NÁVRHÁŘ. charakteristika materiálu. Numerický experiment Integrovaný model Dynamický materiálový model. kontrolovatelné parametry

Transkript

1 Metody technologického designu Doc. Ing. Jiří Hrubý, CSc. Inaugurační přednáška

2 NÁVRHÁŘ charakteristika materiálu kontrolovatelné parametry nekontrolovatelné parametry Termomechanická analýza (MKP) SOS tvařitelnost vady toku materiálu mikrostruktura mechanické vlastnosti metalurgická nestabilita x účinnost disipace energie h zatížení nástrojů a strojů Technologický design Numerický experiment Integrovaný model Dynamický materiálový model charakteristika materiálu: f,..., ds dt,..., s l k l, T, s1 sn gl k l, T, s1 kontrolovatelné parametry: tvar polotovaru tvar nástroje tvářecí teplota rychlost tváření nekontrolovatelné parametry: tření vady toku materiálu: přeložky zákovky (flow trough) PETRUŢELKA, J., OČENÁŠEK, V., HRUBÝ, J., LIČKA, SONNEK, P. Analýza procesu tváření za tepla. Integrovaný model. Ostrava: Vysoká škola báňská-technická univerzita Ostrava, 2001, 132 s. n

3 Napětí (MPa) Integrovaný model Z Y. h0 m Ocel: ČSN DIN Ck 45 modifikace R ( C), 0.1 (s -1 ) Experiment Konstitutivní model Qdef Z. exp RT Aproximace Zdroj: Plastometr GLEEBLE Pole závislosti: deformace rychlost deformace teplota ( C), 0.1 (s-1) Aproximace 50 Experiment 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Deformace ( - ) HRUBÝ, J., PETRUŢELKA, J., LIČKA, S., ŠARMANOVÁ, J. Integrated model for hot forming processes simulation. ICIT 2001, Rogaska Slatina: ed. Karl Kuzman, TECOS Celje, 2001, s

4 Specific. teplo (Jkg -1 K -1 ) Tepel. vodivost (Wm -1 K -1 ) Modul pružnosti (MPa) Koef. teplot. roztažnosti (K -1 ) Integrovaný model Teplotně závislé vlastnosti specifické teplo tepelná vodivost modul pružnosti teplotní roztažnost Ocel specifické teplo tepelná vodivost Zdroj: QForm SuperForm Teplota ( C) Ocel modul pružnosti koeficient teplotní roztažnosti Teplota ( C) 0, , , , , , Kontaktní a transportní podmínky třecí faktor: přestup tepla do nástroje: 1350 (W m -2 K -1 ) do okolí: 20 (W m -2 K -1 ) tok materiálu a stabilita simulace kontaktu HRUBÝ, J. Konstitutivní matice a teplotní pole při tváření za tepla. In Čtvrté setkání uživatelů MARC v České republice. Štiřín: MARC Overseas Inc. Praha, s

5 Integrovaný model Metalurgický model hustota dislokací S velikost zrna d H X drx H X. s c drx s d (, T) d. ( t t ). 0 X (, T) c drx kritérium rekrystalizace drx 2 ( ) 1 exp 0, c d stat d n GG Strukturní model procento rekrystalizace f exp Qrec E f T velikost zrna s 1. 2 s3 s4 s. d0. Z s 5 růst zrna n 0..exp QGG d At R. T LIČKA, S., HRUBÝ, J., PETRUŢELKA, J. Integrating engineering design and analysis using a STEP/EXRESS approach. Metal Forming Rotterdam: ed. Pietrzik aj., Balkema, s

6 Integrovaný model po kování Velikost zrna Efektivní deformace Strukturní model Teplota po děrování Teplota Mez pevnosti R m R Mechanické vlastnosti X. k X. k X. k X. k F m, 0 F P P B B M M d Srovnání Mez pevnosti HRUBÝ, J., PETRUŢELKA, J., LIČKA, S. Integrated model for hot forming processes simulation. VIIIth Int. Conf. on NUMERICAL METHODS IN CONTINUUM MECHANICS Lipt. Hrádok: University of Ţilina, s.

7 Dynamický materiálový model R7, GLEEBLE 1500 Účinnost disipace energie h 2m h m 1 T HRUBÝ, J., PETRUŢELKA, J., LIČKA, S., ŠARMANOVÁ, J. Integrated model for hot forming processes. METAL Ostrava: Tanger Ostrava, 2001, 6 s.

