Ugotavljanje preoblikovalnih lastnosti tanke pločevine za potrebe proizvodnje in simulacij Thin Sheet Metal Formability Determination for Industrial and Numeric Simulation Purposes T. Špan, K. Kuzman, Katedra za obdelovalno tehniko, Fakulteta za strojništvo, Murnikova 2, Ljubljana V času naprednih računalniških tehnologij je ena od vrzeli na področju preoblikovanja tudi preoblikovalnost materialov. Sposobnosti kovinskih materialov za preoblikovanje še ne moremo računsko napovedati, lahko pa jih določimo s preizkusi. Preizkuševalne metode, njihova optimizacija in sistemizacija ter gradnja podatkovne banke so tema pričujočega prispevka. Ključne besede: preoblikovalnost pločevine, krivulja mejnih deformacij, kontinuirni preizkusi preoblikovalnosti pločevine One of the gaps in the age of advanced computer technologies on the field of formability is unpredictable behaviour of metals under stress in forming processes. The only possible way is implementation of different tests. Engineering tests methods, their optimization, systemization and technological data bank creation are discussed in this paper. Key vvords: formability of metals, forming limit diagram, continuous engineering test 1 Uvod V okviru Laboratorija za preoblikovanje Katedre za obdelovalno tehniko, se ukvarjamo tudi z raziskavami na področju preoblikovalnih lastnosti materialov. Zavedamo se, da so dobri podatki o materialih eden najpomembnejših pogojev za uspešno delo pri načrtovanju proizvodnega procesa. Pomembnost podatkov je aktualna predvsem v okoljih, kjer že potekajo pospešene priprave za uvajanje računalniško podprtega načrtovanja proizvodnje. Kako pomembni so pravilni vhodni podatki o preobliko-vancih ponazarja slika 1. Kakšni bodo rezultati, dobljeni s pomočjo računanja z natančno matematično metodo (v Vhodni podatki Geometrija obdelovanca In orodja Podatki o uporabljenih materialih Podatki o tribololkih pogojih MKE t? Rešitve : 1 program ABAOUS M ■ \ -napetosti -deformacije -temperature mmmmmm& Slika X. Shematični prikaz reševanja problemov preoblikovanja z metodo končnih elementov (program ABAQUS). Figure 1. Solving of Forming Problems vvith FEM Analysis (ABAQUS softvvare). navedenem primeru: Metodo Končnih Elementov-MKE) je odvisno od vhodnih podatkov vnešenih v enega od razpoložljivih programov (npr. Abaqus). Geometrija željenega izdelka je v splošnem poznana. Geometrijo orodja spreminjamo, dokler napetostno deformacijsko stanje v orodju in obdelovancu ni v varnem območju, hkrati pa mora biti tudi izhodna geometrija preoblikovanca v mejah predpisanih toleranc1. Opisan proces je obvladljiv, dobljeni rezultati pa so odvisni od pravilnosti podatkov o materialih in o triboloških pogojih. 2 Sistematičnost spremljanja preoblikovalnosti pločevin Razvidno je torej, da omenjena problematika zahteva sistematičen pristop. V Laboratoriju za preoblikovanje že nekaj časa spremljamo, vrednotimo preizkuse ter shranjujemo tako dobljene rezultate s pomočjo računalnika. Ta del dejavnosti je prikazan na desni strani slike 2. V zadnjem času narašča predvsem število preizkusov, katerih namen je preverjanje modelov uporabljenih pri numeričnih metodah. Z nakupom moderne delovne postaje pa so se odprle možnosti za gradnjo podatkovne banke. Shranjeni bi bili podatki, vezani na preoblikovalne lastnosti materialov, pa tudi nekateri drugi, za preoblikovanje pomembni podatki (npr. podatki o mazivih, orodjih ipd.) 2.1 Metode preizkušanja pločevin Najbolj razširjen in znan pristop k preizkušanju je enoosni natezni preizkus. Poenostavitev preizkusa predstavlja uvedba kontinuimega načina spremljanja preizkuševalnih veličin2. Metoda omogoča hitro preizkušanje velikega števila vzorcev, hkrati pa nam omogoča slediti tudi časovni komponenti preizkusa (hitrost deformacije). Primer sistematičnega nadzora nad kvaliteto vhodne pločevine je sodelovanje z Revozom, Novo mesto3, kjer smo preizkusili in ovrednotili rezultate tolikšnega števila vzorcev, kot jih Načrtovanje tehno loškega procesa Slika 2. Organizacijska shema sistematičnega zbiranja podatkov o materialih in uporaba pri načrtovanju tehnološkega procesa. Figure 2. Organizing Scheme for Systematic Gathering of Material Data and Use in Process Planning. po diskontinuirni metodi v doglednem času nc bi bilo mogoče. Enoosni natezni preizkus pa ni vedno najboljši pokazatelj preoblikovalne sposobnosti pločevine. V ta namen so bile razvite metode preizkušanja, s katerimi je možno doseči dvoosno napetostno-deformacijsko stanje. V grobem ločimo te vrste preizkusov v dve skupini. V prvi so preizkusi, kjer trak pločevine izbočujemo s pomočjo pestičev (primera A in B na sliki 3), v drugi pa orodja, kjer pločevino izbočujemo s pomočjo hidrostatičnega tlaka olja (primer C). V našem laboratoriju imamo preizkuševalni napravi A in C. stanjšanje, katerega končna posledica je porušitev na tistem mestu5,6. Levo stran diagrama lahko določimo z enoosnimi preizkusi, medtem ko za konstrukcijo desne strani krivulje potrebujemo deformacijsko stanje ob nastopu lokalnega stanjšanja pri dvoosnih preizkusih. Položaj tako dobljene točke je odvisen od oblike preizkušanca, ki povzroča napetostno-deformacijsko stanje. Obliko KMD in položaj enoosnega nateznega preizkusa in dvoosnega hidrostatičnega izbočevalnega preizkusa v primeru okroglega orodja na njej prikazuje slika 4. /S/a tez ni preizkus f] \ l f i J t b f 1 V Hidravlični Izbočevalnl preizkus r > , < i ? % ■ i ^ 1.0 0.75 0 5 0 25 ' 0 f-0 75 0 5 0.25 -0 5 -0 25 -