ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГЕОМЕТРИИ ПУАНСОНА ШТАМПА ДЛЯ ПРОБИВКИ ПЕРФОРАЦИИ

SELECTION OF OPTIMAL PARAMETERS OF THE GEOMETRY OF THE PUNCH STAMP FOR PUNCHING PERFORATION

Dmitry Babenko

master's student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute - branch of the R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University,

Russia, Arzamas

Natalia Pris

scientific director, candidate of technical sciences, associate professor, Arzamas Polytechnic Institute - branch of the R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются возможности использования программного обеспечения SolidSimulation для определения оптимальных параметров режущей кромки пуансона штампа для пробивки перфорации. В частности определяется оптимальный радиус скругления кромки пробивного элемента с использованием средств исследования проектирования, статического прочностного анализа и анализа на устойчивость конструкции.

ABSTRACT

This article discusses the possibilities of using SolidSimulation software to determine the optimal parameters of the cutting edge of a punch for perforation stamping. In particular, the optimal radius of the rounding of the edge of the punch element is determined using design research, static strength analysis and structural stability analysis.

Ключевые слова: пуансон, исследование проектирования, вырубной штамп, SolidSimulation.

Keywords: punch, design study, cutting die, SolidSimulation.

Определение оптимальных параметров вырубных пуансонов в штампах является наиболее значимой задачей, которую решает инженер-конструктор при проектировании специальной технологической оснастки.

Для подбора оптимальной величины радиуса скругления на пуансоне целесообразно использовать исследование проектирования в программном обеспечении SolidSimulation.

Для выполнения исследования проектирования необходимо выполнить два смежных исследования – исследование на устойчивость детали «Пуансон» и прочностной анализ детали «Пуансон» в частной постановке. Необходимо отметить, что в качестве материала детали «Пуансон» используется материал Х12М ГОСТ 5650-2000.

Так как нагрузка на пуансоны в процессе работы штампа распределена неравномерно – центральные пуансоны испытывают максимальное влияние, то необходимо определить максимальную силу с помощью зондирования поверхностей и определения силы реакции (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Определение нагрузки на пуансоны в процессе работы

Как видно из рисунка 1 максимальная нагрузка на торец пуансона равна 94600 Н (возникает на одном из центральных). Именно это значение и будем использовать для определения оптимальной величины радиуса при вершине пуансона.

Для проведения исследования проектирования нужно предварительно сгенерировать статический анализ детали «Пуансон» в программном обеспечении SolidSimulation. Этапы моделирования представим на рисунках 2-6.

Рисунок 2. Задание материала пуансона

Рисунок 3. Задание зафиксированной геометрии детали

Рисунок 4. Задание крепления «Ролик/ползун»

Рисунок 5. Приложение внешней нагрузки 94600 Н

Рисунок 6.  Генерирование сетки КЭ

Данное исследование является базовым для расчета напряжения, величина которого будет параметром в исследовании проектирования. Аналогичным образом, в программном обеспечении SolidSimulation необходимо подготовить исследование на устойчивость.

После подготовки расчетной модели статического исследования и исследования на потерю устойчивости необходимо сконфигурировать параметры исследования проектирования, в результате которого мы подберем оптимальное значение радиуса при торце детали «Пуансон» из следующих значений: 0,1 мм, 0,96 мм, 1,26 мм, 1,56 мм.

Значение радиуса кромки является параметром, который будет автоматически изменяться в процессе расчета (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Назначение переменной геометрии

Данная переменная может иметь несколько дискретных значений (см. рисунок 8).

Рисунок 8. Значения переменной «Радиус скругления»

В качестве ограничения для исследования проектирования выступает параметр «Запас прочности при потере устойчивости». Данный параметр должен по умолчанию иметь значение ограничения более 1 (см. рисунок 9).

Рисунок 9. Ограничения

В качестве цели зададим минимизацию напряжения, которое будет возникать в конструкции пуансона при изменении радиуса. Данное напряжение будет рассчитываться на основе статического исследования (см. рисунок 10).

Рисунок 10. Цель исследования

После подготовки всех параметров необходимо провести исследование проектирования и проанализировать получившиеся результаты (см. рисунок 11).

Рисунок 11. Результаты исследования

По данным исследования можно сказать, что оптимальным значением является радиус при кромке пуансона 1,26 мм.

Данная конструкция пуансона испытывает минимальные напряжения, равные 158,1 МПа (в базовом сценарии без радиусов напряжения были равны 494 МПа (они локальные, идущие по кромке)). Запас прочности равен 205,931473, что говорит о стабильности работы данного пуансона.

Вывод: в результате исследования конструкции штампа в общей постановке вопроса и пуансона в отдельности можно сказать, что оптимальной конструкцией считается пуансон изготовленный из стали Х12М ГОСТ 5650-2000 с радиусом кромки 1,26 мм.

Использование данной методики поиска оптимальных параметров режущих кромок пуансонов штампов является альтернативой опытному определению с изготовлением опытных образцов на производстве. Данная методика будет полезна инженерам-конструкторам, технологам, студентам технических вузов и т.д.

Список литературы:

1. https://help.solidworks.com/2020/RUSSIAN/SolidWorks/sldworks/IDC_HELP_HELPTOPICS.htm. (дата обращения: 17.10.2024)