Улан-Удэ, Россия
Россия
В работе рассмотрен процесс моделирования технологии послойного деформирования листовых заготовок. При описании процесса использование поверхностных моделей не желательно из конструктивных и технологических соображений, так как для описания поверхности каждого слоя необходимо преобразование каркаса исходной поверхности с учетом изменения толщины слоя, что приводит к росту объема перерабатываемой информации. Для решения указанной проблемы был использован перспективный метод параметрического твердотельного моделирования для описания геометрии детали и процесса. Данный метод позволил описать тело многослойной конструкции с учетом особенностей технологии послойного деформирования листового материала. Рассмотренная модель задания формы и многослойной структуры позволила описать процесс образования проектируемой формы от стадии плоской заготовки до готовой формы изделия. При этом отсутствует операция перезадания искомого каркаса поверхности промежуточного слоя. Были разработаны основные программные модули для описания процесса послойного деформирования в среде MathCAD. Основная программа описания процесса включает в себя следующие модули: описание параметрической твердотельной модели, описание траектории движения давильника, расчет параметров процесса деформирования, определение поверхности деформирования скругленными краями в заданном слое. Разработанный программный комплекс был апробирован при изготовлении детали пирамидальной формы. Для реализации послойного деформирования был использован станок с ЧПУ. Приведенные результаты теоретических и экспериментальных исследований на примере изготовления детали пирамидальной формы из листового материала показали, что использование такой формы описания многослойной конструкции, как параметрическая твердотельная модель, положительно сказывается на повышении качества поверхности получаемой детали.
послойное деформирование, листовая заготовка, параметрическое моделирование, многослойная конструкция, геометрическое моделирование.
1. Введение
При численном моделировании процесса формообразования конструкций методом послойного деформирования из листовых материалов возникает важная геометрическая задача построения поверхности деформирования листовой заготовки при воздействии на нее давильного устройства [1; 3–5; 23].
1. Батурин Д.А. Хроника развития основных способов послойного деформирования [Текст] / Д.А. Батурин // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - 2015. - № 2. - C. 43-47.
2. Голованов Н. Геометрическое моделирование [Текст] / Н.Н. Голованов. - М.: Изд-во физико-математической литературы, 2002. - 472 с.
3. Кривошеин В.А. Перспективы использования технологий инкрементальной формовки в современном производстве [Текст] / В.А. Кривошеин, А.А. Анцифиров, Ю.В. Маайстров // Изв. высших учебных заведений. Машиностроение. - 2014. - № 11. - C. 84-89.
4. Чумадин А.С. Исследование процессов послойного деформирования листовых заготовок с использование фрезерного станка с ЧПУ [Текст] / А.С. Чумадин, Д.А. Батурин // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - 2014. - № 7. - C. 29-32.
5. Чумадин А.С. Новое в листовой штамповке [Текст] // А.С. Чумадин, Д.А. Батурин // РИТМ Машиностроения. - 2016. - № 1. - C. 20-22.
6. Arfa H. Finite element modelling and experimental investigation of single point incremental forming process of aluminum sheets: influence of process parameters on punch force monitoring and on mechanical and geometrical quality of parts / H. Arfa, R. Bahloul, H. Belhadjsalah // International Journal of Material Forming. 2013, issue 6. P. 483-510. DOI:https://doi.org/10.1007/s12289-012-1101-z. URL: www.dx.doi.org/10.1007/s12289-012-1101-z
7. Azaouzi M. Tool path optimization for single point incremental sheet forming using response surface method / M. Azaouzi, N. Lebaal // Simulation Modeling Practice and Theory. 2012, vol. 24. P. 49-58. DOI:https://doi.org/10.1016/j.simpat.2012.01.008. URL: www.dx.doi.org/10.1016/j.simpat.2012. 01.008
8. Bahloul R. Application of response surface analysis and genetic algorithm for the optimization of single point incremental forming process / R. Bahloul, H. Arfa, H. Belhadjsalah // Key Engineering Materials. 2013, vol. 554-557. P. 1265-1272. DOI:https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.554-557.1265. URL: www.dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.554-557.1265
9. Behera A.K. Tool path generation for single point incremental forming using intelligent sequencing and multi-step mesh morphing techniques / A.K. Behera, B. Lauwers, J.R. Duflou // International Journal of Material Forming. 2014, vol. 8, issue 4. P. 517-532. DOI:https://doi.org/10.1007/s12289-014-1174-y. URL: www.dx.doi.org/10.1007/s12289-014-1174-y
10. Behera A.K. Tool path generation framework for accurate manufacture of complex 3D sheet metal parts using single point incremental forming / A.K. Behera, B.Lauwers, J.R. Duflou // Computers in Industry. 2014, vol. 65, issue 4. P. 563-584. DOI:https://doi.org/10.1016/j.compind.2014.01.002. URL: www.dx.doi.org/10.1016/j.compind. 2014.01.002
11. Benmessaoud R. A tool path generation method for the multi-pass incremental forming process investigation / R. Benmessaoud // International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering. 2014, vol. 4, issue 5. P. 1035-1044. URL: http:// www.ijarcsse.com/docs/ papers/Volume_4/5_May2014/V4I5-0569.pdf
12. Durikovic R. Modelling with three types of Coons Bodies / R. Durikovic, S. Czanner // International Journal of Modelling & Simulation. 2004, vol. 24, no. 2. P. 97-101.
