RO125366B1

RO125366B1 - Metoda de conducere dimensionala la fabricarea unor piese din tablă subțire, prin deformare plastică

Info

Publication number: RO125366B1
Application number: ROA200800777A
Authority: RO
Inventors: Vasilică Marinescu; Alexandru Epureanu; Mihaela Banu; Ionuţ Constantin; Florin Bogdan Marin
Original assignee: Universitatea "Dunărea De Jos" Din Galaţi
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2013-12-30
Also published as: RO125366A2

Description

Invenția se referă la o metodă de conducere dimensională a proceselor de obținere a unor piese din tablă subțire prin deformare plastică.

în cadrul proceselor de obținere a unor piese din tablă subțire prin deformare plastică, așa cum se constată practic, principala sursă de erori dimensionale este variația revenirii elastice, datorată variațiilor dimensionale, precum și variațiilor caracteristicilor de material și de frecare ale semifabricatelor folosite pentru fabricația unui lot de produse. Metoda poate fi aplicată la procesele de obținere a pieselor din tablă subțire prin deformare plastică, realizate cu ajutorul unor sisteme tehnologice care permit controlul în timp și spațiu al forței de reținere a semifabricatului.

O metodă cunoscută de conducere dimensională a proceselor de obținere a pieselor din tablă subțire prin deformare plastică, la care principala sursa de erori dimensionale este revenirea elastică, este aceea bazată pe evaluarea prin simulare cu element finit a revenirii elastice și modificarea formei matriței și poansonului în scopul compensării revenirii elastice. De asemenea, este cunoscută metoda de conducere dimensională, bazată pe reducerea nivelului revenirii elastice, prin modificarea forței de reținere a semifabricatului în timpul desfășurării procesului, cât și prin aplicarea unor presiuni de reținere diferite, în diverse zone ale suprafeței de contact dintre placa de reținere și semifabricat. în fine, se cunoaște faptul că, în ceea ce privește relația dintre forța de reținere și deplasarea poansonului, pot fi identificate trei zone, așa cum se arată în fig. 1, și anume: o zonă în care apare ruperea materialului, o altă zonă în care apare cutarea materialului și o a treia zonă în care cele două fenomene nu apar și în care se aplică cele două metode cunoscute de conducere dimensională, prezentate mai sus.

Conducerea dimensională a proceselor de obținere a pieselor din tablă subțire prin deformare plastică, prin metoda modificării geometriei matriței în vederea compensării erorilor datorate revenirii elastice, necesită ca toate semifabricatele folosite la prelucrarea unui lot de piese să aibă aceleași caracteristici dimensionale și de material și, în plus, fenomenele de frecare ce apar în cursul procesului de deformare să aibă aceiași parametri, în cazul tuturor semifabricatelor, pentru ca, la toate semifabricatele, valoarea revenirii elastice să nu difere față de valoarea compensată.

întrucât aceste condiții nu sunt niciodată îndeplinite, întotdeauna apare o diferență între valoarea reală și valoarea compensată a revenirii elastice, diferență ce reprezintă o eroare dimensională, în prezent necontrolată.

în lucrarea: Blank holding force control in panel stamping process using a database and FEM-assisted intelligent press control system, a autorilor Hiroshi Koyama, Robert H. Wagoner, Ken-ichi Manabe, din Journ. of Materials Processing Technology 152 (2004) 190196, se prezintă o metodă de conducere dimensională a unor procese de obținere a unor piese din tablă subțire prin deformare plastică, prin controlul forței de procesare a semifabricatului, care pentru controlul procesului de ambutisare a unei table subțiri, realizează o fază de simulare a procesului, pe baza unor date privind evoluția forței de deformare și deformarea obținută a semifabricatului, corespunzătoare cazului ideal, în funcție de proprietățile materialului, ale poansonului de deformare și de condițiile fizice de deformare, o fază de procesare a datelor corespunzătoate cazului experimental, prin culegere de informații privind forța de deformare în puncte prestabilite de contact al poansonului cu semifabricatul, corespunzătoare unor segmente ale poansonului, precum și valoarea deplasării marginilor semifabricatului în funcție de forța de reținere a acestora, urmată de o fază de determinare a diferențelor valorice dintre cazul simulat, ideal și cazul experimental, și de calculare a corecțiilor necesare pentru forța de deformare, și de o fază de comandare a sistemului de ambutisare a unei forțe de presare a semifabricatului, ce este modificată corespunzător cu rezultatul calculului.

