Математическое моделирование процессов горячего деформирования при штамповке башенных поковок

Введение 4
1. Вычислительные системы, моделирующие процессы обработки металлов давлением, и перспективы их дальнейшего развития 8
2. Моделирование температурных полей в сложнопрофильных локальнооднородных конструкциях 17
2.1. Конечноэлементная аппроксимация температурной задачи 17
2.1.1. Моделирование плоских температурных полей 19
2.1.2. Моделирование осесимметричных температурных полей 30
2.1.3. Реализуемые типы граничных условий 3 5
2.2. Тестовые задачи и примеры расчета температурных полей 38
2.2.1. Расчет плоского температурного поля пластины МКЭ и
его сравнение с аналитическим решением Исаченко В.П. 38
2.2.2. Расчет осесимметричного температурного поля цилиндра МКЭ и его сравнение с аналитическим решением
Исаченко В.П. 42
2.2.3. Расчет температурных полей промышленных изделий 46
3. Математическое моделирование термо-упруго-пластического формоизменения изделий при термо-механическом воздействии 49
3.1. Постановка краевой задачи 49
3.2. Конечноэлементная аппроксимация задачи термоупругости 50
3.2.1. Соотношения МКЭ для щфокодеформированного и плосконапряженного состояний* 53
3.2.2. Соотношения МКЭ для осесимметричного состояния 63
3.2.3. Автоматизация расчетов. Пакет БРЬЕИ-КТ 69
3.3. Проверка точности и сходимости, получаемых в системе БРЬЕМ-КТ, результатов расчетов. Приложение к лазеру типаЗЛК-16 80
3.3.1. Аналитическое решение задачи о толстостенной трубе под давлением и с неоднородным распределением температуры 80
3.3.2. Численный эксперимент. Основные результаты 85
3.3.3. Анализ результатов моделирования ТНДС в окрестности электрического ввода в конструкции кольцевого лазера
типа ЗЛК-16 при его изготовлении и эксплуатации 93
4. Моделирование процессов горячего деформирования при штамповке башенных поковок на КГШП 102
4.1. Математическая модель процесса горячей штамповки осесимметричных изделий. Последовательность действий
при построении решения 102
4.2. Получение конечноэлементных соотношений для математической модели горячего пластического течения 106
4.3. Моделирование получения башенных поковок 7510А1 и 7207А
на линии Л-309 в условиях Волжского подшипникового завода 113
4.3.1. Расчет течения металла при многопереходной штамповке серийных колец 7510А1. Сравнение с экспериментальными данными, полученными в промышленных условиях 113
2
4.3.2. Расчет течения металла и термонапряженного состояния штамповой оснастки при получении башенной поковки 1201А
4.3.3. Предложение по усовершенствованию технологического процесса получения башенной поковки 7207А на линии Л-309
Заключение и выводы Список литературы Приложения
ВВЕДЕНИЕ
В условиях рыночной экономики для выживания предприятий большое значение имеет снижение себестоимости продукции и уменьшение сроков разработки новых изделий, что достигается, прежде всего, автоматизацией деятельности предприятия на основе современных компьютерных технологий. И хотя наибольший эффект может быть получен лишь внедрением комплексной автоматизации, локальная автоматизация отдельных участков технологического процесса также может принести существенную экономию материальных и временных затрат. Одним из таких участков является проектирование элементов технологии кузнечного производства.
Компьютерное моделирование позволяет отработать технологию кузнечных процессов на стадии проектирования без дорогостоящих натурных экспериментов, а также оптимизировать уже имеющуюся - конфигурацию штамповой оснастки, размер и температуру заготовки и т.д. Оптимизация технологии подразумевает как получение качественной поковки, так и вопросы связанные с износом оборудования, уменьшением энергоемкости производства.
Часто бывает трудно или невозможно получить экспериментальные данные об интересующих параметрах процесса. Это связано с экстремальными рабочими условиями кузнечных машин горячей штамповки: большая скорость, высокое давление и температура.
Поэтому, с развитием персональной вычислительной техники появилось множество математических моделей и реализующих их программных комплексов, призванных помочь проектировщикам-технологам.
