Verktygskompetens för tillverkningsindustri Delaktivitet P2 Digital verktygsmodifiering

Transkript

1 Verktygskompetens för tillverkningsindustri Delaktivitet P2 Digital verktygsmodifiering Peter Ottosson, Ramin Moshfegh, Roger Andersson, Peter Alm och Tomas Jansson Rapport om enstegslösare Bild

2 Syfte Föreliggande jämförelse mellan olika enstegsprogramvaror för plåtformningsoperationer har utförts inom det aktuella projektet. Syftet med arbetet är att åstadkomma en jämförelse mellan de olika programvarornas möjligheter, begränsningar och korrekthet med avseende på beräknade resultat. Målet är att dessa resultat ska jämföras med resultat från fysiska prover av formningsoperationen. Bild

3 Praktikfall 1: S-balk från Finnveden Material: DC06 t=1,0 mm Bild

4 Pre-processor Programvara Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Importera CAD FE Modifiering av detaljens geometri Clean up / offset Materialdatabas Materialmodell Formningssimulering Det finns möjligheter Bra med många praktiska funktioner Konventionell formning Mycket avancerade verktyg finns tillgängliga parametrisering av geometri (Die Design & HyperStudy) Existerar och det går att skapa nya materialdatabaser Tillräckligt bra för att simulera de vanliga materialtyperna Det finns de mest nödvändiga funktionerna Användargränssnitt Bra men det finns många urval Bra och enkelt Konventionell- och flexformning Bild

5 Pre-processor Programvara Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Skapa FE-nät Formningsparametrar Möjlighet att skapa eget FE-nät Det finns stor flexibilitet att skapa FE-nät med diverse olika algoritmer FE till CAD Nej (STL) JA (IGES och STL ASCII) Nej FE till FE (t.ex. Crash) Ja Ja Ja Att komma igång (1-10) 1: Enkelt 10: Svårt Enkla grafiska funktioner för att definiera plåthållarens läge och kraft Det går att definiera flera plåthållare med olika kraft/tryck Friktionskoefficient Dragvulster (läge och kraft men inte geometri) X 5 1 Automatisk meshgenerator med avancerad repareringsfunktion FormGränsKurva (FGK) antigen som empirisk ekvation eller experimentell data Tippning (UnderCut) AutoTip Tvång och restriktion Bild

6 Bild

7 Bild

8 Bild

9 Bild

10 Materialdata DC06 Tensile test (Ref. to EN10002 and EN10130) Engineering stress [MPa] Product Application Strength testing DC06 Test Rolling Th Rp0,2 Rm A50 mm A80 mm r n K nr direct. mm N/mm 2 N/mm 2 % % ε 20 %) interval ε % interval ε % 0 0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% Engineering DC06 strain DC06 0 0, ,99 0, " 45 0, ,65 0, " 90 0, ,61 0, r = 0,65 True stress [MPa] r avg = 1, ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 True strain [mm/mm] Bild

11 Analys av jämförelse och resultat De olika programmens användarvänlighet är till viss del beroende av hur komplexa de är. Varje programvara har sina speciella funktioner som kan vara unika i sitt område, se Tabell i Bild 4 och 5. Ju fler möjligheter som står till buds desto högre krav ställs på användarens förmåga att hantera programmet. För resultatjämförelsen begränsar vi oss tills vidare till resultaten från FEsimuleringarna då resultaten från de fysiska utfallsproverna inte kunnat sammanställts fullständigt. Det visuella intrycket av plåtutbredningen uppvisar inga större skillnader, se Bild 14. Digital jämförelse mellan plåtutbredningen har inte kunnat genomföras beroende på resultatens olika format. Resulterande plåttjocklek och förtunning visas i både tabell- och grafisk form på Bild 15. Mindre skillnader föreligger mellan de jämförda programvarorna. Utmärkande är maximal tjocklek där Hyperform avviker från de övriga genom mindre maximal tjocklek. Bild

12 Analys av jämförelse och resultat Forts. Tjockleksfördelning visas även i tvärsnitt där FastForm Advance utmärker sig genom att presentera tjockleken över det valda tvärsnittet grafiskt, se Bild 16. Effektiv plastisk töjning visas i Bild 17. Här skiljer sig FastForm Advance från de andra programmen genom en avsevärt lägre maximal effektiv plastisk töjning, ungefär 50 % lägre. Lite skillnad i töjningsmönstret finns också. En tydligare töjning av området runt präglingarna föreligger för resultaten från Simex 2000 och FastForm Advance även om dessa finns med i mindre grad i HyperForm resultatet. Bild 18 visar effektiv spänning för de tre programmen. Den visuella skillnaden mellan resultaten och då främst präglingarnas utseende kan till viss del bero på de olika skalindelningarna. Det föreligger en viss skillnad i min- och maxnivå mellan resultaten. Simex 2000 och HyperForm är snarlika med avseende på maxnivå emedan Hyperform och FastForm Advance ger likartade resultat för minnivå. Bild

13 Analys av jämförelse och resultat Forts. Resultaten med formgränskurva för prediktering av instabilitet uppvisar stora skillnader programmen emellan, se Bild 19. Delvis kan det tillskrivas de olika programmens sätt att indela den grafiska representationen av läget för en godtycklig punkt till det aktuella materialets formgränskurva. Resultaten indelas i tre nivåer för Simex 2000, fem nivåer i HyperForm och hela sju nivåer i FastForm Advance. Tendenserna i programmen är i stort sett likartade med avseende på de brister som uppstår men antalet punkter i detaljen med respektive töjningstillstånd skiljer sig stort. Således predikterar HyperForm och FastForm Advance till ytan mindre områden med veckbildning än Simex Punktmolnet i formgränskurvan från Simex 2000 ligger mer förskjuten till vänster om axeln för plan töjning. Mellan FastForm Advance och HyperForm finns smärre skillnader i utbredning ifråga om tendens till veckbildning och verklig veckbildning. Andra mer programspecifika resultat såsom uppskattning av stämpelkraft, vikt, area, kostnad, prediktering av återfjädring (FastForm Advance) och plåthållarens geometri (HyperForm och FastForm Advance) har inte beaktats här. Bild

