumarea competent de pe tot parcursul elaborrii tezei.

De asemenea, se cuvin aduse mulumiri, ntregului colectiv al centrului de cercetri menionat mai sus i al Departamentului de Maini i Echipamente Industriale, pentru susinerea permanent, sfaturile competente i asistena oferit n utilizarea unor echipamente sau pachete software.

Autoarea dorete s aduc mulumiri i membrilor comisiei de evaluare a tezei de doctorat, pentru sugestiile oferite n etapa de finalizare a lucrrii i pentru analiza acesteia.

Nu n ultimul rnd, autoarea dorete s mulumeasc familiei i prietenilor, pentru toat nelegerea i sprijinul necondiionat oferite pe parcursul elaborrii tezei de doctorat.

1.2. Principalele direcii de cercetare abordate Principalele obiective ale lucrrii s-au desprins din analiza critic a stadiului actual din

domeniu i au presupus orientarea cercetrilor pe cteva direcii principale, prezentate n continuare. Una dintre aceste direcii a fost utilizarea ca i semifabricate a tablelor bimetalice. Acest tip de semifabricat poate duce la cumularea avantajelor oferite de ambele materiale din componena lui i la reducerea dezavantajelor majore ale fiecruia luat separat. De asemenea,

I n t r o d u c e r e

7

un semifabricat de acest tip, de o anumit grosime, compus dintr-un material mai scump i unul mai ieftin, n anumite condiii (legate n special de procedeul de prelucrare), poate avea o comportare similar sau apropiat cu un semifabricat de aceiai grosime, compus numai din materialul mai scump, cu efecte evidente privind reducerea costurilor. Mai mult, exist situaii n care sunt necesare anumite proprieti la exteriorul piesei i cu totul altele la interior. Aceast necesitate apare frecvent n dou cazuri. Un prim caz este legat de industria alimentar, n cazul recipientelor, unde la interiorul recipientelor sunt necesare proprieti legate de conservarea coninutului, gradul de contaminare cu impuriti, reactivitatea cu diverse componente ale coninutului etc., n timp ce la exterior sunt necesare proprieti legate de n principal de rezistena mecanic. Un al doilea caz este legat de industria bio-medical, la fabricarea componentelor de proteze i implanturi, unde stratul interior vine de multe ori n contact cu esuturile, iar stratul exterior cu mediul ambiant, fiecare dintre aceste straturi avnd funcii i, evident, proprieti diferite.

n contextul acestei abordri, cercetrile teoretice au urmrit dezvoltarea unor modele care s permit analiza prin metoda elementului finit a comportrii semifabricatelor de acest tip, n scopul examinrii limitelor de deformabilitate a unui material bimetalic.

O alt direcie major de cercetare s-a referit la modul de generare a formei pieselor obinute prin procedeul de ambutisare incremental, din punct de vedere al tipurilor de traiectorii i al strategiilor de prelucrare. Astfel, s-a constat c literatura de specialitate acord o atenie redus tipului de traiectorii utilizate, cercetrile fiind orientate aproape n exclusivitate pe folosirea unor traiectorii simple, de tip curbe de nivel, obinute prin intersectarea conturului piesei cu plane paralele cu planul orizontal. Acest lucru se justific pe de o parte prin dificultatea programrii unor traiectorii complexe, n condiiile inexistenei unor pachete software dedicate prelucrrilor prin ambutisare incremental, iar pe de alt parte dificultii implementrii unor astfel de traiectorii pe echipamentele tehnologice utilizate.

n lucrarea de fa, n cadrul cercetrilor experimentale au fost utilizate traiectorii complexe pentru generarea formei pieselor, i, de asemenea, au fost abordate strategii de prelucrare n dou treceri, una de degroare i una de finisare. Cercetrile derulate pe aceast direcie au urmrit o mai bun nelegere a influenei traiectoriei de deplasare a poansonului asupra creterii gradului de deformabilitate a tablelor bimetalice, precum i asupra calitii suprafeei prelucrate, a abaterilor de form i a preciziei dimensionale.

O ultim direcie de cercetare experimental abordat n cadrul lucrrii a presupus analiza teoretic i experimental a forelor aprute n procesul de prelucrare prin ambutisare incremental. Este bine cunoscut faptul c nu exist echipamente tehnologice dedicate pentru realizarea acestui proces, acesta desfurndu-se n majoritatea cazurilor pe centre de prelucrare prin frezare cu comand numeric. Acestea din urm sunt echipamente scumpe i complexe, apariia unor fore tehnologice rezistente care s depeasc valorile admisibile putnd duce cu uurin la deteriorarea acestora. Cercetrile desfurate pe parcursul realizrii acestei lucrri au urmrit elaborarea unei metode analitico-experimentale care s permit determinarea acestor fore n scopul evitrii situaiei amintite mai sus.


8

2. STADIUL ACTUAL N DOMENIUL PRELUCRRILOR PRIN AMBUTISARE A

MATERIALELOR BIMETALICE

2.1. Realizri i tendine n domeniul procedeelor de ambutisare a tablelor metalice

La ora actual, procedeele de ambutisare a materialelor sunt bine reprezentate la nivel industrial, mai ales n domeniul construciei de componente pentru autovehicule. Se poate constata ns o anumit discrepan ntre dotarea actual a companiilor industriale din Romnia, cu echipamente pentru ambutisarea clasic, i tendinele moderne privind forma pieselor pentru autovehicule, respectiv privind folosirea unor materiale cu caracteristici superioare. Pe de alt parte, competiia tot mai dur din industria autovehiculelor impune o flexibilizare avansat a proceselor tehnologice, implicit a echipamentelor folosite.

Astfel, ambutisarea cu poansoane monobloc, rigide, care realizeaz forma pieselor de caroserie, de exemplu, ca negativ al propriei forme, nu permite o schimbare rapid a formei sau tipului de pies prelucrat, fiind necesar deformarea materialului cu scule unitare de dimensiuni relativ mici sau cu scule segmentate.

n continuare este prezentat o analiz a celor mai importante procedee moderne de ambutisare flexibil a tablelor metalice.

2.1.1. Procedeul de ambutisare incremental a tablelor metalice

Procedeul de ambutisare incremental a tablelor metalice permite realizarea prin deformare plastic la rece, a unor caviti de diferite forme i dimensiuni n piese din tabl, pentru o producie de serie mic sau unicat, pornind de la deplasarea, pe anumite traiectorii, a unui poanson de geometrie simpl. Astfel, fr a utiliza plci active sau poansoane de complexitate ridicat, n funcie de micrile impuse elementelor active i utiliznd acelai tip de echipament tehnologic, destul de des ntlnit la ora actual, (de obicei o main-unealt cu cel puin trei axe comandate numeric) se pot obine o multitudine de forme cave.

Ideea deformrii incrementale a unor semifabricate de tip tabl, folosind o scul cu contact singular (denumit uneori impropriu contact ntr-un singur punct - zona de contact fiind de fapt o suprafa care depinde de forma poansonului), a fost brevetat de Leszak [90] cu mult nainte chiar ca ea s fie realizabil din punct de vedere tehnic [76].

n cazul procedeului de deformare incremental a tablelor metalice, deformarea se realizeaz de ctre un poanson 1 (fig. 2.1), avnd raza la vrf r, aflat n micare de rotaie n jurul axei sale cu viteza unghiular w, care vine n contact parial cu suprafaa semifabricatului 2. Semifabricatul, avnd grosimea iniial gi este fixat cu ajutorul unui inel de reinere 3 pe placa activ 4. Pentru realizarea formei finale a piesei 5, avnd grosimea gf i unghiul de nclinare fa de orizontal f, ntre poanson i semifabricat trebuie s existe o

Stad iul ac tual n domeniul prelucrri lor pr in ambutisare a materia le lor bimeta lice

9

micare relativ compus dintr-o deplasare de avans axial pe direcie vertical a poansonului, continu sau n trepte (incremental), i o deplasare n planul orizontal a semifabricatului.

Fig. 2.1. Schema procedeului de ambutisare incremental a tablelor

Deformarea ncepe din zona de ptrundere a poansonului. Acesta parcurge o traiectorie circular n plan i dup completarea acesteia, coboar pentru pasul urmtor i continu deformarea. Traiectoria poansonului precum i pasul vertical sunt dependente de forma final a piesei prelucrate.

Procedeul de ambutisare incremental, aprut relativ recent, nu este nc foarte bine reprezentat n literatura de specialitate, mai ales n ceea ce privete condiiile de deformare pentru anumite categorii de materiale, n ciuda numeroaselor avantaje pe care le prezint i a potenialelor aplicaii industriale. n plus, dei cercetrile publicate sunt relevante, de multe ori rezultatele obinute sunt limitate sau contradictorii [72], ceea ce face necesar continuarea cercetrilor n acest domeniu.

Studiile referitoare la acest procedeu s-au concentrat pn n prezent pe trei direcii principale: msurarea deformaiilor i deplasrilor produse n table, estimarea deformaiilor cu ajutorul metodei elementului finit i msurarea forelor de deformare [72].

Simulrile numerice efectuate de diveri cercettori au artat c, n cazul realizrii prin ambutisare incremental a unui trunchi de con cu baz circular sau eliptic [68], [49] sau a unui trunchi de piramid [112], [10], [76], materialul nu prezint o deplasare semnificativ pe direcia paralel cu planul tablei nedeformate, ci se deplaseaz mai ales perpendicular fa de acest plan. Acest lucru a fost demonstrat i prin determinri experimentale de ctre Sawada pe un model numeric 2D [124]. Ca urmare, se poate considera c starea de deformaie creat prin ambutisare incremental este o stare de deformaie plan. Spre deosebire de studiile anterioare, Bambach [10], folosind un model 3D complet, a artat ns c, dei ntinderea i subierea au loc ntr-un plan perpendicular pe direcia sculei, solicitarea dominant n acest plan este cea de forfecare. n planul paralel fa de direcia poansonului apar deformaii de forfecare, ce cresc cu scderea diametrului sculei de deformare, ceea ce ar contrazice ipoteza unei stri plane de deformare.

