Обжатие/обкатка включает в себя ряд процессов, которые позволяют производить бесшовные, сферические изделия с помощью роликов простой геометрической формы. Окончательная форма изделия определяется траекторией движения инструмента относительно оправки. Это отличается от процессов фасонной или клиновой прокатки, где конечная форма изделия продиктована геометрией поперечного сечения валков или роликов.
Изделия цилиндрической, полусферической и конической формы могут получены с помощью процессов обкатки/обжатия. Как правило, изделия являются осесимметричными, но некоторые могут содержать не симметричные геометрические особенности (например, зубья шестерни). Основными изделиями, получаемыми с помощью процесса обкатки, являются: цилиндрические торцевые кромки, аэродинамические носовые обтекатели, элементы трансмиссии, обод колесного диска, гильзы и трубы.
Процессы обжатия включают в себя: • Традиционное обжатие • Сдвиговое обжатие • Обкатка • Прошивка трубы
При процессе стандартного обжатия, сдвигового обжатия и обкатки, заготовка зажимается между оправкой и центрирующей (задней) бабкой. Оправка имеет форму готового изделия. Эти инструменты вращаются с высокой скоростью, при этом заготовка формируется на оправке при помощи одного или более роликов. Ролики движутся по определенной траектории и могут совершать один или несколько проходов. При прошивки трубы, твердотельная заготовка подается в ролики, которые обкатывают материал вокруг неподвижной оправки.
Во время стандартного обжатия (левый рисунок) изделие принимает форму без изменения толщины. Во время обкатки (правый рисунок) толщина заготовки уменьшается до необходимой толщины в поперечном сечении.
Процессы обкатки имеют ряд преимуществ. Они могут являться эффективным способом для получения изделий осесимметричной формы. Так же они могут применяться для производства изделий сложной формы, которую невозможно получить с помощью других процессов металообработки. Механическая обработка является относительно простым, но не всегда экономически выгодным процессом металлообработки. После механической обработки, как правило, хорошее качество обработанной поверхности, но может быть большое количество отходов (стружки).
Механика процессов обкатки требует решения ряда вопросов, которые возникают при моделировании методом конечных элементов (FEM). Высокие скорости и длительность процесса требует большого количества временных шагов. Вращающаяся заготовка приводит к сложности с обновлением координат узлов и управлению объемом. Количество проходов и движение вращающихся инструментов должно быть определено с помощью доступных элементов управления движением. В прошлом эти вопросы не позволяли моделировать процессы обкатки.
Новые возможности, которые стали доступны в версии DEFORM V11.1, позволяют моделировать различные процессы обкатки. Пример операции обкатки показан на левом рисунке. Уменьшение толщины контролируется заданным зазором между роликом и оправкой. Результат моделирования этого процесса показан на рисунке справа.
Процесс может быть быстро задан и рассчитан в хорошей точностью за разумное время. Геометрия заготовки (3D), оправки, центрирующей (задней) бабки, шпиндельной (передней) бабки и роликов может быть создана из 2D поперечного сечения. Для решения задачи методом конечных элементов используются мощные решатели и средства управления качеством сетки. Движение инструмента по траектории, повторяющее движение инструмента на станке с ЧПУ, определяется с помощью специальных инструментов. Число проходов так же можно настроить с помощью специальных инструментов, описывающих движение инструмента, или задать с нескольких операций. Задача может быть решена в изотермической и неизотермической постановке. Среда МО (Multiple Operations) (MO) позволяет легко и быстро настроить процесс, состоящий из нескольких операций.
Расчет помогает предсказать форму изделия, образование дефектов (складки, прострелы, выплеск материала и т.д.), степень деформации, температуру, усилие, момент кручения и напряжение в роликах. Моделирование позволяет пользователям оценить влияние материала, геометрии роликов/оправки, скорости подачи, скорости вращения и траектории движения роликов на форму изделия.
Обод колесного диска обычно получается с помощью процесса обкатки. Эта операция позволяет сэкономить на материале и отказаться от операции механической обработки. Нижеприведенный пример предоставлен университетом Брешии (University of Brescia). Они промоделировали процесс обкатки обода колесного диска из алюминиевого сплава. Предварительно штампованная заготовка была обкатана до конечного размера за несколько проходов с помощью одного ролика. Обратите внимание, что нет необходимости в моделировании лицевой поверхности колесного диска. Было достигнуто хорошее соответствие толщины поперечного сечения между предсказанными результатами и результатами, полученными на производстве.
Такие результаты моделирования процессов обкатки/обтяжки были достигнуты благодаря новым возможностям решателей программного комплекса DEFORM. Компания SFTC постоянно работает над улучшением программного комплекса DEFORM. Для получения более подробной информации, обратитесь в компанию ООО "Артех".
