Методология Жаркова по проектированию штамповки в Ansys Forming с искусственным интеллектом. Часть 1
- -
- 100%
- +
Доктор технических наук
Жарков Валерий Алексеевич
Методология Жаркова
по проектированию штамповки в
Ansys Forming с искусственным интеллектом.
Часть 1
Издательство “Жарков Пресс”
Москва
www.ZharkovPress.ru
ISBN 5-94212-045-5
Жарков Валерий Алексеевич. Методология Жаркова по проектированию штамповки в Ansys Forming с искусственным интеллектом. Часть 1. – Москва: Издательство “Жарков Пресс”.
Это уникальная и единственная в мире книга по компьютерному проектированию обработки материалов и разработке технологических процессов многооперационного изготовления деталей в промышленности в Computer-Aided-Design/Computer-Aided-Engineering-системах (CAD/CAE-системах) на примерах проектирования операций штамповки в CAD/CAE-системе Ansys Forming корпорации ANSYS Corp (США); Ansys Forming нетрудно приобрести и легко установить даже на домашний компьютер.
Математическая модель сложной крупногабаритной кузовной детали в виде файла формата *.igs или *.stp получается после проектирования детали в CAD-программе или сканирования мастер-модели детали на координатно-измерительной машине. Далее файл детали импортируется в CAD-систему, и получается изображение детали. На основе этого изображения, в CAD-системе Ansys DesignModeler или Ansys Discovery, проектируются заготовка и инструменты, обрабатывающие эту заготовку: пуансон, матрица и прижим штампа для вытяжки, и сохраняются в виде файлов в формате *.igs или *.stp. Затем эти файлы импортируются в CAD/CAE-систему Ansys Forming. Создаётся проект по обработке заготовки инструментами. Моделируется операция вытяжки с учётом упрочнения обрабатываемой заготовки и коэффициента анизотропии заготовки.
Получаются результаты с анимацией штамповки, расчётом деформаций и сил и опасности складкообразования, чрезмерного утонения и разрушения заготовки в процессе штамповки на основе диаграммы предельных деформаций (ДПД) и критериев разрушения Жаркова.
Если параметры штамповки превышают эти критерии, вносятся изменения в проект, и моделирование продолжается до тех пор, когда будут достигнуты приемлемые для конкретного производства результаты.
В данном 1-м Издании книги, сначала формулируется постановка задачи, с целью понимания механизма формоизменения заготовки в процессе вытяжки. Чтобы грамотно, адекватно реальной операции вытяжки деталей из заготовок на производстве, создать свой проект в CAD/CAE-системе. Затем даются подробные пошаговые инструкции для компьютерного моделирования в CAD/CAE-системе Ansys Forming этой операции вытяжки полуфабриката из листовой заготовки с учётом последующих операций штамповки готовой детали.
В последующих Изданиях книги будут приведены пошаговые инструкции по проектированию последующих (после вытяжки) операций штамповки заданной кузовной или другой детали.
Данное Издание 1 книги состоит из следующих разделов.
Раздел I. Создание проекта в CAD/CAE-системе Ansys Forming и импорт модели детали или инструмента для изготовления детали из заготовки
Раздел II. Определение формы, размеров и материала заготовки для изготовления детали
Раздел III. Проектирование в Ansys DesignModeler матрицы и прижима штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки
Раздел IV. Добавление к заготовке в Ansys Forming пуансона, матрицы и прижима для вытяжки полуфабриката из этой заготовки
Раздел V. Результаты решения задачи по деформированию заготовки
Далее дан список использованной Литературы при написании данной книги.
Следуя подробным пошаговым инструкциям в книге, любой пользователь, даже без специальной подготовки, по методологии Жаркова сначала может быстро проанализировать вытяжку детали из заготовки с расчётом ориентировочных значений напряжений и деформаций по приведённым в данной книге разделам “Теории Жаркова листовой штамповки”, а затем грамотно, тождественно реальной операции вытяжки на производстве, создать свой собственный учебный, научный или практический проект в CAD/CAE-системе и далее моделировать, изучать, исследовать и применять на практике (в автомобильной, авиастроительной, электротехнической, посудной, упаковочной и других отраслях промышленности) заданный процесс вытяжки, чтобы сократить время и количество ошибок при проектировании технологического процесса вытяжки и связанных с вытяжкой других технологических процессов, снизить норму расхода материала заготовки на деталь и уменьшить себестоимость изготовления деталей.