RO 125366 Β1

Metoda conducerii dimensionale a procesului de deformare este utilizată și pentru 1 procese de îndoire a tablelor. De exemplu, în documentul EP 0993882 A1, se prezintă o metodă de control adaptiv al îndoirii unei table prin măsurarea continuă a unghiului de îndoire 3 și a forței de apăsare a poansonului, și prin transmiterea datelor unității de control a mașinii de stampare, pentru corectarea forței de apăsare astfel încât aceasta să fie mai mare decât 5 forța necesară îndoirii la unghiul prestabilit a tablei, pentru a compensa revenirea elastică a acesteia, iar descreșterea treptată a acestei forțe să corespundă variației optime necesară 7 pentru rămânerea îndoiturii tablei la valoarea unghiulară prestabilită după retragerea poansonului, calculată prin compararea datelor de simulare a procesului cu datele experimentale 9

Metoda de conducere dimensională a proceselor de obținere a pieselor din tablă subțire prin deformare plastică, bazată pe reducerea nivelului revenirii elastice prin modificarea 11 forței de reținere a semifabricatului în timpul desfășurării procesului, cât și prin aplicarea unor presiuni de reținere diferite în diverse zone ale suprafeței de contact dintre placa de reținere 13 și semifabricat, nu este eficace în cazul pieselor fabricate din tablă subțire, chiar și atunci când zona a treia din fig. 1 este suficient de mare, întrucât nivelul revenirii elastice nu poate fi redus 15 atât de mult, încât dimensiunile piesei să se încadreze în câmpurile de toleranță impuse.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în stabilirea unor etape de 17 conducere dimensională a procesului de obținere a pieselor din tablă subțire prin deformare plastică de tipul ambutisării, prin compararea unor valori ale forței de procesare a materialului 19 și ale revenirii elastice corespunzătoare cazului ideal, de simulare, cu valori măsurate ale forței de procesare și ale revenirii elastice, care să asigure, pentru un lot de piese, un nivel 21 ridicat al preciziei dimensionale, chiar și atunci când dimensiunile semifabricatelor, caracteristicile materialului și condițiile de frecare sunt diferite de la un semifabricat la altul. 23

Metoda de conducere dimensională a proceselor de obținere a pieselor din tablă subțire prin deformare plastică, conform invenției, rezolvă această problemă tehnică, prin 25 aceea că, în scopul obținerii la fiecare semifabricat din lotul de piese a unei reveniri elastice egală cu valoarea compensată, chiar și atunci când caracteristicile dimensionale și de 27 material, precum și fenomenele de frecare ce apar în cursul procesului de deformare, diferă de la un semifabricat la altul, realizează împărțirea cursei poansonului în două zone, apoi 29 în prima zonă a cursei poansonului, numită “zona de identificare”, în care forța de reținere evoluează după o lege considerată de referință și folosită în etapa de simulare a procesului 31 de deformare și de compensare a revenirii elastice prin modificarea formei și dimensiunilor matriței și poansonului, se măsoară forța de deformare într-un număr de puncte considerate 33 de referință și se compară valorile măsurate ale forței de deformare cu valorile de referință, adică cele corespunzătoare cazului de referință, pentru care a fost compensată revenirea 35 elastică, și, pe baza diferenței constatate, se calculează modificarea necesară a forței de reținere într-un număr de puncte considerate de referință și aflate în cea de-a doua zonă 37 a cursei poansonului, numită “zona de control”, astfel încât nivelul revenirii elastice, reale, la semifabricatul curent, să corespundă cu nivelul la care aceasta a fost compensată, după 39 care se realizează comandarea sistemului de reținere a semifabricatului în cea de-a doua zonă a cursei poansonului, adică în zona de control, pentru a obține o forță de reținere ce 41 este modificată corespunzător cu rezultatul calculului. în scopul calculului modificării necesare a forței de reținere în zona de control, astfel încât nivelul revenirii elastice reale la 43 respectivul semifabricat să corespundă cu nivelul la care aceasta a fost compensată, se construiește o bază de date, care cuprinde valorile în punctele de referință ale forței de 45 deformare și ale forței de reținere a semifabricatului, precum și valorile parametrilor dimensionali ai revenirii elastice, atât cele corespunzătoare cazurilor simulate în cadrul 47 programului de simulare, cât și cele corespunzătoare exemplarelor din lot, obținute până în