2.2. Materiale metalice multistrat folosite la ambutisare

Dei reprezint o dezvoltare relativ recent n industrie, tablele compozite multistrat se regsesc n prezent n aproape toate domeniile industriale, datorit proprietilor de densitate, rezisten mecanic i absorbie a energiei superioare celor ale semifabricatelor realizate dintr-un


10

singur material. Acestea sunt utile mai ales n ramuri cum ar fi industria auto, unde mijloacele de transport trebuie s ndeplineasc simultan condiii de siguran crescut a pasagerilor, confort mbuntit, creterea capacitii de ncrcare n condiiile reducerii consumului de energie.

n principiu, tablele multistrat, fig. 2.17, constau dintr-un numr de dou sau mai multe straturi de materiale i grosimi diferite (n general dou straturi exterioare s1 i s2 i un strat interior si denumit i miez sau inim), organizate astfel nct s combine cele mai bune proprieti ale componentelor rezultnd n final o serie de proprieti superioare comparativ cu cele ale materialului de baz. Straturile exterioare s1 i s2 au n general grosimi reduse dar o densitate ridicat, o bun rezisten i rigiditate, iar la interior miezul are o grosime mai mare i o densitate sczut. Aceste straturi sunt mbinate mecanic sau prin intermediul adezivilor, astfel nct s se comporte ca o component unitar. De regul, n cazul structurilor multistrat straturile exterioare preiau solicitrile de ndoire, n timp ce stratul interior (miezul) preia solicitrile de forfecare.

Fig. 2.17. Schema de principiu a tablelor multistrat

g1, g2 grosimea straturilor exterioare; s1, s2 straturile exterioare; si stratul interior; h grosimea total; l lungimea tablei.

2.2.4. Domenii de utilizare ale materialelor metalice multistrat

n prezent, structurile multistrat sunt utilizate n cele mai diverse aplicaii, datorit naltei eficiene rezistengreutate i rigiditategreutate. Numeroase aplicaii pot fi ntlnite la fuzelajele i aripile avioanelor, la navele spaiale, automobilele i ambarcaiunile de curse, la construcia de cldiri i echipamente sportive:

mobilierul utilizat n industria aeronautic i cea spaial; datorit greutii reduse i rezistenei la lovituri i deteriorare, plcile din

materiale multistrat sunt utilizate la containerele din transport aerian; la autovehicule, pentru asiuri, i pentru absorbia energiei, direcionarea aerului,

izolare termic, suprafee reflectorizante pentru faruri [74], [75]; scuturi termice i de amortizare a vibraiilor[74]; n domeniul medical pot fi obinute plci craniene sau dentare (fig. 2.42) [136, 76].

2.6. Concluzii i obiective ale cercetrilor

Procedeul de prelucrare a tablelor prin ambutisare incremental are un potenial ridicat n ceea ce privete obinerea prin deformare plastic a unor piese de forme complexe. Aplicarea pe scar industrial a procedeului este ns limitat, dei cercetrile recente au ncercat s amelioreze aceast situaie. n primul rnd, conform cercetrii bibliografice efectuate, nu exist nc o opinie unanim referitor la echipamentul tehnologic optim pentru acest procedeu. Unii autori consider c mainile unelte cu comand numeric de tipul centrelor de prelucrare prin frezare sunt cele mai indicate, alii au dezvoltat echipamente dedicate, n timp ce alii au cercetat posibilitatea utilizrii roboilor industriali seriali i

Stad iul ac tual n domeniul prelucrri lor pr in ambutisare a materia le lor bimeta lice

11

paraleli. Un alt aspect este legat de faptul c nu exist suficiente date legate de mrimea forelor rezistente tehnologice care apar n proces, i nici metode practice rapide i eficiente de determinare a acestora. Astfel, exist o reinere la nivelul companiilor industriale n utilizarea procedeului, pentru a nu se ajunge la deteriorarea unor echipamente scumpe (maini unelte cu comand numeric sau roboi industriali) din cauza apariiei unor fore n proces care s depeasc limitele admisibile.

Din punct de vedere al semifabricatului utilizat, cercetrile au fost orientate spre utilizarea semifabricatelor din tabl realizate dintr-un sigur material. Pe de alt parte, studiile bibliografice au relevat tendina din ce n ce mai accentuat de utilizare n procedeele de prelucrare prin deformare plastic a semifabricatelor multistrat. Cu toate acestea, cercetarea bibliografic nu a identificat nici o referire la utilizarea acestor materiale n procedeul de prelucrare prin ambutisare incremental. Se poate considera c exist n principal dou cauze majore pentru aceast situaie. Una dintre acestea se refer la faptul c nu exist modele teoretice care s permit studiul prin metoda elementului finit al comportrii acestor materiale la deformare. O a doua cauz se refer la faptul c n general costurile asociate cu obinerea acestor semifabricate (liani, tehnologii speciale de suprapunere i intercalare a diverselor materiale speciale etc.) nu justific utilizarea lor la fabricarea unor piese specifice procedeului de ambutisare incremental. Cu toate acestea, cercetarea bibliografic a relevat faptul c o combinaie optim de materiale, susceptibile de a fi prelucrate prin deformare plastic la rece include o tabl dintr-un material cu rezisten mecanic ridicat, din categoria oelurilor i un material cu greutate specific redus, dar cu o capacitate de deformare superioar, cum sunt aliajele de aluminiu. Astfel, un semifabricat realizat din cele dou materiale (oel i aliaj aluminiu) beneficiaz de o serie de avantaje specifice materialelor multistrat, fr a avea costurile ridicate asociate obinerii lui.

Din punct de vedere al tehnologiei utilizate, nu exist nc suficiente date, i implicit o abordare unitar care s permit obinerea pieselor n condiii optime att din punct de vedere al preciziei de form i dimensionale i a calitii suprafeelor prelucrate ct i a comportrii semifabricatului la deformare (tensiuni, deformaii, subieri).

Generarea formei pieselor, indiferent de echipamentul tehnologic utilizat este supus unor limitri datorate, n principal, inexistenei unor pachete software CAM dedicate procedeului de ambutisare incremental. Astfel, fie tipul traiectoriilor utilizate n prelucrare este limitat de utilizarea programrii manuale ca metod de realizare a programului pentru echipamentul tehnologic utilizat, fie, n cazul programrii asistate de calculator (CAM), traiectoriile utilizate pentru generarea formelor sunt extrem de simple, limitate la curbele de nivel obinute la intersecia conturului piesei cu planuri paralele cu planul orizontal. Exist foarte puine cercetri care s fi studiat influena utilizrii unor traiectorii de complexitate ridicat att asupra preciziei de form i dimensionale i a calitii suprafeelor prelucrate ct i a comportrii semifabricatului la deformare.

Cercetrile teoretice i experimentale legate de prelucrarea pieselor prin procedeul de ambutisare incremental au fost orientate n principal pe studierea comportrii acestora la deformare. Astfel, se fac studii comparative legate de valorile teoretice ale deformaiilor i subierilor i cele determinate experimental. Exist ns foarte puine studii asupra preciziei


12

dimensionale i de form i a rugozitii pieselor fabricate prin acest procedeu i a modului n care acestea pot fi influenate prin utilizarea unor strategii i parametri diferii de prelucrare.

n consecin, cercetrile realizate pe parcursul elaborrii acestei lucrri au fost orientate spre obiectivele prezentate n continuare.

Din punct de vedere al cercetrilor teoretice: dezvoltarea unor modele care s permit analiza prin metoda elementului

finit a comportrii semifabricatelor bimetalice, compuse dintr-un strat din oel i unul din aluminiu, n scopul examinrii limitelor de deformabilitate a unui material bimetalic;

realizarea unor simulri a procedeului de prelucrare prin ambutisare incremental a tablelor bimetalice;

realizarea asistat de calculator a unor programe pentru generarea unor traiectorii complexe de prelucrare;

determinarea unor relaii analitice i elaborarea unei metode teoretico-experimentale de estimare a forelor rezistente tehnologice aferente procedeului.

Din punct de vedere al cercetrilor experimentale: propunerea i validarea experimental a tablei bimetalice ca material

utilizabil pentru fabricarea pieselor prin procedeul de ambutisare incremental;

cercetri experimentale de determinare a comportrii la ambutisare incremental a tablelor bimetalice n scopul determinrii caracteristicilor de material;

realizarea unor cercetri experimentale asupra comportrii tablelor bimetalice supuse procedeului de ambutisare incremental;

determinarea experimental a influenei diverilor parametri tehnologici ce intervin n proces;

realizarea unor cercetri privind influena traiectoriilor utilizate; realizarea unor cercetri asupra preciziei de form i dimensionale i a

calitii suprafeelor prelucrate pentru piesele obinute.

Fundamente teore t ice i cerce tr i pre l iminare privind ambut isarea incremental a table lor bimeta lice

13

3. FUNDAMENTE TEORETICE I CERCETRI PRELIMINARE PRIVIND STUDIUL PROCESELOR DE

AMBUTISARE INCREMENTAL A TABLELOR BIMETALICE

3.1. Determinarea caracteristicilor materialelor

Cercetrile desfurate pe parcursul elaborrii acestei lucrri au utilizat frecvent informaii legate de caracteristicile de material i comportarea la deformare a tablelor bimetalice. Aceste date au fost determinate experimental folosind proceduri specifice, descrise n cadrul acestui capitol.

n scopul determinrii comportrii materialelor utilizate s-au derulat ncercri pentru determinarea caracteristicilor intrinseci (ncercarea la traciune) i trasarea curbelor limit de deformare (ncercarea Nakajima).

Pe parcursul cercetrilor experimentale au fost utilizate dou tipuri de materiale, oel DC04 i aluminiu AA6016. n continuare sunt descrise metodele i procedurile generale i fundamentele teoretice care stau la baza acestora, valorile concrete ale caracteristicilor materialelor de mai sus fiind prezentate n capitolul dedicat cercetrilor experimentale.

Standul experimental utilizat pentru ncercarea la traciune compus din maina de ncercat la traciune - Instron 5587 i sistemul optic de msurare a deformaiilor - Aramis este prezentat n figura 3.3.