13. Guangcheng Z. Forming process of automotive body panel based on incremental forming technology / Z. Guangcheng, X. Jinbo, S. Xiaofan, Z. Xun, L. Chuankai // Metallurgical and Mining Industry. 2015, vol. 1, issue 12. P. 350-357. URL: http://www.metaljournal.com.ua/assets/Journal/english-edition/MMI_2015_12/054Guangcheng-Zha.pdf
14. Kim T.J. Improvement of formability for the incremental sheet metal forming process / T.J. Kim, D.Y. Yang // International Journal of Mechanical Sciences. 2000, vol. 42, issue 7. P. 1271-1286. DOI:https://doi.org/10.1016/S0020-7403(99)00047-8. URL: www.dx.doi.org/10.1016/S0020-7403(99)00047-8
15. Lanouar B.A. Simplified numerical approach for incremental sheet metal forming process / B.A. Lanouar, R. Camille, D. Arnaud, N. Mohammed // Engineering Structures. 2014, vol. 62-63. P. 75-86. DOI:https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.01.033. URL: www.dx.doi.org/10.1016/j.engstruct. 2014.01.033
16. Lenđel R. Single point incremental forming of large-size components / R. Lenđel // Journal for Technology of Plasticity. 2014, vol. 39, no. 1. P. 59-67. URL: http://www.dpm. ftn.uns.ac.rs/ jtp/download/2014/1/Article7.pdf
17. Li Y. Deformation mechanics and efficient force prediction in single point incremental forming / Y. Li, W.J.T. Daniel, Z. Liu, H. Lu, P.A. Meehan // Journal of Materials Processing Technology. 2015, vol. 221. P. 100-111. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.02.009. URL: www.dx.doi.org/10.1016/j. jmatprotec.2015.02.009
18. Liu Z. Multi-pass deformation design for incremental sheet forming: Analytical modeling, finite element analysis and experimental validation / Z. Liu, WJT. Daniel, Y. Li, S. Liu // Journal of Materials Processing Technology. 2014, vol. 214, issue 3. P. 620-634. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.11.010. URL: www.dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.11.010
19. Liu Z. Tool path strategies and deformation analysis in multi-pass incremental sheet forming process / Z. Liu, Y. Li, P.A. Meehan // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014, vol. 75, issue 1. P. 395-409. DOI:https://doi.org/10.1007/s00170-014-6143-6. URL: www.dx.doi.org/10.1007/s00170-014-6143-6
20. Lu B. Feature-based tool path generation approach for incremental sheet forming process / B. Lu, J. Chen, H. Ou // Journal of Materials Processing Technology. 2013, vol. 213, issue 7. P. 1221-1233. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.01.023. URL: www.dx.doi.org/10.1016/ j.jmatprotec.2013.01.023
21. Malyer E. The influence of tool path strategy on geometric accuracy in incremental forming / E. Malyer // Key Engineering Materials. 2013, vol. 554-557. P. 1351-1361. DOI:https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.554-557.1351. URL: www.dx.doi.org/ 10.4028/ www.scientific.net/ KEM.554-557.1351
22. Mohammadi A. On the geometric accuracy in shallow sloped parts in single point incremental forming / A. Mohammadi, H. Vanhove, A. Bael, J.R. Duflou // Key Engineering Materials. 2013, vol. 554-557. P. 1443-1450. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/KEM.554-557.1443. URL: www.dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.554-557.1443
23. Nimbalkar D.H. Review of incremental forming of sheet metal components / D.H. Nimbalkar, V.M. Nandedkar // International Journal of Engineering Research and Applications.2013, vol. 3, issue 5. P. 39-51. URL: http:// www.ijera.com/papers/Vol3_issue5/I353951.pdf
24. Silva M.B. Single-point incremental forming and formability-failure diagrams / M.B. Silva, M. Skjoedt, A.G. Atkins, N. Bay, P.A.F. Martins // The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2008, vol. 43. P. 15-35. DOI:https://doi.org/10.1243/03093247JSA340. URL: www.dx.doi.org/10.1243/03093247JSA340
25. Skjoedt M. Creating helical tool paths for single point incremental forming / M. Skjoedt, M.H. Hancock, N. Bay // Key Engineering Materials. 2007, vol. 344. P. 583-590. DOI:https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.344.583. URL: www.dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.344. 583
26. Suresh K. Tool path definition for numerical simulation of single point incremental forming / K. Suresh, A. Khan, S.P. Regalla // Procedia Engineering. 2013, vol. 64. P. 536-545. DOI:https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.09.128. URL: www.dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2013.09.128
27. Zhu H. Spiral tool-path generation with constant scallop height for sheet metal CNC incremental forming [Электронный ресурс] / H. Zhu, Z. Liu, J. Fu // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011, vol. 54, issue 9-12. P. 911-919. - DOI:https://doi.org/10.1007/s00170-010-2996-5. URL: www.dx.doi.org/10.1007/s00170-010-2996-5