Наибольшее распространение среди таких программных комплексов получили системы, основанные на методе конечных элементов (МКЭ). Поскольку он является наиболее универсальным методом, практически не накладывает ограничений на геометрию детали, свойства материала и граничные условия.
В данной работе на основе МКЭ построена модель неизотермического течения металла при многопереходной штамповке, а также термо-упруго-гшастическая модель для расчета штамповой оснастки. Последняя применима также к элементам конструкций и деталям машин. Модели реализованы в рамках вычислительной системы 8РЬЕЫ, предъявляющей умеренные требования к мощности вычислительной системы и компьютерным навыкам пользователя.
В первой главе приведен обзор существующих МКЭ-систем, моделирующих обработку металлов давлением. Определена цель работы. Это дальнейшее развитие актуального и перспективного направления в создании проблемно-ориентированных пакетов состоящих из универсальных блоков и модулей. А именно разработка новых математических моделей процессов, поддерживаемых программным комплексом йРЦЕП, а также
4
методик его использования для комплексного проектирования новых и усовершенствования существующих технологий основанных на эффективном применении теории механики деформируемого твердого тела.
Во второй главе построены модели температурных полей в сложнопрофильных локальнооднородных плоских и осесимметричных конструкциях. Выведены соответствующие соотношения МКЭ и рекурсивная по времени система линейных уравнений относительно вектора температур.
Рассмотрены тестовые задачи, имеющие аналитическое решение в виде рядов. Сравнение аналитического решения с решением, полученным МКЭ, показало хорошее совпадение. Отклонения составили десятые доли процента.
Приведены примеры расчета температурных полей промышленных изделий и результаты сравнения расчетных полей с экспериментальными данными. Разница в контрольных точках находится в пределах 3-5%.
В третьей главе построена математическая модель термо-упруго-пластического формоизменения изделий при термомеханическом воздействии, выведены соотношения МКЭ для плоскодеформированного, плосконапряженного и осесимметричного состояний.
Описан пакет 8РЬЕК-КТ, в котором реализован алгоритм расчета температурных полей и термонапряженного состояния.
На примере задачи о толстостенной трубе под давлением и с неоднородным распределением температуры проверена точность и сходимость получаемых в пакете ЗРЬЕМ-КТ результатов. Погрешность составляет доли процента.
Проведено моделирование термо-напряженно-деформированного состояния (ТНДС) в окрестности электрического ввода в конструкции кольцевого лазера типа ЗЛК-16 при его изготовлении и эксплуатации. Изучена зависимость нежелательных деформаций в конструкции при изменении температуры и найдены пути их уменьшения.
Проведенные в НПК-470 НИИ “Полюс” эксперименты по измерению кривизны поверхности оптического контакта в широком температурном диапазоне с помощью лазерного интерферометра подтвердили эффективность предложенных рекомендаций и высокую степень достоверности полученных в пакете 8РЬЕЫ-КТ результатов. Среднее статистическое отклонение экспериментальных данных от рассчитанных прогнозов не превышает 25%, при погрешности измерений кривизны - 15%.
В четвертой главе построена математическая модель процесса горячей штамповки осесимметричных изделий, описывающая поле скоростей течения металла при штамповке и эволюцию поля температур заготовки при прохождении технологической цепи. Получены МКЭ соотношения для математической модели неизотермического пластического течения, изложен алгоритм решения задачи.
Приведены результаты моделирования штамповки башенных поковок 7510А1 и 7207А на линии Л-309 в условиях Волжского подшипникового завода.
5
Проведено сравнение расчетной конфигурации поковки 7510А1 с экспериментальными данными, полученными в промышленных условиях. А также сравнение изотермической и не изотермической моделей штамповки. Для всех трех переходов отклонение формы поковки от опытного образца находится в пределах 1 мм., что соответствует заводским допускам и точности измерений. По отношению к радиусу поковки последнего перехода (45 мм.) наибольшее отклонение предсказанной формы от формы опытных образцов составляет 2%.