RO 125366 Β1 momentul curent, apoi, prin procesarea datelor conținute în baza de date, se construiește modelul matematic, care, pentru cazurile curente, unde forma, dimensiunile, caracteristicile de suprafață și de material ale semifabricatului variază în limite restrânse, poate fi liniar și descrie legătura dintre valorile forței de deformare în punctele de referință din zona de identificare a cursei poansonului și valorile forței de reținere a semifabricatului corespunzătoare punctelor de referință din zona de control a cursei poansonului, pe de o parte, și, pe de altă parte, valorile revenirii elastice în punctele caracteristice ale semifabricatului.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- reducerea erorilordimensionale ale pieselorobținute din table subțiri prin deformare plastică la rece;

- posibilitatea de a folosi semifabricate la care caracteristicile dimensionale de suprafață și de material pot fluctua în limite largi.

Invenția este prezentată pe larg în continuare, în legătură și cu fig. 1...5, care reprezintă:

- fig. 1, relația dintre forța de reținere și deplasarea poansonului corespunzătoare cazului în care apare ruperea materialului, (zona a), cazului în care apare cutarea materialului, (zona b), și cazului în care cele două fenomene nu apar, (zona c);

- fig. 2, vedere schematică a ansamblului cu matriță și poanson, de aplicare a metodei de conducere dimensională a procesului de obținere din tablă subțire a unei piese prin îndoire în forma de U, precum și variația forței de deformare P_o și a forței de reținere a semifabricatului F_o, în lungul cursei L a poansonului, pentru semifabricatul de referință, a cărei revenire elastică a fost compensată prin modificarea geometriei poansonului și matriței, și pentru unul dintre semifabricatele destinate prelucrării unui lot de piese, la care variația forței de deformare P și a forței de reținere a semifabricatului F în lungul cursei L a poansonului diferă de valorile corespunzătoare semifabricatului de referință;

- fig. 3 reprezintă schița piesei obținute prin îndoire în formă de U din tablă subțire;

- fig. 4 reprezintă schema de evaluare a revenirii elastice corespunzătoare unui exemplar din lotul de piese obținute din tablă subțire prin îndoire în formă de U, unde a este forma nominală a piesei finite, b este forma reală a piesei finite, (1), (2), (3) și (4) reprezintă punctele caracteristice și senzorii folosiți pentru evaluarea revenirii elastice în aceste puncte iar d3 este valoarea revenirii elastice corespunzătoare punctului caracteristic (3);

- fig. 5 prezintă tabelar structura datelor rezultate din simularea și monitorizarea online a procesului de obținere a unor piese din tablă subțire prin îndoire în formă de U, a piesei din fig. 3, date ce sunt folosite pentru construcția modelului matematic, care descrie legătura dintre valorile forței de deformare în punctele de referință din zona de identificare a cursei poansonului și valorile forței de reținere a semifabricatului corespunzătoare punctelor de referință din zona de control al cursei poansonului, pe de o parte, și, pe de altă parte, valorile revenirii elastice în punctele caracteristice ale semifabricatului.