14 Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Plåtutbredning klippningslinje Bild

15 IVF Industrial Research and Development Corporation IVF Industriforskning och utveckling AB Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Tjocklek [mm] Min Max Simex , HyperForm 0,77 1,04 FastForm Adv. 0,80 1,16 Bild

16 Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Tvärsnitt Tjockleksfördelning Bild

17 Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Plastisk töjning Min Max Simex ,0 0,51 HyperForm 0,0 0,53 FastForm Adv. 0,0 0,26 Bild

18 IVF Industrial Research and Development Corporation IVF Industriforskning och utveckling AB Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Effektivspänning [MPa] Min Max Simex ,5 436,7 HyperForm 114,0 442,0 FastForm Adv. 127,0 372,0 Bild

19 Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Safe Forming Zone Formability FormGränsKurva Bild

20 Simex 2000 HyperForm FastForm Adv. Tippning och Auto-Tip Underskärning eller undercut Bild

21 Experimentella resultat Bild

22 Initial plåtgeometri med beteckningar för olika snittytor 14 Snitt vä hä Bild

23 Töjningsmätningar detalj 2 utav 3 detaljer Bild

24 Töjningsmätningar Detalj 1 Detalj 3 Bild

25 Töjningsmätning i fastlagda snitt på detalj 2 Snittyta 25 Snittyta 47 Snittyta 36 Bild

26 Största huvudtöjning från Hyperform Bild

27 Största huvudtöjning från FastForm Bild

28 Analys av töjningsmätning och resultat från enstegslösare I Bild 26 återfinns största huvudtöjning från HyperForm. Töjningen i det plana området på ytan med präglingar varierar mellan 0 och I övergången från plan yta till prägling ökar töjningen till mellan 0.1 och 0.25 med två tydligt markerade områden per prägling. Töjningen minskar till mellan 0.1 och 0.15 på präglingarnas djupast del. S- balkens sidor visar en jämnare töjningsvariation än experimenten, största töjningarna återfinns här på ytter- och innerradier som genomgått sträckflänsning (upp till 0.3) eller krympflänsning (upp till 0.25). För sträckflänsade områden ligger största töjningarna närmast den plana bottenflänsen och för krympflänsade områden återfinns de största töjningarna nära radieövergången till den plana präglade ytan. Bild

29 Analys av töjningsmätning och resultat från enstegslösare Största huvudtöjningen i de experimentella resultaten presenteras grafiskt i Bild 23 och 24 Samtliga huvudtöjningar för detalj 2 i de fastlagda snitten visas i Bild 25 Töjningen i det plana området på ytan med präglingar varierar ungefär mellan 0.1 och 0.1 med ett undantag, detalj 3 har ett stråk med stor töjning tvärs över referensmätlinje 47 (se Bild 22). Töjningen i präglingarna är relativt homogen kring 0.25 med några få undantag. I två av detaljerna (detalj 1 och 2) har präglingen längst ner till vänster i respektive bild större töjning (0.6 och högre) än genomsnittliga präglingar vilket kan ha fysiska orsaker t.ex från verktygsgeometri, plåtindrag eller annat. I geometrins flänspartier är töjningsmönstret mer varierande beroende på om det är frågan om sträckflänsning, krympflänsning eller rak flänsning. Nivåerna varierar ungefär från 0 till 0.35 Bild

30 Analys av töjningsmätning och resultat från enstegslösare Bild 27 visar teknisk huvudtöjning från FastForm. Konvertering till sann huvudtöjning sker via ε=ln(1+e) där ε är sann töjning och e är nominell töjning och här angivna nivåer avser sann töjning. För flänsytorna har vi ett utseende som påminner om resultatet från HyperForm men med lägre nivåer, här mellan 0.12 till I den plana delen av den präglade ytan förefaller töjningen var mindre än 0.05 utom närmast områden med krympflänsnigen där vi uppnår ungefär Mönstret återfinns i resultatet från HyperForm med nivåer upp emot 0.20 om än med mindre utbredning än för FastForm. Präglingarna uppvisar här ett eller två motstående områden vardera vid övergången från plan yta till prägling med högre töjningsvärden (0.26 och uppåt) än präglingarna i genomsnitt som uppskattningsvis ligger på Bild

31 Sammanfattning av jämförelse av beräkningsresultat mot töjningsmätningar De observerade töjningsmönstren uppvisar likartade fenomen om än med individuella skillnader. Likheterna mellan beräknade resultat och skillnader mellan dem och uppmätta töjningsnivåer kan bero på rent fenomenologiska orsaker vid formning av fysisk detalj såväl som på brister i de använda mjukvarorna. De observerade töjningsnivåerna varierar avsevärt. Mättnoggrannhetsberäkning för experimentella resultat saknas vilket behövs för en tillförlitlig helhetsbedömning Jämförelse hade underlättats avsevärt om resultatfiler från de olika programmen hade varit tillgängliga i något universalformat. Utan denna möjlighet blir jämförelse allmänt vansklig inte minst till följd av det manuella jämförelsearbetet. På grundval av denna begränsade jämförelse kan utvärdering av största huvudtöjning baserad på enstegsprogram inte rekommenderas för användning på verkliga detaljer. Bild