Разработанные читателем проекты в CAD/CAE-системе на основе приведённых в данной книге проектов Жаркова с использованием МКЭ могут быть переданы другим пользователям со ссылкой на использование данной книги Жаркова.
В связи с большим количеством рисунков, книга разделена на три части: Часть 1, Часть 2, Часть 3.
Книга предназначена инженерам и учёным, работающим в различных отраслях промышленности, а также студентам и преподавателям технических колледжей, техникумов, институтов и университетов.
Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения директора ООО “Издательство “Жарков Пресс”.
Copyright Жарков Валерий Алексеевич (Zharkov Valerij Alekseyevich), директор ООО “Издательство “Жарков Пресс”.
ISBN 5-94212-045-5 ООО “Издательство “Жарков Пресс” (Publishing house “Zharkov Press”, ZharkovPress.ru).
Оглавление
Введение
Раздел I. Создание проекта в CAD/CAE-системе Ansys Forming и импорт модели детали или инструмента для изготовления детали из заготовки
Глава 1. Последовательность решения задач в Ansys Forming
1.1. Интерфейс пользователя в CAD/CAE-системе Ansys Forming
1.2. Последовательность проектирования штамповки в Ansys Forming
Глава 2. Создание проекта в Ansys Forming и импорт математической модели инструмента, по которому необходимо обработать заготовку
2.1. Терминология и основные определения в книге
2.2. Постановка задачи
2.3. Создание проекта
2.4. Импорт в CAD/CAE-систему математической модели инструмента, по которому необходимо обработать заготовку
2.5. Изображение закруглённых краёв инструмента как пуансона
Глава 3. Поворот модели относительно направления перемещения ползунов прессов при обработке заготовки в штампах на прессах
3.1. Варианты поворота модели относительно направления обработки заготовки в штампах на прессах
3.2. Расчёт угла поворота модели относительно направления обработки заготовки
3.3. Поворот модели относительно направления обработки заготовки
Глава 4. Определение точности решения задачи
4.1. Варианты параметров точности решения задачи
4.2. Этапы выбора точности решения задачи
4.3. Учёт пружинения полуфабриката после штамповки
4.4. Изменение настроек, заданных по умолчанию, для более специализированного моделирования
Глава 5. Определение операций обработки заготовки для изготовления заданной детали
5.1. Допустимые операции холодной обработки в Ansys Forming
5.2. Операции холодной обработки заготовки для изготовления заданной детали
5.3. Операции горячей обработки заготовки
Раздел II. Определение формы, размеров и материала заготовки для изготовления детали
Глава 6. Проектирование заготовки в Ansys Forming. Вариант 1
6.1. Постановка задачи
6.2. Проектирование заготовки
6.2.1. Задание толщины заготовки и коэффициента трения заготовки по инструментам штампа
6.2.2. Габаритные размеры детали
6.2.3. Габаритные размеры развёртки детали
6.2.4. Расчёт ширины технологического припуска на полуфабрикате после вытяжки
6.2.5. Габаритные размеры плоской заготовки
6.2.6. Координаты центра заготовки
6.2.7. Построение заготовки
6.3. Перемещение модели ниже заготовки
Глава 7. Определение в Ansys Forming материала детали и заготовки. Вариант 1
7.1. Выбор марки материала детали и заготовки
7.2. Угол наклона оси заготовки и оси детали относительно направления прокатки заготовки
Глава 8. Проектирование заготовки в Ansys DesignModeler. Вариант 2
8.1. Постановка задачи
8.2. Тип заготовки
8.3. Размеры заготовки в виде листа
8.4. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.stp в CAD/CAE-системе Ansys DesignModeler
8.5. Проверка правильности импорта модели заготовки формата *.stp из Ansys DesignModeler в Ansys Forming
8.6. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs в CAD/CAE-системе Ansys DesignModeler
8.7. Проверка правильности импорта модели заготовки формата *.igs из Ansys DesignModeler в Ansys Forming
8.8. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs в Ansys Discovery
8.9. Проверка правильности импорта модели заготовки формата *.igs из Ansys Discovery в Ansys Forming
Глава 9. Импорт заготовки из Ansys Discovery в Ansys Forming и определение параметров заготовки
9.1. Импорт файла заготовки в Ansys Forming и выбор компонентов заготовки
9.2. Выбор марки материала детали и заготовки
9.3. Угол наклона оси заготовки и оси детали относительно направления прокатки заготовки