8 Dynamický materiálový model R7, GLEEBLE 1500 Metalurgická nestabilita x x ln m m 1 m 0 ln T PETRUŢELKA, J., HRUBÝ, J., SONNEK, P., LIČKA, S., ŠARMANOVÁ, J. Hot forming and heat treatment processes analysis. CO - MAT - TECH Trnava: Vydavateltvo STU v Bratislave, 2001, s

9 Kovací síla (MN) Integrovaný model Zatížení zařízení a nástrojů Efektivní napětí ,944 Tvarování , Prohýbání 10 13,998 Pěchování Distance (mm) HRUBÝ, J. Vyuţití simulačního software QForm při konstrukci nástrojů. Nástroje Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2001, s

10 Napětí (MPa) Numerický experiment Píst AlMg3, ČSN Cu Mg Mn Si Fe ASTM eq. 0,02 2,88 0,29 0,13 0,24 AA C, 1.0 s -1 Aproximace Experiment C, 1.0 s -1 Experiment Aproximace 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Deformace ( - ) PETRUŢELKA, J., OČENÁŠEK, V., KLIBER, J., HRUBÝ, J., LIČKA, S., ŠARMANOVÁ, J. Metoda konečných prvků ve tváření za tepla. Ostrava: Vysoká škola báňská -Technická univerzita Ostrava, 1998, 210 s.

11 Numerický experiment Rozměr numerického experimentu Technologická tvařitelnost tvařitelnost TT f i, j, k, l, m Parametry řízené i j k l Prostor: 5 rozměrů (parametrů) 3 varianty 3 5 = 243 pokusů [1, 2, 3] neřízené m tření tvar polotovaru tvar nástrojů tvářecí teplota rychlost tváření tvar polotovaru: i [1,2] dva jednoduché tvary i [3] předkovek tvar nástrojů: j [1] bez úprav j [2,3] úkosy svislých stěn tvářecí teplota: k [1] = 360 C k [2] = 390 C k [3] = 420 C rychlost tváření: l [1] = 150 min -1 l [2] = 100 min -1 l [3] = 10 min -1 třecí faktor: m [1] = 0,2 m [2] = 0,5 m [3] = 1,0 PETRUŢELKA, J. HRUBÝ, J. LIČKA, S. SONNEK, P. Numerical Experiment as a Method for Solution of Metal Forming Problems. Acta Mechanika Slovaca, 2002, 2, p

12 Numerický experiment Termomechanická analýza Tvar polotovaru i[1] tyč i[2] kotouč i[3] předkovek Redukce numerického experimentu: přeložka i[1] = 162 pokusů PETRUŢELKA, J. HRUBÝ, J. SONNEK, P. LIČKA, S. Numerický experiment jako metoda řešení inversních úloh tváření. In: Sb. Mezinárodní vědecké konference FORMING 2002 na téma plasticita materiálu. Luhačovice s

13 Numerický experiment Termomechanická analýza Tvar nástrojů Tření j[1] j[2] j[3] zákovek (flow-trough) i[2] = kotouč j[1] m[2]=0,5 j[2] m[3]=1,0 Redukce numerického experimentu: = 33 p.

14 Numerický experiment Napětí (MPa) Integrovaný model Tvařitelnost - State of Stress C SOS m p 1 Sledovaný bod 30: m = 148 (MPa) p = 136 (MPa) Přetvárný odpor Přetvárný odpor ,000 0,010 0,020 0,030 0, Střední napětí Střední napětí ,009 0,010 0,011 0,012 0,013 Doba (s) (s)

15 Numerický experiment Účinnost disipace energie 2m h m 1 T Metalurgická nestabilita AlMg3, ČSN ln m x m 1 m 0 ln T PETRUŢELKA, J. HRUBÝ, J. SONNEK, P. An inverse approach to metal forming problem using numerical experiment method. Part II. Sborník věd. prací Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava., 2001, ročník XLVII, řada strojní, číslo1, část 2, s

16 Numerický experiment Teplota ohřevu Dynamický materiálový model Metalurgická nestabilita x k[1] = 360 C k[2] = 390 C k[3] = 420 C

17 Numerický experiment Rychlost tváření Dynamický materiálový model Metalurgická nestabilita x Finální výběr Varianta: i [2] = kotouč j [2] = úkos m [2] = 0,5 k [1] = 360 C l [3] = 10 min -1 k [1] = 360 C l [2] = 100 min -1 k [2] = 360 C l [3] = 10 min -1

18 Numerický experiment Dynamický materiálový model Účinnost disipace energie h Varianta: i, j, m [2], k [1], l [3]

19 Numerický experiment Dynamický materiálový model Metalurgická nestabilita x Varianta: i, j, m [2], k [1], l [3]

20 Numerický experiment Mikrostruktura Velikost subzrna (mm) Varianta: i, j, m [2], k [1], l [3] jiri.hruby@vsb.cz