Fig. 3.3. Standul experimental utilizat pentru ncercarea la traciune


14

a. Sistemul optic de msurare a deformaiilor - Aramis b. Detaliu cu extensometru montat pe epruvet

Fig.3.4. Maina de ncercat la traciune - Instron 5587

Pentru realizarea ncercrilor suprafaa epruvetelor a fost acoperit cu dou straturi de vopsea. Primul strat, de vopsea alb mat, a fost distribuit uniform pe toat suprafaa, acoperind total epruvetele, iar al doilea strat, de vopsea neagr, a fost pulverizat ntr-o distribuie aleatoare de puncte avnd o granulaie specificat n documentaia sistemului Aramis.

Utiliznd reeaua de puncte astfel realizat s-au msurat deplasrile fiecrui punct pe tot parcursul derulrii ncercrilor, sistemul optic de msurare a deformaiilor - Aramis determinnd deformaiile ce apar n epruvetele solicitate.

Epruvetele astfel pregtite au fost supuse pe rnd testului de ncercare la traciune pe maina de ncercat la traciune Instron 5587 i concomitent msurate cu sistemul Aramis.

Pentru determinarea valorilor lungimii i limii, iniiale i finale, ale fiecrei epruvetei deformate a fost utilizat programul aferent sistemului optic de msurare a deformaiilor - Aramis. Deoarece msurarea ntregii epruvete nu este posibil, din cauza condiiilor de luminozitate n zona de prindere a epruvetei n bacurile mainii, pentru determinarea valorilor menionate anterior, s-a utilizat urmtorul algoritm:

s-au definit dou puncte pe direcia lungimii epruvetei, respectiv dou puncte pe direcia limii epruvetei (fig. 3.6);

s-au msurat lungimile segmentelor dintre cele dou puncte, pe direcia lungimii, respectiv pe direcia limii epruvetei, la dou momente ale ncercrii, i anume: momentul iniial i final al deformrii;

aceste valori reprezint valorile mrimilor iniiale L0, b0, respectiv finale L i b, prezentate n relaia (3.6).


15

Fig.3.6 Msurarea lungimii i limii epruvetei

Analiza rezultatelor se face pentru momentul anterior apariiei gtuirii, timpul avnd aceeai valoare pentru ambele tipuri de ncercri.

Distribuiile deformaiilor principale i a grosimii epruvetei indic faptul c acestea sunt uniforme pe ntreaga lungime calibrat a epruvetei, datorit ipotezei omogenitii materialului n toat structura [166].

Pe baza rezultatelor obinute experimental s-a ajuns la cunoaterea exact a caracteristicilor mecanice i a parametrilor intrinseci ai materialului precum i a modelului comportrii elasto-plastice a materialului, necesare pentru simularea numeric prin metoda elementului finit.

3.1.2. Determinarea curbelor limit de deformare

Determinarea curbelor limit de deformare are ca scop obinerea limitei maxime de deformare a unui material. Pentru a determina curbele limit de deformare este necesar ca la contactul dintre poanson i material frecarea s fie ct mai redus.

Pe suprafaa plan i nedeformat a semifabricatului se aplic o reea de cercuri cu diametrul de 2 sau 3 mm sau un model aleatoriu de puncte. Semifabricatul este apoi deformat conform testului Nakajima sau Marciniak, pn la apariia fisurii n material, moment n care testul este oprit. Se determin deformaiile materialului, care sunt msurate n faza anterioar ruperii. Deformaiile maxime pe care le suport materialul fr apariia ruperii sunt determinate prin interpolare, iar valoarea maxim a acestora constituie curba limit de deformare [168].

Curbele limit de deformare se determin pe cale experimental prin puncte de coordonate 1, 2, unde 1, 2 sunt deformaiile limit, corespunztoare unui anumit mod de ncrcare a epruvetei (echibiaxial, stare plan, uniaxial etc.). Ca urmare, pentru a putea determina o curb limit de deformare trebuie realizate diferite moduri de ncrcare ale materialului cuprinse ntre ntinderea echibiaxial (1= 2) pn la forfecarea pur (1= -2) [13].


16

Pentru determinarea curbelor limit de deformare s-a optat pentru testul Nakajima [107], care presupune deformarea epruvetelor cu un poanson semisferic i o plac activ de form circular. Aceast ncercare simuleaz foarte realist procesele de ambutisare prin faptul c ine seama att de fenomenul de frecare dintre poanson i pies ct i de efectul razei la vrf a poansonului [13].

Pentru epruvetele utilizate s-a ales forma propus de Haek [63]. Epruvetele de form circular au diametrul de 200 mm i degajri laterale simetrice fa de direcia de laminare avnd raze diferite (fig. 3.7). Prin utilizarea acestor epruvete se pot obine ci de deformare cuprinse ntre traciunea uniaxial i ntinderea echibiaxial, acoperindu-se astfel ntreg domeniul de variaie al strilor de deformare ale tablelor [13].

Fig.3.7. Forma epruvetelor pentru determinarea curbelor limit de deformare

Orientarea semifabricatelor n raport cu direcia de laminare 1 se face conform figurii 3.8, i anume la oel este perpendicular pe direcia degajrii (fig. 3.8.a), iar la aluminiu este paralel cu direcia degajrii (fig. 3.8.b).

a. Oel b. Aluminiu

Fig. 3.8. Orientarea semifabricatelor n raport cu direcia de laminare

Conform metodologiei, trebuie realizat un numr de teste avnd ca rezultat minim trei piese valide. Abaterea total a sistemului trebuie s fie mai mic de 2%. Precizia msurrii este influenat de:

- acurateea reelei aplicate pe semifabricat; - rezoluia camerei (abaterea dispozitivului de msurare trebuie s fie mai

mic de 1% din lungimea msurat); - domeniul de msurare; - algoritmul de calcul.


17

Msurarea deformaiilor se poate realiza pe o reea de dimensiune cunoscut msurarea fcndu-se doar pe reeaua final, n cazul n care abaterea reelei iniiale este mai mic de 1%, sau prin compararea dimensiunii reelei finale cu cea iniial.

Standul experimental utilizat Pentru determinarea curbelor limit de deformare s-a utilizat un stand din dotarea Centrului

de Studii i Cercetri pentru Deformri Plastice al Universitii Lucian Blaga din Sibiu. Standul este compus din dispozitivul de ambutisare, sistemul de achiziie i prelucrare a datelor experimentale i sistemul optic de msurare a deformaiilor Aramis.

Dispozitivul de ambutisare (fig. 3.10) este compus dintr-o matri de ambutisare, modular, fixat pe masa dispozitivului, avnd montate n partea inferioar motoarele hidraulice liniare 14 care acioneaz poansonul 1 i inelul de reinere 6. Matria de ambutisare este cu acionare inferioar, cu placa activ 2 fix. Elementele active ale matriei: poansonul, placa activ i inelul de reinere sunt modulare, rapid schimbabile, astfel putndu-se realiza diferite tipuri de ncercri, cum ar fi: testul Nakajima, testul Marciniak, teste de ambutisare a pieselor cilindrice, conice, paralelipipedice etc.

Poansonul este acionat n micare de translaie de ctre tija motorului hidraulic de ambutisare 15, iar inelul de reinere de ctre cele patru motoare hidraulice liniare de reinere 14. Acionarea i comanda motoarelor hidraulice, de ambutisare respectiv de reinere, se realizeaz prin intermediul a dou pompe hidraulice independente, cu presiuni maxime de 250 bar (circuitul de ambutisare) respectiv 700 bar (circuitul de reinere).

Elementele componente ale standului pentru ncercarea Nakajima sunt urmtoarele: 1 - Poanson; 2 - Plac activ; 3 - Piuli canelat; 4 - Plac superioar; 5 - uruburi pentru

strngere suplimentar;

6 - Plac intermediar; 7 - Plac de ghidare; 8 - Buce de ghidare; 9 - Coloan; 10 - Plac de presiune; 11 - Inel de reinere; 12 - Suport tij;

13 - Flan; 14 - Motor hidraulic liniar

pentru reinerea semifabricatului;

15 - Motor hidraulic liniar pentru ambutisare;

16 - Suport.

Fig. 3.10. Schem de principiu a dispozitivului de ambutisare pentru determinarea curbelor limit de deformare


18

n figura 3.11 este prezentat standul experimental pentru realizarea ncercrilor pentru determinarea curbelor limit de deformare. Standul include i sistemul de msurare a deformaiilor - Aramis amplasat deasupra matriei, astfel nct s poat fi vizualizat i fotografiat ntreaga zon a epruvetei deformate n timpul prelucrrii (fig. 3.11).

Principalele caracteristici ale standului sunt: fora maxim de ambutisare: 200 kN; fora maxim de reinere a materialului: 100 kN; poanson semisferic cu diametrul: 100 mm; plac activ cu diametrul interior: 105 mm i raz de 10 mm.

Fig. 3.11. Standul experimental pentru determinarea curbelor limit de deformare

3.2.2. Modelul sistemului de prelucrare prin ambutisare incremental a tablelor bimetalice

Modelul sistemului de prelucrare prin ambutisare incremental este prezentat n figura 3.12. Sistemul de prelucrare este constituit dintr-un semifabricat, de form ptrat realizat din dou table (o foaie de oel DC04 de grosime 0.6 mm, notat n figura 3.12 cu 4 i o foaie de aluminiu AA6016 de grosime de 0.8 mm notat cu 3), solicitat cu un poanson sferic 1. Tabla bimetalic este fixat ntre placa de reinere 2 i placa activ 5 cu ajutorul unei fore de reinere.

Placa activ a fost realizat n dou variante: a plac activ de form rotund; b plac activ de form oval, ambele avnd o raz de racordare de 6 mm.

Semifabricatul realizat din cele dou tipo-dimensiuni de materiale este aezat pe placa activ i este fixat cu inelul de reinere prin intermediul unei fore de reinere, aplicat uniform pe suprafaa acestuia. Astfel, se asigur imposibilitatea alunecrii semifabricatului


19

prin jocul dintre inel i placa activ, procedeul analizat fiind un procedeu la care se obine o anumit adncire a piesei prin subierea materialului.

Principalele date geometrice caracteristice procedeului sunt prezentate n tabelul 3.1. Au fost astfel desfurate analize separate pentru toate tipurile de piese,

corespunztoare combinaiilor dimensionale din tabelul 3.1, n scopul evidenierii modificrilor la nivelul tensiunilor i deformaiilor din material introduse de aceti parametri geometrici. Suplimentar s-au realizat studii prin simulare numeric pentru un numr de patru piese, n scopul determinrii mrimii forelor tehnologice.

a. b.