Metoda de conducere dimensională a proceselor de obținere a pieselor din tablă subțire prin deformare plastică presupune parcurgerea următorilor pași (etape):

Pasul 1

Dându-se valorile nominale ale dimensiunilor și caracteristicilor de material ale semifabricatului, precum și forma, dimensiunile și toleranțele piesei finite, se derulează un program de simulări numerice ale procesului de obținere a piesei prin deformare plastică, cu diferite legi de variație a forței de reținere a materialului în lungul cursei poansonului, folosind în acest scop un produs software de simulare, de exemplu, bazat pe metoda elementelor finite.

RO 125366 Β1

Pasul 2 1

Dintre cazurile simulate, se adoptă unul considerat de referință. Pentru exemplificare, în fig. 2, cazul de referință este acela în care forma, dimensiunile și caracteristicile de 3 suprafață și de material ale semifabricatului au valorile corespunzătoare mijlocului câmpurilor lor de toleranță, forța de reținere a semifabricatului evoluează după diagrama F_o, 5 iar forța de deformare evoluează după diagrama P_o, în lungul cursei L a poansonului. Revenirea elastică ce apare la simularea cazului considerat ca referință este cunoscută, în 7 urma simulării, și compensată, prin modificarea corespunzătoare a formei și dimensiunilor matriței și poansonului. Dacă procesul de obținere a pieselordin tablă subțire, prin deformare 9 plastică, ar decurge în perfectă conformitate cu cazul considerat ca referință, adică, dacă forma, dimensiunile, caracteristicile de suprafață și de material ale semifabricatului ar avea 11 valorile considerate la simularea cazului de referință, și dacă forța de reținere arfi setată să evolueze după diagrama F_o, și în fine, dacă erorile de simulare, precum și deviațiile 13 dimensionale ale poansonului și matriței, datorate execuției acestora sau uzurii din exploatare, ar fi nule, atunci forța de deformare ar evolua după diagrama P_o, revenirea 15 elastică arfi la nivelul rezultatelor obținute din simularea cazului de referință iar dimensiunile piesei obținute nu ar fi afectate de revenirea elastică apărută în urma procesului de 17 deformare plastică.

Pasul 3 19

Se împarte cursa poansonului în două zone, iarîn fiecare zonă se stabilesc puncte de referință, așa cum se arată în fig. 2, unde cele două zone sunt următoarele: 21

- zona a, în care forța de reținere a semifabricatului este setată să evolueze în conformitate cu diagrama F_o, iar forța de deformare, care evoluează după diagrama P de-a 23 lungul cursei poansonului, este măsurată într-un număr de puncte de referință. în fig. 2 se prezintă cazul procesului de deformare a semifabricatului curent, la care forța de reținere în 25 punctele de referință 1 și 2 este setată la nivelul valorilor de referință F_O1 și F₀₂ care, în cazul îndoirii piesei din fig. 3 au fost considerate egale, iar forța de deformare este măsurată în 27 aceleași puncte de referință 1 și 2, și are valorile P₁ și P₂, care sunt diferite de valorile P₀₁ și

P₀₂ corespunzătoare cazului de referință, ca urmare a faptului că, la semifabricatul curent, 29 forma, dimensiunile, caracteristicile de suprafață și de material diferă de valorile lor corespunzătoare cazului de referință; 31

- zona b, în care forța de reținere este programată să evolueze cu deplasarea poansonului, după o altă lege decât cea corespunzătoare cazului de referință, lege astfel 33 aleasă, încât revenirea elastică să rămână la nivelul cazului de referință, deși forma, dimensiunile, caracteristicile de suprafață și de material ale semifabricatului curent diferă 35 de valorile lor nominale. în fig. 2 se prezintă cazul în care, în punctele de referință 3, 4 și 5, forța de reținere corespunzătoare cazului de referință variază liniar, trecând prin valorile F₀₃, 37

F₀₄, F₀₅, iar forța de reținere corespunzătoare semifabricatului curent variază liniar, trecând prin valorile F₃, F₄ și F₅, astfel setate încât revenirea elastică corespunzătoare 39 semifabricatului curent să aibă valorile corespunzătoare cazului de referință.