Раздел III. Проектирование в Ansys DesignModeler матрицы и прижима штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки
Глава 10. Определение в Ansys Forming опорных точек на модели перед проектированием матрицы
10.1. Определение 1-й опорной точки на модели
10.2. Определение последующих опорных точек на модели
Глава 11. Проектирование в Ansys DesignModeler матрицы штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки
11.1. Постановка задачи
11.2. Импорт модели заданной детали в Ansys DesignModeler как центральной части поверхности матрицы
11.3. Поворот модели на определённый угол
11.4. Удаление на модели лишних поверхностей и оставление только рабочей поверхности для матрицы
11.5. Соединение трёх тел матрицы в одно тело
11.6. Проектирование образующей для прижимных участков поверхности матрицы
11.7. Проектирование прижимных участков поверхности матрицы
11.7.1. Проектирование 1-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.2. Проектирование 2-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.3. Проектирование 3-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.4. Проектирование 4-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.5. Проектирование 5-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.6. Проектирование 6-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.7. Проектирование 7-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.8. Проектирование 8-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.9. Проектирование 9-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.10. Проектирование 10-го прижимного участка поверхности матрицы
11.7.11. Поворот всей матрицы вокруг оси
11.8. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.stp
Глава 12. Проектирование в Ansys DesignModeler прижима штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки. Вариант 1
12.1. Постановка задачи
12.2. Удаление центральных участков и сохранение краевых прижимных участков поверхности матрицы
12.3. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs в Ansys DesignModeler
12.4. Проверка правильности импорта модели прижима формата *.igs из Ansys DesignModeler в Ansys Forming
12.5. Преобразование в Ansys Discovery модели формата *.wbpj в модель формата *.igs
12.6. Проверка правильности импорта модели прижима формата *.igs из Ansys Discovery в Ansys Forming
Глава 13. Проектирование в Ansys DesignModeler прижима штампа для вытяжки полуфабриката из заготовки. Вариант 2
13.1. Постановка задачи
13.2. Проектирование образующей для поверхности прижима
13.3. Проектирование участков поверхности прижима
13.3.1. Проектирование 1-го участка поверхности прижима
13.3.2. Проектирование 2-го участка поверхности прижима
13.3.3. Проектирование 3-го участка поверхности прижима
13.3.4. Проектирование 4-го участка поверхности прижима
13.3.5. Проектирование 5-го участка поверхности прижима
13.3.6. Проектирование 6-го участка поверхности прижима
13.3.7. Проектирование 7-го участка поверхности прижима
13.3.8. Проектирование 8-го участка поверхности прижима
13.3.9. Проектирование 9-го участка поверхности прижима
13.3.10. Проектирование 10-го участка поверхности прижима
13.4. Удаление центрального участка модели и сохранение поверхности прижима
13.5. Преобразование модели формата *.wbpj в модель формата *.igs
Раздел IV. Добавление к заготовке в Ansys Forming пуансона, матрицы и прижима для вытяжки полуфабриката из этой заготовки
Глава 14. Импорт в Ansys Forming пуансона штампа для вытяжки
14.1. Импорт пуансона, по которому необходимо обработать заготовку
14.2. Поворот инструмента относительно направления обработки заготовки
14.3. Перемещение пуансона ниже заготовки
14.4. Изображение закруглённых краёв инструмента как пуансона
Глава 15. Импорт в Ansys Forming матрицы штампа для вытяжки
15.1. Импорт матрицы
15.2. Поворот матрицы относительно поверхности заготовки
15.3. Определение глубины вытяжки полуфабриката из заготовки
15.4. Перемещение матрицы в нижнее положение после вытяжки
Глава 16. Импорт в Ansys Forming прижима штампа для вытяжки
16.1. Импорт прижима
16.2. Поворот прижима относительно поверхности заготовки
16.3. Определение аппликаты верхней точки прижима
16.4. Перемещение прижима в нижнее положение после вытяжки
Глава 17. Определение параметров операции вытяжки полуфабриката из заготовки
17.1. Выбор типа вытяжки и пресса для вытяжки