Fig. 3.12. Modelul sistemului de prelucrare prin ambutisare incremental

Tabel 3.1. Dimensiunile semifabricatului Lsf lsf [mm] 120 120 Grosimea iniial a tablei de oel DC04 gDC04 [mm] 0.6 Grosimea iniial a tablei de aluminiu AA6016 gAA6016 [mm] 0.8 Raza plcii active Rpl [mm] 6 Diametrul poansonului Dp [mm] 6 8 10

Pentru studiul forelor discretizarea s-a fcut cu 240 de elemente (comparativ cu modelul necesar pentru studiul deformaiilor unde discretizarea s-a fcut cu 60 de elemente) i s-au utilizat fore de reinere cu valori cuprinse ntre 120-200 kN.

Datorit timpilor mari de rulare a analizei, de aproximativ 500 ore pentru piese realizate prin utilizarea de traiectorii simple de prelucrare, s-a renunat la realizarea de simulri numerice pentru piesele care necesit traiectorii complexe de prelucrare. Realizarea unor astfel de simulri a fost practic imposibil datorit att timpilor de rulare ct i puterii de calcul necesare.

n urma simulrilor s-a constatat c starea de deformaii din zona aflat sub poansonul sferic este una de ntindere biaxial, dup cum o confirm i analiza numeric.

Rezultatele simulrii numerice, pentru cele trei tipuri de piese propuse spre analiz, au urmrit n principal valorile deformaiilor specifice i subierea relativ a materialului.

Modelul sistemului de deformare necesit o reprezentare tridimensional. Reprezentarea geometric al sistemului a fost prezentat n figura 3.12 din care se observ c elementele componente ale sistemului au fost toate modelate pentru a reprezenta ct mai fidel sistemul real.


20

Astfel, semifabricatul este modelat printr-un corp geometric, avnd n seciune orizontal o form ptrat, fiecare dintre cele patru laturi ale ptratului fiind mprite n 60 de diviziuni.

Semifabricatul, discretizat ca un corp solid deformabil, este compus din dou materiale avnd fiecare iniial 3600 de elemente de tip membran subire (Thin Shell 163). Tipul de element asociat are patru noduri avnd 12 grade de libertate n fiecare nod i care poate fi utilizat doar n analize de tip explicit cum este cea de fa. Gradele de libertate asociate fiecrui nod sunt reprezentate de:

deplasrile nodale; rotirile globale; vitezele nodale; acceleraiile nodale.

Pentru determinarea coordonatelor, deplasrilor i rotirilor sunt folosite interpolri biliniare. Deformaiile specifice sunt calculate din cmpul deplasrilor, iar curbura din cmpul rotirilor. Deformaiile specifice transversale sunt calculate la mijlocul laturilor i sunt interpolate n punctele de integrare. n analiza prezentat aici au fost folosite apte puncte de integrare pe grosimea elementului.

Datorit modului de conectare al elementelor, n reea se afl un semifabricat care pentru fiecare dintre cele dou materiale care l compun are un numr de 3600 de elemente conectate prin 3604 noduri i de 43248 grade de libertate.

n cazul analizei numerice pentru determinarea forelor s-a utilizat un semifabricat la care, pentru fiecare dintre cele dou materiale care l compun s-au folosit un numr de 57600 de elemente conectate prin 57604 noduri i de 691248 grade de libertate.

Majoritatea preprocesoarelor care nsoesc pachetele software permit modelarea corpurilor rigide (nedeformabile) analitic sau discret. n cazul de fa elementele active sunt descrise i ele discret i nu analitic. Astfel, placa activ este generat dintr-un numr de 768 de elemente, respectiv 816 noduri avnd grosimea egal cu grosimea semifabricatului. Poansonul a fost generat sub forma unei suprafee sferice, poziionat n contact cu semifabricatul, urmnd ca prin deplasarea lui relativ fa de acesta din urm s se stabileasc contactul pe o suprafa de contact extins. Poansonul conine un numr de 215 elemente, respectiv 217 noduri. Placa de reinere este compus din 191 de elemente conectate prin intermediul a 239 de noduri.

Asupra nodurilor semifabricatelor aflate pe circumferin nu au fost impuse condiii de frontier care s anuleze gradele de libertate, acest lucru fiind realizat cu ajutorul plcii de reinere i a forei de reinere. Nu sunt prescrise n mod explicit nici alte condiii de frontier, de tipul deplasrilor nodale impuse sau al ncrcrilor cu fore n noduri, acestea se realizeaz pe parcursul rulrii programului ca urmare a impunerii condiiilor de non-penetrare a nodurilor semifabricatului discretizat.

ntre placa de reinere i stratul de aluminiu din componena semifabricatului coeficientul de frecare este m = 0.0125, iar ntre stratul de oel i placa activ coeficientul de frecare are valoarea de 0.075, coeficientul de frecare la contactul dintre poanson i stratul de aluminiu fiind m = 0.075. Datorit faptului c cele dou table sunt fixate prin intermediul forei de reinere s-a introdus un coeficient de frecare m = 0.125.


21

Au fost realizate cinci part-uri, care definesc placa activ, poansonul, inelul de reinere i semifabricatul bimetalic compus din cele dou materiale oel i aluminiu. Un part reprezint denumirea generic folosit pentru a defini ansamblul format din geometria, reeaua de elemente finite, real constantele i materialele pentru fiecare din elementele sistemului de deformare. Pentru part-ul care definete placa activ s-au anulat toate gradele de libertate: trei translaii i trei rotaii.

Pentru poanson au fost anulate toate rotaiile dup direciile X, Y i Z fiind permise doar translaiile pe direciile axelor X, Y (n planul tablei) i Z (perpendicular pe planul tablei). Part-ul asociat inelului de reinere are anulate toate rotaiile, i translaiile dup direciile X i Y. Pentru toate part-urile care definesc corpuri rigide a fost necesar introducerea datelor care definesc doar comportarea elastic a acestora i anume modulul de

elasticitate longitudinal, E = 210 GPa i coeficientul de contracie transversal, n = 0.3. Tipul de material asociat elementelor semifabricatului este elasto-plastic. Condiia de

curgere considerat este Hill, legea de curgere fiind dat de legea lui Swift i de modul de ecruisare anizotropic definit de Barlat. Modulul de elasticitate pentru oel este E_DC04 = 84.9 GPa, iar coeficientul de contracie transversal, n_DC04 = 0.28. Coeficientul de rezisten plastic, K_DC04 = 522 MPa, coeficientul de ecruisare, n_DC04 = 0.211 i deformaia specific la care apar primele deformaii plastice este e0 = 0.002 mm/mm. Pentru aliajul de aluminiu, modulul de elasticitate considerat este E_AA6016 = 61 GPa, iar coeficientul de contracie transversal, n_AA6016 = 0.34. Coeficientul de rezisten plastic, K_AA6016 = 480 MPa, coeficientul de ecruisare, n_AA6016 = 0.260 i deformaia specific la care apar primele deformaii plastice este e0 = 0.002 mm/mm.

Legea de curgere este reprezentat de relaia:

( ) .002.0561 224.0es += (3.9)

Coeficienii de anizotropie determinai experimental (n paragraful 4.2.2.) pentru oel sunt R0_DC04 = 1.38, R45_DC04 = 0.863 i R90_DC04 = 1.686, iar pentru aliajul de aluminiu R0_AA6016 = 0.748, R45_AA6016 = 0.43 i R90_AA6016 = 1.099.

Toate datele de material introduse au fost determinate experimental, n laboratoarele Centrului de Studii i Cercetri pentru Deformri Plastice al Universitii Lucian Blaga din Sibiu, metodologia de lucru i rezultatele experimentale fiind prezentate n capitolul dedicat cercetrilor experimentale.

Contactul dintre poanson i semifabricat a fost idealizat prin folosirea unui coeficient de frecare static, m = 0.075. Tolerana de contact a fost aleas de 0.01 mm i distribuit egal n jurul suprafeei exterioare a semifabricatului. Fora de desprindere a nodurilor n contact a fost considerat ca avnd valoarea de 10-12 kN, deci practic cea mai mic for de tragere duce la ruperea contactului. Acest fapt este necesar datorit schimbrilor foarte frecvente de contact care apar n tipul acestui tip de analiz.

Pentru soluionarea sistemului de ecuaii neliniare se folosete metoda Newton-Raphson. Rularea programului se face cu alocarea unui spaiu 2 GB din memoria intern pe un procesor cu dou nuclee.


22

3.2.3. Rezultatele simulrii numerice

Cercetrile experimentale preliminare au relevat faptul c pentru prelucrarea pieselor din semifabricate bimetalice prin procedeul de ambutisare incremental este necesar ca, contactul dintre poanson i semifabricat s aib loc pe stratul de aluminiu al tablei bimetalice. Orientarea semifabricatului astfel nct contactul s aib loc pe stratul de oel a condus n mod repetat la fisurarea pieselor prelucrate (a unuia sau a ambelor straturi).

Fig. 3.13. Orientarea semifabricatului bimetalic n raport cu poansonul

Analiza prin simulare numeric a urmrit determinarea deformaiilor semifabricatului. Modelul semifabricatului utilizat n simulare a inut cont de natura bimetalic a acestuia, dar rezultatele trebuie analizate individual pentru cele dou straturi.

n acest paragraf sunt prezentate rezultatele analizei prin simulare numeric ce descriu comportarea aluminiului din componena semifabricatului bimetalic, rezultatele privind comportarea oelului fiind prezentate n capitolul dedicat cercetrilor experimentale.

Au fost realizate simulri prin metoda elementului finit pentru piesele a cror form a fost generat prin deplasarea poansonului pe diverse traiectorii. Problema care a intervenit a constat n definirea deplasrii poansonului pe aceste traiectorii i n programul de simulare. Pentru rezolvarea acestei probleme au fost extrase coordonatele pe cele trei axe ale punctelor de pe traiectorie, din programul cu comand numeric, i adaptate pentru a putea fi utilizate n programul ANSYS. Fiecare punct achiziionat de pe traiectorie trebuie s fie corelat exact cu incrementul de timp al simulrii i cu fora de reinere a tablei bimetalice. Pentru un control exact al acestor date de intrare a fost realizat o baz de date cu coordonatele fiecrui punct de pe traiectorie.

