Metody technologického designu Doc. Ing. Jiří Hrubý, CSc. Inaugurační přednáška
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
Napětí (MPa) Integrovaný model Z Y. h0 m Ocel: ČSN 12050 DIN Ck 45 modifikace R7 200 150 800 ( C), 0.1 (s -1 ) Experiment Konstitutivní model Qdef Z. exp RT Aproximace Zdroj: Plastometr GLEEBLE Pole závislosti: deformace rychlost deformace teplota 100 1200 ( 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. 353-356.
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 1000 800 600 400 200 0 Ocel 12050 specifické teplo tepelná vodivost Zdroj: QForm SuperForm 0 300 600 900 1200 1500 Teplota ( C) 50 40 30 20 10 0 250000 200000 150000 100000 50000 0 Ocel 12050 modul pružnosti koeficient teplotní roztažnosti 0 300 600 900 1200 1500 Teplota ( C) 0,000025 0,000020 0,000015 0,000010 0,000005 0,000000 Kontaktní a transportní podmínky třecí faktor: 0.2 0.3 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, 1999. s. 68-72.
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 0,693. 50 c d stat d n GG Strukturní model procento rekrystalizace f2 0 1..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 2000. Rotterdam: ed. Pietrzik aj., Balkema, 2000. s. 503-508.
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 2000. Lipt. Hrádok: University of Ţilina, 2000. 8 s.
Dynamický materiálový model 12 050 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 2001. Ostrava: Tanger Ostrava, 2001, 6 s.
Dynamický materiálový model 12 050 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 2001. Trnava: Vydavateltvo STU v Bratislave, 2001, s. 142-147.
Kovací síla (MN) Integrovaný model Zatížení zařízení a nástrojů Efektivní napětí 60 56 50 54,944 Tvarování 40 30 25,220 27 20 Prohýbání 10 13,998 Pěchování 0 0 100 200 300 400 500 600 Distance (mm) HRUBÝ, J. Vyuţití simulačního software QForm při konstrukci nástrojů. Nástroje 2001. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2001, s. 167-170.
Napětí (MPa) Numerický experiment Píst AlMg3, ČSN 42 4413 Cu Mg Mn Si Fe ASTM eq. 0,02 2,88 0,29 0,13 0,24 AA 5754 200 310 C, 1.0 s -1 Aproximace 150 100 Experiment 50 490 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.
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. 27-32.
Numerický experiment Termomechanická analýza Tvar polotovaru i[1] tyč i[2] kotouč i[3] předkovek Redukce numerického experimentu: přeložka i[1] 3 4. 2 = 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 18. 9. 21. 9. 2002. s. 223-228.
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: 3 2. 2. 2-3 = 33 p.
Numerický experiment Napětí (MPa) Integrovaný model Tvařitelnost - State of Stress C SOS m p 1 Sledovaný bod 30: m = 148 (MPa) p = 136 (MPa) 300 160 Přetvárný odpor 200 150 Přetvárný odpor 140 100 130 0 1200,000 0,010 0,020 0,030 0,040-100 110 Střední napětí -200 100-300 90 Střední napětí 80-400 0,009 0,010 0,011 0,012 0,013 Doba (s) (s)
Numerický experiment Účinnost disipace energie 2m h m 1 T Metalurgická nestabilita AlMg3, ČSN 42 4413 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. 89-98.
Numerický experiment Teplota ohřevu Dynamický materiálový model Metalurgická nestabilita x k[1] = 360 C k[2] = 390 C k[3] = 420 C
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
Numerický experiment Dynamický materiálový model Účinnost disipace energie h Varianta: i, j, m [2], k [1], l [3]
Numerický experiment Dynamický materiálový model Metalurgická nestabilita x Varianta: i, j, m [2], k [1], l [3]
Numerický experiment Mikrostruktura Velikost subzrna (mm) Varianta: i, j, m [2], k [1], l [3] www.345.vsb.cz/jirihruby jiri.hruby@vsb.cz