17.2. Определение возможных перемещений инструментов штампа
17.3. Определение импортированного файла матрицы как инструмента штампа
17.4. Определение импортированного файла заготовки как деформируемой заготовки в штампе
17.5. Определение импортированного файла прижима как инструмента штампа для вытяжки
17.5. Определение импортированного файла пуансона как инструмента штампа для вытяжки
Глава 18. Задание параметров перемещения инструментов
18.1. Задание параметров перемещения на холостом ходу для матрицы
18.2. Задание параметров перемещения на рабочем ходу для матрицы
18.3. Задание параметров перемещения на холостом ходу для прижима
18.4. Задание параметров перемещения на рабочем ходу для прижима
18.5. Задание параметров перемещения для пуансона
18.6. Задание перемещений матрицы и прижима на холостом и рабочих ходах
18.6.1. Расчёт перемещения матрицы при ходе вниз и вверх
18.6.2. Задание перемещений матрицы и прижима
Глава 19. Запуск проекта на решение
19.1. Определение количества вычислительных ядер процессора на компьютере
19.2. Запуск проекта на решение
Раздел V. Результаты решения задачи по деформированию заготовки
Глава 20. Определение деформаций в деформируемой заготовке
20.1. Анимация обработки заготовки
20.2. Определение деформаций в заготовке при деформировании
Глава 21. Определение сил для деформирования заготовки
21.1. Определение в Ansys Forming сил для деформирования заготовки
21.2. Формулы Жаркова для приближённого расчёта максимальной силы для деформирования заготовки
Глава 22. Критерии Жаркова для расчёта опасности разрушения деформируемой заготовки
22.1. Критерии для расчёта опасности разрушения заготовки
22.2. Критерии для расчёта опасности разрушения заготовки применительно к вытяжке панели капота
Глава 23. Рекомендации Жаркова по устранению складкообразования и разрушения заготовки при вытяжке
23.1. Рекомендации по изменению конструкции детали
23.2. Рекомендации по изменению параметров технологического процесса штамповки
23.3. Рекомендации по изменению конструкции штампов по сравнению с традиционными
Литература
Введение
Это уникальная и единственная книга по компьютерному проектированию обработки материалов и разработке технологических процессов изготовления деталей в промышленности в Computer-Aided-Design/Computer-Aided-Engineering-системах (CAD/CAE-системах) на примерах проектирования основных формоизменяющих операций промышленности в CAD/CAE-системе Ansys Forming корпорации ANSYS Corp (США); Ansys Forming нетрудно приобрести и легко установить даже на домашний компьютер.
В данном 1-м издании книги разработана методология Жаркова по моделированию технологических процессов обработки заготовок с целью изготовления деталей на примере широко распространённых в промышленности формоизменяющих операций листовой штамповки. Точнее, разработана теория Жаркова и компьютерное проектирование технологических процессов обработки заготовок и получения деталей на примере распространённой в промышленности формоизменяющей операции листовой штамповки, а именно: вытяжка сложных крупногабаритных типа кузовных деталей из листовых заготовок. Способ вытяжки применяется и как самостоятельная операция, и в сочетании с другими многочисленными операциями листовой штамповки.
Математическая модель сложной поверхности кузовной детали в виде файла формата, например, *.igs или *.stp, полученного после проектирования в CAD-программе или сканирования мастер-модели детали или изделия на координатно-измерительной машине, импортируется в CAD/CAE-систему и получается изображение детали. На основе этого изображения в CAD-системе Ansys DesignModeler или Ansys Discovery проектируются заготовка и инструменты, обрабатывающие эту заготовку: пуансон, матрица и прижим штампа для вытяжки, и сохраняются в виде файлов в формате *.igs или *.stp. Затем эти файлы импортируются в Ansys Forming, создаётся проект по обработке заготовки инструментами, моделируется операция вытяжки с анимацией и расчётом деформаций и сил и опасности складкообразования, чрезмерного утонения и разрушения заготовки в процессе штамповки на основе диаграммы предельных деформаций (ДПД) и критериев разрушения Жаркова. Если параметры штамповки превышают эти критерии, вносятся изменения и моделирование продолжается до тех пор, когда будут достигнуты приемлемые для конкретного производства результаты.