3.2.3.1. Rezultatele simulrii piese de tip trunchi de con Modelul sistemului de prelucrare a fost prezentat n paragraful 3.2.2. Trebuie

menionat c pentru realizarea pieselor de tip trunchi de con s-a utilizat o plac activ rotund i au fost alternate poansoane cu diametre de 6 respectiv 8 mm.

Pentru piesele de tip trunchi de con au fost realizate simulri numerice pentru urmtoarele variante: a. piese de tip trunchi de con cu unghi de 45 prelucrate cu poanson cu diametru de 6 mm; b. piese de tip trunchi de con cu unghi de 45 prelucrate cu poanson cu diametru de 10 mm; c. piese de tip trunchi de con cu unghi de 55 prelucrate cu poanson cu diametru de 6 mm; d. piese de tip trunchi de con cu unghi de 55 prelucrate cu poanson cu diametru de 10 mm.


23

Toate piesele de tip trunchi de con au fost realizate utiliznd traiectorii complexe compuse din curbe de nivel formate dintr-o spiral arhimedic completat cu un cerc, decalate pe axa Z.

Aa cum s-a precizat mai sus, n acest paragraf vor fi prezentate rezultatele obinute prin simulare, privind comportarea stratului de aluminiu al semifabricatului bimetalic. n cazul oelului, rezultatele simulrii vor fi comparate cu cele experimentale i prezentate n paragraful 4.5, n scopul validrii modelului propus n cadrul simulrii.

Mrimile caracteristice obinute n urma simulrii numerice sunt urmtoarele: Subierea maxim relativ: Smax %; Deformaia principal maxim: 1 %; Deformaia secundar maxim: 2 %; Deformaia echivalent maxim Von Mises: VM %.

Codificarea pieselor s-a fcut utiliznd un ir alfanumeric de tipul 2507 _TC_10_55_SAC_240, unde:

2507 numrul programului CNC pentru prelucrarea piesei (formatul este impus de echipamentul de comand numeric al mainii);

TC forma piesei finite (TC-trunchi de con, E-emisfer, PC-pies complex); 10 diametrul poansonului utilizat n prelucrare; 55 unghiul trunchiului de con; SAC tipul traiectoriei (n acest caz spiral arhimedic SA, completat de

un cerc C); 240 viteza de avans pe traiectorie a poansonului, n mm/min.

n continuare sunt prezentate rezultatele variaiile subierii relative maxime obinute prin simularea numeric a procedeului de deformare incremental a tablelor bimetalice a pieselor de form trunchi de con (fig. 3.14).

Din analiza figurii 3.14 se poate observa faptul c subierile relative au o distribuie uniform pe suprafaa semifabricatului supus deformrii.

Deformaiile cu valori maxime sunt localizate pe pereii laterali ai trunchiului de con, corespunznd traiectoriei poansonului de-a lungul spiralei arhimedice. Subierea minim apare la baza trunchiului de con.

Cazurile cele mai dezavantajoase sunt reprezentate de trunchiurile de con cu unghi de 55. Acest lucru rezult din analiza valorilor subierii relative, care pentru aceste piese au valori mai ridicate dect n cazul pieselor realizate la un unghi de 45.

Subierea relativ maxim, cu valoare de 50.29 %, apare n cazul piesei de tip trunchi de con cu unghi de 55, realizat cu un poanson cu diametrul de 10 mm. Piesa similar, realizat tot cu poanson de 10 mm, dar cu unghi de 45, prezint o reducere a valorii subierii relative cu aproximativ 11%. Dac se analizeaz piesele din figura 3.14.b i d, realizate cu poansoane de 6 mm, se observ c pentru unghiul de 55 valoarea subierii relative este cu aproximativ 11% mai mare dect n cazul piesei realizate cu acelai poanson, dar la un unghi de 55.

n figura 3.15.a-d sunt prezentate deformaiile principale maxime. Distribuia deformaiilor principale are aceeai mod de variaie ca i n cazul subierilor relative, i anume poziionarea valorilor de maxim este de-a lungul traiectoriei de deplasare a poansonului pe


24

spirala arhimedic. Valoarea minim a deformaiei apare pe poriunea plan de la baza trunchiului de con.

Deformaiile secundare la piesele de tip trunchi de con sunt evideniate n figura 3.16.a-d. Aici poate fi observat, datorit apariiei unei valori maxime locale, zona de nceput a traiectoriei de ptrundere a poansonului n material, corespunztoare nceputului spiralei arhimedice.

Variaia deformaiilor echivalente Von Mises este prezentat n figura 3.17.a-d, iar distribuia acestora respect modul de comportare descris n cazul subierilor relative.

O sintez a valorilor i evoluiei mrimilor determinate prin analiza numeric este prezentat n tabelul 3.2.

Tabelul 3.2.

Pies

Mrimi caracteristice Deformaia principal maxim

Deformaia secundar maxim

Deformaia echivalent

maxim Von Mises

Subierea relativ maxim

e1 e2 eVM smax % % % %

Nr. pies Cod pies Material Sim. Sim. Sim. Sim.

1. 2507_TC_10_55_SAC_240 Al 73.93 28.98 93.18 50.29 2. 2508_TC_6_55_SAC_240 Al 70.68 34.82 88.42 46.14 3. 2517_TC_10_45_SAC_240 Al 58.29 26.88 77.94 44.70 4. 2518_TC_6_45_SAC_240 Al 59.20 28.75 75.38 43.02

a. 2507_TC_10_55_SAC_240 b. 2508_TC_55_6_SAC_240

c. 2517_TC_45_10_SAC_240 d. 2518_TC_45_6_SAC_240

Fig. 3.14. Subierea relativ


25

a. 2507_TC_10_55_SAC_240 b. 2508_TC_55_6_SAC_240

c. 2517_TC_45_10_SAC_240 d. 2518_TC_45_6_SAC_240

Fig. 3.15. Deformaia principal

a. 2507_TC_10_55_SAC_240 b. 2508_TC_55_6_SAC_240

c. 2517_TC_45_10_SAC_240 d. 2518_TC_45_6_SAC_240

Fig. 3.16. Deformaia secundar


26

a. 2507_TC_10_55_SAC_240 b. 2508_TC_55_6_SAC_240

c. 2517_TC_45_10_SAC_240 d. 2518_TC_45_6_SAC_240

Fig. 3.17. Deformaia echivalent Von Mises

3.4. Concluzii n prima parte a acestui capitol au fost prezentate principalele metode de determinare

a caracteristicilor materialelor, mai exact de determinare a caracteristicilor intrinseci ale acestora prin ncercarea la traciune. De asemenea, a fost prezentat i metodologia de determinare a curbelor limit de deformare. n continuare, au fost enunate o serie de principii teoretice, care stau la baza procesului de simulare a procedeului de ambutisare a tablelor bimetalice. A fost, de asemenea, prezentat metoda de analiz folosit n cadrul simulrilor numerice, precum i modelul sistemului de prelucrare prin ambutisare incremental a tablelor bimetalice, utilizat pentru studiul prin simulare. n cadrul aceluiai paragraf, au fost prezentate i rezultatele analizei prin simulare numeric ce descriu comportarea stratului de aliaj de aluminiu din componena semifabricatului bimetalic utilizat n cadrul cercetrilor.

Deoarece n cadrul cercetrilor desfurate pe parcursul elaborrii acestei lucrri au fost utilizate sisteme de achiziii de date asistate de calculator, n continuare au fost sintetizate principalele aspecte teoretice i practice legate de acestea. Astfel, au fost evideniate funciile instrumentaiei virtuale i principalele tipuri de semnale vehiculate n sistemele de achiziii de date. A fost prezentat sistemul de achiziie a datelor experimentale utilizat n cadrul cercetrilor experimentale, precum i principalele etapele ale procesului de achiziie. Achiziia datelor experimentale a cuprins, ntr-o prim faz, stabilirea naturii i tipului semnalului achiziionat, analiza spectral i filtrarea acestuia. Urmtoarea etap a fost reprezentat de etalonarea mesei dinamometrice, iar n final a fost prezentat structura diagramei de achiziie, realizat cu ajutorul pachetului software Matlab & Simulink.

Cercetri experimenta le privind ambut isarea incrementa l a tab le lor bimetalice

27

IV. CERCETRI EXPERIMENTALE PRIVIND AMBUTISAREA INCREMENTAL A TABLELOR

BIMETALICE

4.1. Materiale utilizate

Pentru realizarea cercetrilor experimentale s-au utilizat table bimetalice (fig. 4.1) compuse prin suprapunerea a dou tipuri de materiale:

- tabl de oel de ambutisare tip DC04 grosime 0.4 mm i 0.6 mm; - tabl de aluminiu tip AA6016 grosime 0.8 mm.

Fig.4.1. Semifabricatul bimetalic utilizat

4.3. Procedeul de ambutisare incremental a tablelor bimetalice utilizat pentru desfurarea cercetrilor

4.3.1. Procedeul tehnologic utilizat pentru deformarea incremental a tablelor bimetalice

Urmtoarea parte a cercetrilor experimentale a fost orientat spre studiul procedeului de ambutisare incremental a tablelor bimetalice. Ambutisarea constituie unul dintre cele mai rspndite procedee de fabricaie, prin deformare plastic, a pieselor cu forme complexe n industria aeronautic i de autovehicule.

Fabricarea pieselor prin procedeul de ambutisare clasic este eficient pentru producia de mas a componentelor din table metalice i necesit parcurgerea unor etape legate de elaborarea procesului tehnologic de matriare a piesei i de proiectare propriu-zis a matriei.

Cu toate acestea, din cauza costurilor mari i a valorii foarte ridicate a timpilor de prelucrare, procedeul nu este economic pentru loturile mici de producie sau pentru realizarea pieselor unicat.

Din acest motiv n cadrul lucrrii au fost abordate cercetri privind ambutisarea incremental, n ncercarea de a reduce costurile ridicate aferente realizrii matrielor destinate procesului de ambutisare clasic.