Pasul 4 41

Se stabilesc parametrii dimensionali ai revenirii elastice, ținând cont de cotele și toleranțele piesei finite. în fig. 4 se prezintă cazul în care parametrii dimensionali ai revenirii 43 elastice sunt deviațiile formei piesei reale în raport cu forma nominală a acesteia, măsurate în punctele caracteristice (1, 2 și 3). 45

Pasul 5

Se construiește o bază de date, care să cuprindă valorile în punctele de referință ale 47 forței de deformare și ale forței de reținere a semifabricatului, precum și valorile parametrilor

RO 125366 Β1 dimensionali ai revenirii elastice, atât cele corespunzătoare cazurilor simulate în cadrul programului de simulare, cât și cele corespunzătoare exemplarelor din lot, obținute până în momentul curent. Prin procesarea datelor conținute în baza de date, se construiește modelul matematic, care descrie legătura dintre valorile forței de deformare în punctele de referință din zona de identificare a cursei poansonului și valorile forței de reținere a semifabricatului, corespunzătoare punctelor de referință din zona de control a cursei poansonului, pe de o parte, și, pe de altă parte, valorile revenirii elastice în punctele caracteristice ale semifabricatului.

în cazul prezentat în fig. 2, modelul matematic este folosit pentru a stabili legătura dintre valorile F-,, F₃, F₄ și F₅ ale forței de reținere a semifabricatului, valorile P₁ și P₂ ale forței de deformare și valorile revenirii elastice în cele trei puncte caracteristice. Tipul modelului matematic folosit nu este impus, dar pentru cazurile curente, unde forma, dimensiunile, caracteristicile de suprafață și de material ale semifabricatului variază în limite restrânse, se recomandă folosirea unui model liniar de ordinul 1. Pentru alte cazuri, ordinul poate fi majorat. în exemplul considerat, datele din fig. 5 au condus la următorul model matematic.

-0,1745‘F., + 1,1445*F₃-0,0364*F₄-0,1078*F₅ + 2,4258*P₁ - 1,1064*P₂ = d1;

- 0,0222‘F., + 0,1792*F₃ + 0,0089*F₄ + 0,0001*F₅1+- 0,344*^ - 0,1818*P₂ = d2;

- 0,0253*F₁ + 0,0106*F₃ - 0,0102*F₄ - 0,0079*F₅ + 0,0929*^ - 0,0087*P₂ = d3; unde F₄, F₃, F₄ și F₅ se introduc în [KN], P₁ și P₂în [10 000 N ] iar d1, d2 și d3în [mm]. Pasul 6

Modelul matematic construit este folosit pentru controlul procesului de prelucrare a exemplarului curent. Spre exemplu, dacă valorile de referință ale revenirii elastice în punctele caracteristice 1,2 și 3 au valorile d1 = 5,278 [mm], d2 = 0,2211 [mm] și d3 =1,4813 [mm], F₀₁ = F₀₂ = 40 KN, iar valorile măsurate ale forței de deformare sunt P₁ =0,405308 [10 000 N], P₂ = 1,24296 [10 000 N], atunci valorile comandate ale forței de reținere sunt Ft = 50,0073 [KN], F₂ = 39,4064 [KN], F₃ = 40,3504 [KN],

Pasul 7

După ce au fost prelucrate primele 10...15 exemplare din lot și s-au acumulat suficient de multe date în baza de date, se elimină datele corespunzătoare cazurilor simulate, urmând ca procesul să fie condus pe baza datelor obținute din monitorizarea procesului în cursul prelucrării exemplarelor ce alcătuiesc lotul.

