Analiza procesu formowania dennicy hybrydowego urządzenia grzewczego *

STRESZCZENIE: Przedstawiono nietypową metodę formowania dennic o różnym przeznaczeniu, m.in. do podgrzewaczy wody lub urządzeń ciśnieniowych. Metoda ta pozwoliła na wykonanie dennicy ze stali nierdzewnej w kształcie zgodnym z normą DIN, która określa najbardziej korzystny przekrój poprzeczny dennic pod względem obciążenia ciśnieniem roboczym. Autorzy sprawdzili słuszność przedstawionej metody w sposób numeryczny i eksperymentalny, wytwarzając narzędzie do produkcji dennic o zadanej geometrii. Podczas projektowania i produkcji części wystąpiło wiele problemów, zwłaszcza nadmierne fałdowanie blachy w dużym obszarze części. Jak wykazał eksperyment, brak analizy numerycznej oraz dużego doświadczenia w projektowaniu tego typu elementów skutkowałby wykonaniem części o znacznym pofałdowaniu, które nie nadawałyby się do zamontowania w zespole z częścią walcową. Wiele narzędziowni stosuje sposób ciągnienia elementów o powierzchni kulistej poprzez dodatkowe operacje wyoblania lub stopniowania tłoczenia, co znacznie podnosi koszt produkcji części. Autorzy przedstawili i porównali dwie metody formowania przedmiotów o zarysie kulistym i parabolicznym, potwierdzając eksperymentalnie słuszność wyboru metody przewijania blachy z odpowiednią siłą docisku. Zastosowana metoda umożliwia wytwarzanie części w jednej operacji ciągnienia oraz poprzedzającej operacji wykonania okrągłego wsadu metodą cięcia laserem lub wodą. Ogranicza to koszty wytworzenia oprzyrządowania do jednego narzędzia, które może być umieszczone na dowolnej prasie o sile nacisku powyżej 2000 kN.

SŁOWA KLUCZOWE: formowanie stali, analiza symulacji, MES

ABSTRACT: In this paper authors present an unusual method of bottom forming for various purposes including water heaters or pressure equipment. This method allowed to make the bottom of stainless steel for a shape according to the DIN standard which determines the most advantageous bottom cross section in terms of working pressure loading. The authors checked validity of the method in a numerical and experimental way generating a tool designed to produce bottoms of specified geometry. Many problems were encountered during design and production of parts, especially concerning excessive sheet wrinkling in a large area of the part. The experiment showed that lack of experience and numerical analysis in design of such elements would cause obtaining high wrinkled parts. As a result, it would make it impossible to assemble them with the cylindrical part. A lot of tool shops use a method of drawing of elements with a spherical surface by additional spinning and stamping grading operations, which highly increases costs of parts production. The authors presented and compared two forming methods for spherical and parabolic objects, experimentally confirming the validity of selection of the sheet reversing method with adequate pressure force. The applied method produces parts in one drawing operation and in following operation that is based on laser or water cutting to obtain round blank. This reduces the costs of tooling manufacturing for only one tool that can be placed on any hydraulic press with a force of more than 2000 kN.

KEYWORDS: metal forming, simulation analysis, FEM

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Bathe K.J. “Finite element procedures”. New Jersey, US: Prentice Hall Inc. Engelwood Cliffs, 1996.
• Björkman G., Klarbring A. “Shakedown and residual stresses in frictional systems”. 2nd International Conference of Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems. Ringstone Rhode Island: University of Waterloo Press, 1986.
• Wilson F.W. “Die Design Handbook”. London, 1955.
• Sińczak J. „Procesy przeróbki plastycznej – Ćwiczenia laboratoryjne”. Kraków, 2001.
• Romanowski W.P. „Tłoczenie na zimno”. Warszawa: WNT 1959.
• Marciniak Z., Duncan J.L., Hu S.J. “Mechanics of Sheet Metal Forming”. Second ed., 2005: pp. 82–106.
• Bergstrom U., Bronnestam M., Gustafsson L., Ingvarsson L., Setter B. “Sheet Steel Handbook – Design and fabrication in high strength steel”. Borlange, Sweden: SSAB, Tunnplant, 1996, pp. 5:12–5:27.
• Lundh H., Bustad P.A., Carlsson B., Engberg G., Gustafsson L., Lidgren R. “Sheet metal forming”. Goteborg, Sweden: SSAB, Tunnplant, 1998, pp. 2:1, 2:2, 4:3, 4:4, 4:10, 4:17, 5:14.
• Wagoner R.H., Chenot J.-L. “Metal Forming Analysis”. 2011, p. 177–198.
• Wagoner R.H., Chenot J.-L. “Fundamentals of Metal Forming”. First edition, 1996.
• Wagoner R.H., Wang J.F., Li M. “Metalworking: Sheet Forming”. ASM Handbook. The Ohio State University. Vol. 14B (2006).

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2016.12.575