Ambutisarea incremental permite utilizarea unor matrie simplificate, pe care se pot obine un numr mare de tipo-dimensiuni de piese, spre deosebire de procedeul clasic, unde o matri este destinat realizrii unui singur tip de pies.

Din acest motiv, s-a optat pentru folosirea unei matrie de deformare cu un set de plci active interschimbabile, care, utilizat n procedeul de ambutisare incremental a tablelor


28

bimetalice, permite o cercetare amnunit a comportrii acestora la deformare, prin realizarea mai multor tipo-dimensiuni de piese.

Matria utilizat n procedeul de ambutisare incremental este prezentat n figura 4.11 fiind compus din:

1. poanson; 2. port-poanson; 3. tabl bimetalic;

4. plac activ; 5. plac de reinere; 6. plac port-activ;

7. plac de baz.

Fig. 4.11. Matria de ambutisare utilizat n procedeul de deformare incremental

Semifabricatul 1 este fixat rigid ntre placa activ i placa de reinere, cu ajutorul a ase uruburi. Plcile active utilizate sunt prezentate n figura 4.12.

n vederea obinerii unor traiectorii de prelucrare ct mai diverse, i implicit a unor piese cu forme complexe, plcile active sunt interschimbabile i au diferite forme la interior: circular (fig. 4.12.a) i oval (fig. 4.12.b), fiecare dintre ele fiind executate cu raz de racordare de 6 mm.

a. b.

Fig. 4.12. Plcile active utilizate

Poansoanele utilizate n procedeul de deformare sunt, de asemenea, uor de nlocuit datorit port-sculei cu buc elastic utilizat pentru montarea poansonului pe main. Poansoanele utilizate au form emisferic la vrf, cu raze de 6, 8 i 10 mm.


29

Portscula i cele trei poansoane utilizate sunt prezentate n figura 4.13.

Fig. 4.13. Portscula i poansoanele utilizate

Poansoanele i plcile active de ambutisare sunt executate dintr-un oel aliat 20Cr115 SR EN ISO 4957:2002 cruia i s-a aplicat un tratament termic de mbuntire.

Cercetrile experimentale privind ambutisarea incremental a tablelor bimetalice au urmrit realizarea unor piese cu forme complexe, n condiii de precizie dimensional ridicat. Din acest motiv, ca i echipament tehnologic utilizat pentru cercetrile experimentale s-a optat pentru centrul de prelucrare prin frezare cu comand numeric Haas MiniMill, existent n laboratoarele Departamentului de maini i echipamente industriale a Facultii de Inginerie din Sibiu, prezentat n figura 4.14.

Fig. 4.14. Centrul de prelucrare prin frezare CNC Haas MiniMill

Pentru msurarea forelor rezistente tehnologice dup cele trei direcii (X, Y, Z) n timpul prelucrrii s-a utilizat o mas dinamometric (fig. 4.15.a), montat pe masa mainii (fig. 4.15.b), care este constituit din dou plci: inferioar 3 i superioar 2 ntre care sunt montate cele dou elemente elastice 1 i 4. Centrarea i fixarea lor se realizeaz cu ajutorul


30

tifturilor de centrare i a uruburilor. Placa de baz dispune de pene pentru centrarea pe masa mainii, iar placa superioar de canale n form de T, pentru centrarea i fixarea matriei utilizate n cadrul ncercrilor experimentale.

a. model 3D b. montarea pe masa mainii

Fig. 4.15. Masa dinamometric

4.3.2. Tipurile de piese realizate

Cercetrile experimentale au fost realizate pe o tabl bimetalic obinut prin suprapunerea unei table de oel DC04 cu grosime g = 0.6 mm i a unei table de aluminiu AA6016 cu grosime g = 0.8 mm. Caracteristicile mecanice oferite de productor au fost descrise detaliat n paragraful 4.1. Semifabricatul astfel obinut va fi tratat n continuare ca ansamblu unitar i denumit tabl bimetalic.

Comportarea tablei bimetalice cu aceast componen nu a fost tratat n literatura de specialitate, motiv pentru care a fost necesar realizarea unui studiu detaliat pentru determinarea comportrii la deformare plastic n condiiile respectrii caracteristicilor de calitate a suprafeei i a asigurrii preciziei de form a piesei finite.

n scopul determinrii comportrii la deformare a tablei bimetalice au fost analizai o serie de parametri reprezentativi n procesul de ambutisare incremental. Aceti parametri au fost variai n scopul determinrii modului n care influeneaz procesul de ambutisare.

Prin procedeul de ambutisare au fost realizate piese cu flan, de diferite forme, prin variaia unor parametri, cum ar fi:

1. Parametrii tipo-dimensionali ai piesei finite: 1.1. Forma piesei finite

- trunchi de con; - emisfer; - pies de form complex. 1.2. Unghiul de nclinare al trunchiului de con

- unghi de 45; - unghi de 55.

2. Parametrii legai de geometria i dimensiunile elementelor active: 2.1. Forma plcii active pe care s-a prelucrat piesa

- plac activ de form rotund;


31

- plac activ de form oval. 2.2. Dimensiunile poansonului

- diametru de 6 mm; - diametru de 8 mm; - diametru de 10 mm.

3. Parametrii legai de procedeul de prelucrare: 3.1. Viteza de avans a poansonului pe traiectorie

- vav = 240 mm/min; - vav = 480 mm/min.

3.2. Pasul de avans pe adncime - p = 1 mm; - p = 2 mm. 4. Tipurile de traiectorii utilizate n prelucrare:

4.1. Traiectorii simple 4.2. Traiectorii complexe

4.3.2.1. Piese de tip trunchi de con

Parametrii variai n timpul procesului de ambutisare sunt prezentai n tabelul 4.8. Tabelul 4.8.

Forma piesei

Diametrul poan-

sonului [mm]

Unghiul conului

[]

Viteza de avans

[mm/min]

Tip traiectorie

Pas de avans pe adncime

[mm]

Reea marcaj [mm]

Codificare pies

Trunchi

de con

6 45 240 Cerc 1 3 TC_6_45_C_240 10 45 240 Cerc 1 3 TC_10_45_SAC_240 6 45 240 Cerc 2 2 TC_6_45_C_240

6 45 240 Spiral

arhimedic + cerc

2 2 TC_6_45_SAC_240

6 55 240 Cerc 2 2 TC_6_55_C_240

6 55 240 Spiral

arhimedic + cerc

2 2 TC_6_55_SAC_240

6 55 480 Spiral

arhimedic + cerc

2 2 TC_6_55_SA_480

10 45 240 Cerc 2 2 TC_10_45_C_240

10 45 240 Spiral

arhimedic + cerc

2 2 TC_10_45_SAC_240

10 55 240 Cerc 2 2 TC_10_55_C_240

10 55 240 Spiral

arhimedic + cerc

2 2 TC_10_55_SAC_240

n figura 4.20 este prezentat piesa cu form de trunchi de con, n care se pot observa

caracteristicile dimensionale ale acesteia.


32

a.

b.

Fig. 4.20. Modelele pieselor de tip trunchi de con

a. unghi de 55 b. unghi de 45

Fig. 4.24. Deplasrile poansonului (d = 6 mm) necesare realizrii trunchiurilor de con (traiectorii complexe)

a. unghi de 55 b. unghi de 45

Fig. 4.25. Deplasrile poansonului (d = 10 mm) necesare realizrii trunchiurilor de con (traiectorii complexe)


33

4.3.2.2. Piese de tip emisfer Urmtoarea etap a cercetrilor experimentale a implicat generarea prin procedeul de

ambutisare incremental a unor piese de form emisferic (fig. 4.26). n scopul obinerii unei abateri de form ct mai sczute, avansul de ptrundere a fost

stabilit la o valoare de 1 mm pe Z. Emisferele au fost realizate utiliznd o plac activ de form circular i un poanson cu diametrul de 8 mm.

Fig. 4.26. Modelul 3D al piesei de form emisferic

Variaia parametrilor s-a realizat conform tabelului 4.10. Tabelul 4.10.

Forma piesei

Diametrul poansonului

[mm]

Viteza de avans

[mm/min] Tip traiectorie

Pas de avans pe adncime

[mm]

Codificare pies

Emisfer

8 240 Cerc 1 2402_E_8_C_240

8 240 Spiral arhimedic + cerc 1 2401_E_8_SAC_240

8 240 Cerc + cerc la 90 1 2404_E_8_CC90_240

Procedeul de ambutisarea incremental a tablelor bimetalice pentru realizarea pieselor de form emisferic s-a realizat prin utilizarea a dou tipuri de traiectorii:

a. Traiectorii simple care, ca i n cazul pieselor n form de trunchi de con, au constat n cercuri distanate pe adncime (axa Z) cu 1 mm au fost prezentate grafic n figura 4.27.

Fig. 4.27. Traiectorii circulare pentru generarea pieselor de tip emisfer


34

b. Traiectoriile complexe au fost reprezentate ntr-o prim faz de combinaia spiral arhimedic i cerc. Acest tip de traiectorie este prezentat pentru o anumit cot Z (fig. 4.28.a), n figura 4.28.b sunt prezentate toate traiectoriile necesare generrii unei piese.

a. b.

Fig. 4.28. Traiectorii complexe de tip spiral arhimedic + cerc pentru generarea pieselor de form emisferic

O alt abordare a realizrii emisferei presupune generarea formei acesteia printr-o prelucrare prin ambutisare incremental n dou etape de prelucrare i anume:

- Etapa de degroare, - Etapa de finisare

Fig. 4.29. Traiectorii complexe degroare i finisare

4.3.2.3. Piese complexe Unul dintre obiectivele cercetrilor experimentale a fost generarea prin procedeul de

ambutisare incremental a unei piese complexe, prezentat n figura 4.30. Forma piesei a fost astfel proiectat nct s alterneze suprafeele plane cu cele circulare.


35

Fig. 4.30. Modelul 3D n seciune al piesei de form complex

Traiectoriile pentru obinerea pieselor complexe sunt prezentate n tabelul 4.12: Tabel 4.12.