Моделирование показало, что не изотермическое течение металла в угловых точках и вблизи границы заметно отличается от изотермического. А эти участки имеют практическое значение при проектировании процессов, поскольку тенденции течения металла в поковке определяют не только развиваемые механические усилия, но и конечную износостойкость, и коррозию изделий во время эксплуатации. Таким образом, неизотермическая модель более точно отражает действительную ситуацию и является предпочтительной в тех случаях, когда требования к точности прогноза достаточно высоки.
По результатам моделирования башенной поковки 7207А, предложено усовершенствование профиля штамповой оснастки, которое должно привести к выравниванию усилия штампа на втором и третьем переходах за счет снижения усилия на третьем переходе, к синхронизации срока службы штампов второго и третьего переходов. То есть, в конечном счете, к уменьшению времени простоя линии.
На основании расчетов штамповой оснастки принят ряд решений конструкторского характера. Определено наилучшее расположение выталкивателя в штампе. Цилиндрическая поверхность выталкивателя должна пересекать рабочую поверхность штампа в зоне средних напряжений близких к нулю. Если она находится в зоне сжимающих напряжений, возможно заклинивание выталкивателя, а если в зоне растягивающих напряжений, то возможно раскрытие щели в рабочей поверхности штампа, которое может привести к непоправимой порче изделия и штампового инструмента.
Достоверность основных результатов работы обеспечена применением хорошо изученных вычислительных методов и подтверждена сравнением результатов расчета с экспериментальными и промышленными данными, с аналитическими решениями модельных задач. А также практическим применением системы в промышленности.
На защиту выносится:
1. Математическая модель процессов горячего деформирования при штамповке башенных поковок, описывающая неизотермическое течение металла и термо-напряженно-деформированное состояние (ТНДС) штамповой оснастки.
2. Алгоритм решения конструкционных задач с учетом ТНДС, построенный с использованием базовых вычислительных систем программного комплекса БРЬЕМ.
6
3. Результаты расчетно-экспериментальных исследований течения металла в рамках технологического процесса получения башенных поковок на кривошипных горячештамповочных прессах и предложение по их усовершенствованию.
В заключении автор считает необходимым выразить свою глубокую признательность профессору, доктору технических наук Е. Н. Чумаченко за научное руководство и моральную поддержку при написании работы и И. В. Логашиной за оказанную помощь.
7
1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, МОДЕЛИРУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ, И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ
Работы по моделированию процессов пластического формоизменения начались в конце семидесятых годов. В 1978 Zienkiewicz с соавторами опубликовал пионерскую работу по не изотермическому анализу штамповки металла [1]. Они решили задачу плоско-деформированного установившегося выдавливания при помощи термовязкопластического метода конечных элементов и разработанной стратегии итеративного решения, которая стала широко использоваться в не изотермическом моделировании.
В 1980 Rebelo и Kobayashi получили жестко-термовязкопластическое конечно-элементное решение для осесимметричного процесса высадки при сжатии двумя плоскими штампами [2].
Вслед за этими работами в начале девяностых одновременно с бурным развитием вычислительной техники к изучению прикладных процессов штамповки подключаются новые группы ученых: Coupez и др. [3], Cho и др. [4J, Joun и др. [5], Shen и др. [6].
В России исследования в этом направлении велись во многих хорошо известных вузах и НИИ [7-25], таких как Всесоюзный Научно-исследовательский инстит металлургического машиностроения (ВНИИМетмаш), Московский институт стали и сплавов (МИСиС), МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ «Станкин», Уральский политехнический институт (г. Екатеринбург) и др. Например в МИСиС эти работы велись на кафедре “Теоретической механики” под руководством профессора А.Н. Скороходова и на кафедре “Сопротивления материалов” под руководством профессора Г .Я. Гуна. Во ВНИИМетмаш в отделе САПР, специально созданном А.И. Целиковым, коллективом разработчиков руководил ведущий научный сотрудник Е.Н. Чумаченко. Проводились теоретические исследования процесса пластического деформирования, разрабатывались методы его анализа, компьютерные программы. Первоначально разработки велись для мэйнфреймов, но в 90-х годах стало ясно, что программы надо создавать для персональных компьютеров. При этом они должны быть доступны не только подготовленным специалистам, владеющим методами анализа процессов пластического деформирования, но и технологам, вынужденным ежедневно решать задачи получения требуемых поковок на производстве и не имеющим глубоких знаний в области моделирования.
