Naslov (srp)

Istraživanje primene aditivno proizvedenog i topološki optimizovanog alata za savijanje lima praćeno elastičnom povratnošću

Autor

Delić, Marko, 1990-

Doprinosi

Mandić, Vesna, 1963-
Adamović, Dragan, 1960-
Movrin, Dejan, 1980-
Petrović Savić, Suzana, 1983-

Opis (srp)

Izrada alata za oblikovanje lima primenom aditivnih tehnologija dobija sveviše na značaju, ne samo u oblasti nauke i istraživanja već i u savremenoj industrijia čija uspešna primena zahteva poznavanje različitih metoda i tehnika. Primenompolimernih aditivno proizvedenih alata postiže se skraćenje vremena izrade a unekim slučajevima i smanjenje cene izrade.U ovoj doktorskoj disertaciji razmatrana je mogućnost korišćenja aditivnoproizvedenih polimernih alata za savijanje lima. S obzirom da alati tokom procesaoblikovanja trpe naprezanja bitan parametar su mehaničke karakteristike materijala.U prvom delu disertacije analizirane su mehaničke karakteristike dva polimernamaterijala, ABS-a i Oniksa. Uticaj parametara FDM tehnologije na mehaničkekarakteristike određen je testovima jednoosnog zatezanja i pritiskivanja. Na osnovurezultata eksperimenata za materijal alata izabran je ABS i definisani su optimalniparametri aditivne proizvodnje radnih komponenti alata.Zbog toga što polimerni materijali imaju znatno slabije mehaničkekarakteristike od metala pri projektovanju procesa oblikovanja sa polimernimalatima potrebno je smanjiti opterećenje koje alat trpi. Pored opterećenja problemkoji postoji pri oblikovanju limova je elastična povratnost. Definisanje geometrijealata je urađeno korišćenjem metode konačnih elemenata da bi problemi prevelikogopterećenja alata i pojave elastične povratnosti bili otklonjeni. Na osnovu rezultatanumeričkih eksperimenata redizajnirane su radne komponente alata za jednougaonosavijanje uz kompenzaciju ugla elastične povratnosti i utvrđene granicedeformacione sile za dobijanje dela od lima sa precizno definisanim uglomsavijanja. Pored dokazivanja hipoteze da je moguće koristiti polimerne alate zaoblikovanje čeličnog lima, sledeći naučni izazov je bio pokazati da je topološkaoptimizacija aditivno proizvedenih alata opravdana i primenljiva. Na osnovunumeričkih eksperimenata polimerni aditivno proizvedeni alati su optimizovanimetodom topološke optimizacije uzimajući u obzir pravila konstruisanja zaaditivnu proizvodnju (DFAM - Design for additive manufacturing).Eksperimenti jednougaonog savijanja lima sa aditivno proizvedenim itopološki optimizovanim alatima urađeni su u laboratorijskim i industrijskimuslovima. U laboratorijskim uslovima korišćena je savremena mašina za ispitivanjematerijala dok je u industrijskim uslovima kroz studiju slučaja korišćena apkantpresa. Posle eksperimentalnog dela alati i savijeni delovi su digitalizovaniposredstvom 3D skenera za precizno merenje oblika dela i ugla savijanja. Rezultatieksperimenta su potvrdili sve polazne hipoteze, s obzirom da je dobro poklapanje uglasavijanja delova dobijenih numeričkom simulacijom, eksperimentima sa metalnim ipolimernim alatima, kao i topološki optimizovanih, a na kraju i polimernih alatamontiranih na industrijsku apkant presu. Pri tome su opterećenja na polimernimalatima bila u dozvoljenim granicama bez ikakvih trajnih plastičnih deformacija ipovršinskih oštećenja.

Opis (srp)

-

Opis (eng)

The production of sheet metal forming dies using additive technologies is gainingincreasing importance, not only in the field of science and research, but also in modernindustry, and the successful application requires knowledge of various methods andtechniques. The use of polymer additively manufactured dies reduces production time and, insome cases, reduces production costs.This doctoral dissertation examines the possibility of using additively manufacturedpolymer dies for sheet metal bending. Since dies are subjected to stress during the formingprocess, an important parameter is the mechanical properties of the material. In the first partof the dissertation, the mechanical properties of two polymer materials, ABS and Onyx, wereanalyzed. The influence of FDM technology parameters on the mechanical properties wasdetermined by uniaxial tensile and compression tests. Based on the results of the experiments,ABS was selected as the die material and the optimal parameters for additive manufacturingof the die components were defined.Because polymer materials have significantly weaker mechanical properties thanmetals, when designing the forming process with polymer dies, it is necessary to reduce theload that the die undergoes. In addition to the load, an existing problem in sheet metalforming is elastic recovery. The definition of the die geometry was done using the finiteelement method in order to eliminate the problems of excessive die loading and theoccurrence of elastic recovery. Based on the results of numerical experiments, the diecomponents for free air bending were redesigned with compensation for the elastic recoveryangle and the forming load limits were determined to obtain a sheet metal part with aprecisely defined bending angle. In addition to proving the hypothesis that it is possible to usepolymer dies for forming steel sheet metal, the next scientific challenge was to show that thetopological optimization of additively manufactured dies is justified and applicable. Based onnumerical experiments, polymer additively manufactured dies were optimized using thetopological optimization method, taking into account the design rules for additivemanufacturing (DFAM - Design for additive manufacturing).Experiments on free air sheet metal bending with additively manufactured andtopologically optimized dies were performed in laboratory and industrial conditions. Inlaboratory conditions, a modern material testing machine was used, while in industrialconditions, a press brake was used through a case study. After the experimental part, the diesand bent parts were digitized using a 3D scanner for precise measurement of the part shapeand bending angle. The experimental results confirmed all initial hypotheses, given that thebending angle of the sheet metal parts obtained by numerical simulation, experiments withmetal and polymer dies, as well as topologically optimized, and finally polymer dies mountedon an industrial press brake was in good agreement. In this case, the loads on the polymer dieswere within permissible limits without any permanent plastic strain and surface damage.

Jezik

srpski

Datum

2025

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Bez prerada Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/at/legalcode