Forma piesei

Diame-trul

poanso-nului [mm]

Numr treceri pentru

prelucrare

Viteza de

avans [mm/ min]

Etapele de prelucrare Tip traiectorie

Pas de avans

pe adn-cime [mm]

Codificare pies

Pies com-plex

8 1 240 Degroare Curbe de nivel pe

contur decalate pe axa Z

2 2301_PC_8_W_240

8 1 240 Degroare

Spirale arhimedice i curbe de nivel pe

contur decalate pe axa Z

2 2302_PC_8_WSA_240

8 2 240 Degroare

Curbe de nivel pe contur decalate pe axa

Z 2 2701_PC_8_WP0_240 Finisare Finisare plan, traiectorii la 0

8 2 240 Degroare



8 2 240 Degroare



8 3 240

Degroare Curbe de nivel pe

contur decalate pe axa Z 2 2706_PC_8_WOPTP_240 Finisare 1 Finisare plan

optimizat n dou treceri Finisare 2

Problema care apare n acest caz este posibilitatea apariiei de fisuri, datorit aplicrii

de solicitri repetate ale materialului n aceleai zone. Acest fapt a constituit una din principalele limitri ntlnite la prelucrarea acestui tip de pies. I. Piese complexe prelucrate dintr-o singur etap

n acest caz se disting dou variante de deplasare: a. curb de nivel pe contur ce descrie conturul exterior al piesei decalat pe

axa Z pentru fiecare adncime de ptrundere a poansonului figura 4.32;


36

b. traiectorie compus din spiral arhimedic i curba de nivel pe contur decalat

pe axa Z pentru fiecare adncime de ptrundere a poansonului figura 4.33.

Pentru simplificare, n figura 4.33.b au fost reprezentate doar dou plane de lucru, i anume: planul de nceput al deformrii de culoare neagr, iar cu culoare roie ultimul plan n care se execut spirala i curba de nivel pe contur. Prelucrarea se ncheie cu o deplasare liniar (de culoare verde n figur) ntr-un plan decalat pe axa Z cu nc -2 mm.

Fig. 4.32. Curbe de nivel pe contur decalate pe axa Z

a. b.

Fig. 4.33. Traiectorii compuse din spirale arhimedice i curbe de nivel pe contur decalate pe axa Z

II. Piese complexe prelucrate din dou etape Aa dup s-a amintit mai sus, problema care intervine n cazul pieselor complexe este

apariia de fisuri datorate aplicrii de solicitri repetate asupra materialului, n zonele de trecere de la suprafaa sferic la suprafaa plan. Din acest motiv, cercetrile experimentale privind generarea prin ambutisare incremental a pieselor complexe s-au axat pe optimizarea deplasrii poansonului. A fost studiat astfel comportarea tablei bimetalice la deformare n condiiile unor abateri de form ct mai sczute, fr subieri periculoase ale materialului.

Astfel prelucrarea piesei s-a realizat n dou etape: a. degroare, care deformeaz piesa la o cot cu 2 mm mai mic dect

cota final a piesei (fig. 4.32),


37

b. finisare plan, care deformeaz piesa pn la cota final. Etapa de finisare plan este realizat prin dou metode:

i. finisare realizat dintr-o singur faz (trecere), cu traiectorii nclinate la diferite unghiuri n raport cu axa X;

- finisare plan, traiectorii orientate la un unghi de 0 n raport cu axa X (fig. 4.35); - finisare plan, traiectorii orientate la un unghi de 90 n raport cu axa X (fig. 4.36);

Fig. 4.35. Finisare plan realizat dintr-o singur trecere - traiectorii orientate la 0


- finisare plan, traiectorii orientate la un unghi de 45 n raport cu axa X (fig. 4.37).


Forma final a piesei rezult din combinarea traiectoriilor specifice celor dou etape de prelucrare, degroare, reprezentat n figur cu culoare roie i finisare (culoare neagr), (fig. 4.38.a-c).


38

a. b.

c.

Fig. 4.38. Traiectorii de realizare piesei finale (degroare + finisare plan dintr-o singur trecere)

ii. finisare realizat n dou faze (treceri), cu traiectorii orientate pe direcii de deplasare distincte (fig. 4.39).

n urma msurrii deformaiilor pe piesele prelucrate s-au observat zone cu o subiere accentuat a materialului, n special, n zonele de ptrundere a poansonului. Pentru a evita acest inconvenient, i pentru ca piesa s prezinte o subiere uniform a materialului, s-a modificat strategia de finisare prin utilizarea unei finisri n dou treceri.

Aceast strategie a fost denumit finisare optimizat i a presupus divizarea prelucrrii n dou faze i respectiv dou tipuri de traiectorii:

- o prim faz (fig. 4.39.a), n care traiectoriile sunt orientate la un unghi de 0 fa de axa X (similare cu figura 4.35 de mai sus);

- o a doua faz (fig. 4.39.b), n care traiectoriile sunt orientate la un unghi de 90 fa de axa X paralel cu axa Y (similare cu figura 4.36 de mai sus).

Pentru reducerea mrimii acestei zone, unghiul de finisare pe direcia paralel cu axa Y a fost diminuat pn la obinerea unei variante optime, mai precis un unghi de 20 la vrf, din care se poate observa c zona de intersecie a celor dou traiectorii de prelucrare prezint acum un decalaj n raport cu raza de col a piesei.

Cercetri experimentale privind ambutisarea incremental a tablelor bimetalice

39

a. Finisarea 1 pe direcie paralel cu axa X b. Finisarea 2 pe direcie paralel cu axa Y

Fig. 4.39. Deplasarea poansonului la finisare pe dou direcii

Fig. 4.40. Modificarea unghiurilor ntre direciile de deplasare a poansonului la finisare

n figura 4.41 sunt prezentate toate traiectoriile utilizate pentru obinerea pieselor complexe prin aceast metod, cu trecerea de degroare, ce realizeaz curbele de nivel pe contur decalate pe axa Z reprezentat cu culoare roie, prima trecere de finisare pe direcie paralel cu axa X (culoare neagr) i a doua trecere de finisare pe direcie paralel cu axa Y (culoare albastr).

Fig. 4.41. Traiectoriile poansonului la degroare i finisare n dou faze (treceri)


40

4.4. Determinarea experimental a deformaiilor pieselor ambutisate incremental

4.4.1. Msurarea deformaiilor pieselor de tip trunchi de con

Mrimile caracteristice studiate pe baza msurrii deformaiilor pieselor sunt: Deformaia principal maxim: 1 %; Deformaia secundar maxim: 2 %; Deformaia echivalent maxim Von Mises: VM %; Subierea maxim relativ: Smax %.

Pentru fiecare din aceste mrimi au fost extrase imagini cu evoluia acestora dup procedeul de ambutisare incremental.

n cadrul cercetrilor experimentale, accentul a fost pus pe analiza capacitii de deformare, prin studiul distribuiei strii de deformaii i a subierii relative. Astfel, aceste mrimi caracteristice au fost analizate pentru cele mai reprezentative dintre piesele prelucrate.

4.4.1.1. Piese de tip trunchi de con prelucrate prin traiectorii simple

n continuare sunt prezentate distribuiile valorilor deformaiilor echivalente (fig.

4.48). i ale subierii relative, precum i curbele limit de deformare raportate la deformaiile principale i secundare pentru piesele de tip de trunchi de con (fig. 4.47).

a. 2519_TC_6_45_C_240 b. 2510_TC_10_55_C_240

Fig. 4.47. Distribuiile subierii relative pe piesele trunchi de con, traiectorie circular

a. 2519_TC_6_45_C_240 b. 2510_TC_10_55_C_240

Fig. 4.48. Deformaiile echivalente Von Mises


41

n tabelul 4.13 sunt prezentate valorile mrimilor caracteristice pentru dou dintre piesele de tip trunchi de con, cu unghiuri de 45 i 55, prelucrate cu traiectorii simple, cu poansoane cu diametre de 6 mm, respectiv 10 mm.

Tabel 4.13.

Nr. crt.

Cod piese de tip trunchi de con

Mrimi caracteristice

Deformaia principal maxim



maxim Von Mises

Subierea maxim relativ


1. 2519_TC_6_45_C_240 42.50 16.81 64.42 38.20

2. 2510_TC_10_55_C_240 51.64 18.39 80.50 43.70

4.4.1.2. Piese de tip trunchi de con prelucrate prin traiectorii complexe n continuare sunt prezentate cteva piese de tip trunchi de con, pentru a cror

realizare s-au utilizat traiectorii complexe pentru generarea formei. n figura 4.52 sunt prezentate subierile relative ale pieselor de tip trunchi de con

realizate prin traiectorii complexe. Se observ faptul c pentru acest tip de piese distribuia subierilor relative nu mai prezint zone de concentrare a mrimilor caracteristice, ca n cazul pieselor de tip trunchi de con prelucrate cu traiectorii simple.

n tabelul 4.14 sunt prezentate mrimile caracteristice pentru piesele de tip trunchi de con analizate.

Tabelul 4.14.

Nr. crt.

Codificarea pieselor de tip trunchi de con

Mrimi caracteristice

Deformaia principal maxim



maxim Von Mises



1. 2507_TC_10_45_SAC_240 45.30 20.90 74.27 42.10 2. 2508_TC_6_45_SAC_240 42.00 23.50 66.28 39.30 3. 2518_TC_6_45_SAC_240 41.00 24.60 74.30 42.41 4. 2508_TC_6_55_SAC_240 44.80 21.90 73.45 41.82 5. 2508_TC_6_55_SAC_480 45.10 22.70 73.47 42.02 6. 2517_TC_10_45_SAC_240 41.40 26.40 74.62 42.60 7. 2507_TC_10_55_SAC_240 63.44 35.0 94.7 42.51

Se remarc faptul c, la acest tip de piese, localizarea deformaiilor cu valori maxime

este de-a lungul spiralei arhimedice pe care s-a deplasat poansonul (fig. 4.53).