Claims

Revendicări 1

1. Metodă de conducere dimensională a proceselor de obținere a unor piese din tablă 3 subțire prin deformare plastică, la care principala sursă de erori dimensionale este variația revenirii elastice, care în scopul obținerii la fiecare semifabricat a unei reveniri elastice egală 5 cu valoarea compensată, chiar și atunci când caracteristicile dimensionale și de material și forțele de frecare diferă de la un semifabricat la altul, cuprinde etapele de: 7

- simulare a procesului pe baza unor date privind evoluția forței de deformare și deformarea obținută a semifabricatului corespunzătoare cazului ideal, în funcție de proprietățile 9 materialului, ale poansonului de deformare și de condițiile fizice de deformare;

- culegere de informații privind atât deformarea semifabricatului în puncte prestabilite 11 ale suprafeței piesei rezultate, corespunzătoare unor segmente ale poansonului, cât și forța de deformare corespunzătoare unor segmente ale cursei poansonului, urmată de procesarea 13 datelor corespunzătoare cazului experimental prin comparare cu cele ale cazului simulat;

- determinarea diferențelor valorice dintre cazul simulat și cazul experimental și 15 calcularea unor corecții de forță de procesare, specifice procesului;

- comandarea sistemului de ambutisare corespunzător corecțiilor de forță de proce- 17 sare, calculate, caracterizată prin aceea că, cursa poansonului este împărțită în două zone: o zonă de identificare, în care forța de reținere evoluează după o lege considerată de 19 referință și folosită în etapa de simulare a procesului de deformare și de compensare a revenirii elastice prin modificarea formei și dimensiunilor matriței și poansonului și o a doua 21 zonă numită zonă de control, măsurarea forței de deformare este realizată într-un număr de puncte considerate de referință din zona de identificare, valorile măsurate ale forței de 23 deformare fiind comparate cu valorile de referință, corespunzătoare cazului de referință pentru care a fost compensată revenirea elastică, pe baza diferenței constatate prin compa- 25 rarea valorilor specifice fiind calculate modificările necesare ale forței de reținere, dependente de forța de deformare, într-un număr de puncte considerate de referință și aflate în 27 zona de control a cursei poansonului, astfel încât nivelul revenirii elastice reale la semifabricatul curent să corespundă cu nivelul la care aceasta a fost compensată, iar comandarea 29 sistemului de ambutisare se realizează în sensul modificării conform calculului a forței de reținere a semifabricatului în zona de control. 31
2. Metodă de conducere dimensională a proceselor de obținere a unor piese din tablă subțire, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, în scopul calculului modi- 33 ficării necesare a forței de reținere în zona de control a cursei poansonului, astfel încât nivelul revenirii elastice reale la semifabricatul procesat să corespundă cu nivelul la care 35 această revenire elastică a fost compensată, utilizează o bază de date aferentă sistemului de reținere a semifabricatului, cuprinzând valorile în punctele de referință ale forței de 37 deformare și ale forței de reținere a semifabricatului, precum și valorile parametrilor dimensionali ai revenirii elastice, atât cele corespunzătoare cazurilor simulate în cadrul 39 programului de simulare, cât și cele corespunzătoare exemplarelor din lot, obținute până în momentul curent, precum și o unitate de calcul ce utilizează aceste date de procesare nece- 41 sare construirii modelului matematic care, pentru cazurile curente, unde forma, dimensiunile, caracteristicile de suprafața și de material ale semifabricatului variază în limite restrânse, 43 poate fi liniar și care descrie legătura dintre valorile forței de deformare în punctele de referință din zona de identificare a cursei poansonului și valorile forței de reținere a 45 semifabricatului corespunzătoare punctelor de referință din zona de control a cursei poansonului, pe de o parte, și, pe de altă parte, valorile revenirii elastice în punctele caracteristice 47 ale semifabricatului.