В каждой главе сначала формулируется постановка задачи с целью понимания механизма формоизменения заготовки в процессе вытяжки, чтобы грамотно, адекватно реальной операции вытяжки деталей из заготовок на производстве, создать свой проект в CAD/CAE-системе. Затем даются подробные пошаговые инструкции для компьютерного моделирования в CAD/CAE-системе этой операции вытяжки полуфабриката из листовой заготовки с учётом последующих операций штамповки готовой детали.
CAD/CAE-система Ansys Forming объединяет в себе простоту использования и мощь теорий упругости, пластичности, метода конечных элементов и алгоритмических языков высокого уровня, на основе которых разработана данная система. В данном чрезвычайно насыщенном издании (заменяющей несколько других книг и руководств) последовательно и всесторонне изложена методология создания уникального высокотехнологичного и наукоёмкого программного продукта в виде проекта CAD/CAE-системы для моделирования технологических процессов в различных отраслях промышленности, начиная от трёхмерного моделирования однооперационной вытяжки и заканчивая моделированием многооперационной вытяжки деталей из разнообразных заготовок.
Моделирование основано на мощных собственных трёхмерных графических возможностях системы, что позволяет строить сложные трёхмерные модели заготовки и инструментов, которые в динамике обрабатывают эту заготовку с целью получения детали, а также двухмерные и трёхмерные графики разнообразных функций, в том числе диаграммы изменения во времени различных параметров технологических процессов, например, диаграмма “сила деформирования заготовки инструментом – ход инструмента”. Система Ansys Forming объединяет в себе Computer-Aided Design-систему и Computer-Aided Engineering-систему, является CAD/CAE-системой, вследствие чего имеет большие преимущества по сравнению с другими программами.
После построения модели, система выполняет численное математическое моделирование процесса деформирования заготовки при изготовлении детали на основе теорий упругости, пластичности, обработки материалов давлением, разрушения материалов и метода конечных элементов (МКЭ), позволяет получать практически важную информацию о моделируемом процессе, вносить изменения в процесс, снова моделировать и так до тех пор, когда будут получены требуемые параметры технологического процесса. Разработанные читателем проекты в CAD/CAE-системе на основе приведённых в данном издании проектов Жаркова могут быть переданы другим пользователям со ссылкой на использование данного издания Жаркова.
Наша основная цель – дать читателю ту информацию, которую он больше нигде не найдёт. Поэтому в издании не дублируется справка CAD/CAE-системы. Если у читателя возникнуть общие вопросы, он легко отыщет справку и там найдёт ответ, так как терминология после перевода с русского языка на английский по всем тематикам у нас общая. Даны лишь краткие пояснения, чтобы начинающий пользователь постепенно осваивал различные базовые дисциплины, по возможности не используя другие материалы; опытному пользователю также будут полезны эти пояснения. К достоинствам издания, рассчитанного на широкий круг новичков и опытных специалистов, относятся практическая направленность, простота изложения и наличие подробных методик и пошаговых инструкций, большое количество примеров и иллюстраций. Теперь читателям, занимающимся обработкой материалов в промышленности, может не потребоваться изучать сложные теоретические книги, посещать длительные и дорогостоящие учебные курсы и покупать много отдельных книг. Автор это сделал за них. Читателю необходимо будет лишь открыть данную книгу в интересующей его главе (мало кто будет изучать издание от корки до корки, хотя это и желательно) и по аналогии с подробными инструкциями главы (по принципу: делай, как я) самостоятельно разрабатывать свой учебный, научный или практический проект. И именно при решении своей конкретной и сложной профессионально интересной задачи (а не отвлечённых простых примеров в справке CAD/CAE-системы) читатель будет изучать (если он новичок) или дальше осваивать (если он продвинутый пользователь) базовые дисциплины по данной тематике. Создавая свой проект в CAD/CAE-системе по методике Жаркова в данном издании, читатель сможет в одиночку работать за конструктора, технолога, математика и программиста одновременно и сэкономить недели и месяцы упорного труда. Если в начальных главах инструкции по разработке проектов описаны подробно (в интересах новичков), то инструкции в каждой последующей главе даны всё короче и короче (часто со ссылкой на другие книги Жаркова по близкой тематике), чтобы не повторяться и экономить место в книге.