42

a. 2507_TC_10_45_SAC_240 b. 2508_TC_6_45_SAC_240

c. 2518_TC_6_45_SAC_240 d. 2517_TC_10_45_SAC_240

e. 2508_TC_6_55_SAC_240 f. 2508_TC_6_55_SAC_480

g. 2507_TC_10_55_SAC_240

Fig. 4.52. Distribuiile subierii relative pe piesele trunchi de con traiectorie circular i spiral arhimedic


43

a. 2507_TC_10_45_SAC_240 b. 2508_TC_6_45_SAC_240

c. 2518_TC_6_45_SAC_240 d. 2517_TC_10_45_SAC_240

e. 2508_TC_6_55_SAC_240 f. 2508_TC_6_55_SAC_480

g. 2507_TC_10_55_SAC_240

Fig. 4.53. Deformaiile echivalente Von Mises


44

4.5. Analiza comparativ a rezultatelor teoretice i experimentale

n cadrul acestui paragraf au fost analizate comparativ rezultatele experimentale cu cele obinute prin simulare numeric a procedeului de ambutisare incremental a tablei bimetalice.

Datorit orientrii semifabricatului bimetalic n timpul prelucrrii (stratul de aliaj de aluminiu AA6016 n contact cu poansonul), determinarea experimental a deformaiilor s-a fcut numai pentru stratul de oel DC04. Plasarea la interior a aliajului de aluminiu a fcut imposibl msurarea deformaiilor la nivelul acestui strat. Comportarea aliajului de aluminiu AA6016 a fost studiat prin simulare numeric, rezultatele fiind prezentate n capitolul 3.

Cu ajutorul pachetului software ARGUS pot fi extrase valorile deformaiilor exprimate n trei variante: deformaii convenionale, deformaii reale i deformaii de tip Green. n continuare, deformaiile reale, determinate experimental, au fost comparate cu deformaiile reale rezultate n urma simulrii numerice.

4.5.1. Piese de tip trunchi de con

n tabelul 4.17 au fost introduse valorile mrimilor caracteristice obinute experimental i datele rezultate n urma analizrii simulrilor numerice.

Tabel 4.17.

Nr. crt.

Codificarea pieselor de tip trunchi de con

Mrimi caracteristice Deformaia principal maxim


Deformaia echivalent maxim

Von Mises


e1 e2 eVM smax Cod pies % log % log % log % log

1. 2507_TC_10_ 55_SAC_240 Exp. 63.44 0.4912 35.00 0.3000 94.7 0.6664 47.51 0.6445 Sim. - 0.6375 - 0.2954 - 0.8231 - 0.7699

2. 2508_TC_6_ 55_SAC_240 Exp. 44.8 0.3700 21.9 0.1979 73.45 0.5507 41.82 0.5416 Sim. - 0.6353 - 0.3290 - 0.8150 - 0.6448

3. 2517_TC_10_ 45_SAC_240 Exp. 41.4 0.3460 26.4 0.2340 74.62 0.5574 42.6 0.5552 Sim. - 0.5171 - 0.2723 - 0.6901 - 0.6548

4. 2518_TC_6_ 45_SAC_240 Exp. 41.0 0.3430 24.6 0.2200 74.30 0.5556 42.41 0.5519 Sim. - 0.5439 - 0.2717 - 0.6796 - 0.6400

Datorit faptului c n paragraful 4.4.1 a fost studiat comportarea la deformare a

pieselor de tip trunchi de con, prin studiul subierilor relative i a deformaiilor Von Mises, n continuare vor fi comparate deformaiile principale maxime i deformaiile secundare maxime, obinute experimental pentru tabla de oel DC04 i valorile obinute prin simulare (4.67-4.73).

Se remarc faptul c, la acest tip de piese, localizarea deformaiilor principale cu valori maxime este de-a lungul spiralei arhimedice pe care se deplaseaz poansonul. Valoarea maxim apare n punctul iniial al spiralei arhimedice, corespunnd cu zona de intrare a poansonului n material. Ulterior aceste valori scad uor rmnnd apoi constante pe poriunea final a traiectoriei. Evoluia mrimilor este relativ similar n cazul deformaiilor secundare. n acest caz valoarea maxim este localizat mai precis n zona de intrare a poansonului n material.


45

a. Experimental b. Simulare

Fig. 4.66. Deformaiile principale maxime pentru piesele de tip trunchi de con 2507_TC_10_55_SAC_240


Fig. 4.67. Deformaiile secundare maxime pentru piesele de tip trunchi de con 2507_TC_10_55_SAC_240






46








Fig. 4.73. Deformaiile secundare maxime pentru piesele de tip trunchi de con 2508_ TC_55_6_SAC_240


47

4.6. Precizia dimensional i de form a pieselor prelucrate prin procedeul de ambutisare incremental

4.6.2. Precizia dimensional i de form a pieselor de form complex

Msurtorile pentru piesele de form complex, au fost realizate pe o main de msurat n coordonate (MMC). S-a optat pentru o strategie de msurare pe patru curbe rezultate prin intersecia suprafeei sferice cu patru plane perpendiculare pe planul XOY, orientate la 45 unul fa de cellalt.

Au fost msurate piesele a cror form a fost generat prin una din urmtoarele variante ale procedeului de prelucrare:

I. Prelucrare dintr-o sigur etap, traiectorii de tip curbe de nivel pe contur, n plane paralelele cu planul XOY, decalate pe axa Z;

I.a. Curb de nivel ce descrie conturul exterior al piesei decalat pe Z pentru fiecare adncime de ptrundere a poansonului;

I.b. Curb de nivel compus din spiral arhimedic i contur exterior pies repetate pentru fiecare adncime de ptrundere pe axa Z;

II. Prelucrare din dou etape, o etap (trecere) de degroare pe curbe de nivel paralele cu planul XOY i decalate ntre ele pe axa Z i o etap de finisare plan realizat n patru variante:

II a. Finisare plan pe traiectorii orientate la 0 fa de axa X; II.b. Finisare plan pe traiectorii orientate la 45 fa de axa X; II.c. Finisare plan pe traiectorii orientate la 90 fa de axa X; II.d. Finisare plan optimizat.

Conceptele de finisare plan i finisare plan optimizat, precum i traiectoriile aferente celor dou strategii de finisare au fost descrise n paragraful 4.3.1.3.

Cele ase curbe rezultate pe fiecare tip de pies, din cele patru realizate utiliznd strategiile de prelucrare n dou treceri sunt prezentate n figura 4.83.a-f.

Pentru fiecare din cele ase piese prezentate n figura 4.83 au fost palpate i salvate coordonatele a 857 de puncte.

Pentru obinerea de informaii asupra preciziei de form i dimensionale au fost extrase i analizate, pentru fiecare tip de pies i variant a procedeului de generare, cte patru curbe, obinute n seciuni transversale orientate la 0, 45, 90, 135 fa de axa X.

Ca i n cazul pieselor de tip emisfer, curbele analizate au rezultat prin unirea prin segmente a punctelor achiziionate prin msurarea cu ajutorul MMC, deci informaiile obinute n acest caz au un grad de exactitate foarte ridicat.


48

a.

b.

c.

d.

e.

f.

Fig. 4.83. Puncte de palpare pe curbe, obinute la msurarea pe MMC a pieselor de form complex realizate prin prelucrarea prin: a. curbe de nivel pe contur; b. spiral arhimedic i curbe de nivel pe contur; c. degroare + finisare plan la 0; d. degroare + finisare plan la 45; e. degroare + finisare plan la 90; d. degroare +

finisare plan optimizat.

Din figura 4.84 se poate observa c, din punct de vedere al preciziei de form, cele mai bune rezultate au fost obinute n cazul pieselor realizate din dou etape (treceri), care sunt superioare din punct de vedere al preciziei de form i dimensionale pieselor realizate dintr-o singur etap, indiferent de metoda utilizat (curb de nivel pe contur sau spiral arhimedic i curb de nivel pe contur).

n cazul pieselor realizate prin dou etape de prelucrare, cele mai bune rezultate au fost obinute n cazul piesei realizate prin degroare + finisare plan la 90. Cel mai defavorabil caz din acest punct de vedere a fost cel al piesei realizate prin degroare + finisare plan la 0. Celelalte dou procedee, degroare + finisare plan la 45, respectiv finisare plan optimizat se ncadreaz ntre cele dou situaii, abaterile de form fiind sensibil egale n aceste cazuri.

n cazul pieselor realizate dintr-o sigur etap, erorile dimensionale au valori mai mari, maximele fiind cuprinse ntre 1.5 i 2 mm.

Rezultatele msurtorilor au demonstrat astfel faptul c prelucrrile n dou etape (treceri), degroare i finisare, permit obinerea unor piese de form complex n condiii de precizie de form i dimensional ridicate, fiind superioare din acest punct de vedere prelucrrilor dintr-o singur etap (trecere).


49

a.

b.

c.

d.

Fig. 4.84. Seciuni: a. la 0, b. la 45, c. la 90, d. la 45


50

4.7. Studiul rugozitii pieselor

Pentru piesele studiate au fost determinate experimental diferite tipuri de rugoziti. Cele mai reprezentative dintre acestea sunt prezentate n tabelul 4.20.

Tabelul 4.20.

Tip pies Nr. pies Codificare piese

Ra Rz Rmax [m] [m] [m]

Piese de tip emisfer

1 2402_E_8_C_240 1.305 7.700 12.800 2 2401_E_8_SAC_240 1.164 5.330 8.370 3 2404_E_8_CC90_240 1.534 7.450 10.700

Piese complexe

4 2701_PC_8_WP0_240 0.568 3.670 5.000 5 2703_PC_8_WP45_240 0.511 3.280 5.580 6 2702_PC_8_WP90_240 0.445 2.780 4.010 7 2706_PC_8_WOPTP_240 0.237 1.870 4.140

Dintre criteriile artate, precizia cea mai ridicat o asigur abaterea medie aritmetic a

neregularitilor Ra, evoluia acesteia fiind prezentat n figura 4.88.

Fig. 4.88. Abaterea medie aritmetic a neregularitilor Ra [m]


51

4.8. Concluzii

n prima parte a acestui capitol au fost sintetizate informaiile despre cele dou materiale utilizate n cadrul cercetrilor. Deoarece datele iniiale au fost insuficiente, a fost necesar determinarea caracteristicilor mecanice prin ncercare la traciune, a caracteristicilor intrinseci i a curbelor limit de deformare, pentru ambele materiale care intr n componena tablei bimetalice utilizat n cadrul cercetrilor experimentale.

n cadrul cercetrilor exp

Download - Rezumat Teza (1)

Top Related