В настоящее время на многих заводах, имеющих кузнечное производство, используются те или иные системы моделирования кузнечных процессов с различной степенью полноты. В наиболее общем случае такие системы позволяют без проведения эксперимента, на основе расчета, определить необходимую деформирующую силу, рассчитать требуемое число переходов получения поковки заданной формы, предельное формоизмене-
8
ние без разрушения деформируемого материала, получить исходные данные для расчета на прочность и стойкость деформирующего инструмента. Большое число предприятий стоит перед необходимостью приобретения такой системы.
Для решения конкретных технологических задач ковки и штамповки предлагаются различные компьютерные программы, как на Западе, так и в России. Общепризнанными лидерами в этом направлении считаются американские компании SFTC с системой DEFORM, MSC с системой Superforge, MARC с AutoForge, французская компания TRANVALOR с системой FORGE, ANTARES американской компании UES. Из российских систем такого класса можно отметить QForm фирмы «Квантор-Софт».
В качестве специализированной системы предназначеной для моде-лированя многопереходной штамповки на КГШП с подробным учетом всех процессов и с акцентом на температурный анализ можно привести AFDEX [26] от фирмы Cubictek.
Все указанные пакеты используют метод конечных элементов (МКЭ) в качестве базового метода. Это объясняется с одной стороны его универсальностью, а с другой доступностью достаточно мощной вычислительной техники. МКЭ позволяет моделировать поведение деталей произвольной формы, изготовленных из материала с нелинейными свойствами. Метод дает возможность моделировать достаточно разнообразные граничные условия.
Если посмотреть на МКЭ-системы в целом, можно отметить два основных направления в разработке программного обеспечения. Первое направление связано с созданием проблемно-ориентированных пакетов программ целевого назначения, которые применяются в основном в авиационной промышленности и строительных отраслях для расчета на прочность, жесткость и устойчивость наиболее ответственных деталей и конструкций.
Второе - связано с созданием универсальных пакетов общего назначения, что обусловлено значительной стоимостью и трудоемкостью разработки программного обеспечения в условиях какого-то одного предприятия или организации. Кроме того, второе направление связано с концентрацией наиболее квалифицированных разработчиков алгоритмов и программ в специализированных организациях, что позволяет значительно повысить научно-технический уровень создаваемых программных средств и снизить затраты на их разработку. При этом предполагается, что организации, приобретающие вычислительную технику, могут одновременно приобрести соответствующее программное обеспечение для выполнения расчетов без каких-либо самостоятельных доработок этих программ.
Основным преимуществом проблемно-ориентированных пакетов, по сравнению с универсальными, является более высокое быстродействие и значительно меньшие требования к ресурсам ЭВМ, необходимым для выполнения расчетов. Это преимущество достигается за счет учета специфики конкретных задач при разработке алгоритма решения путем уменьшения числа обращений к внешним запоминающим устройствам, специ-
9
ального представления полученных результатов и т.д. Данные пакеты программ можно использовать на ЭВМ средней мощности, что существенно расширяет круг потенциальных пользователей данного программного продукта. Вторым преимуществом этих пакетов является специально ориентированный сервис, который позволяет, не перегружая пакет дополнительными программными модулями, организовать подготовку данных и выдачу результатов в удобной и привычной для конструкторов и расчетчиков форме.
Вместе с тем проблемно-ориентированные пакеты обладают и рядом недостатков, основной из которых заключается в трудности использования этих пакетов в других областях инженерных расчетов, например для расчета технологических процессов обработки металлов давлением. Необходимые в этих случаях доработки значительно усложняют структуру и содержание пакета, увеличивают время счета и объем требуемой оперативной памяти. Значительную трудность вызывает в этом случае доработка сервисных программ, поэтому от них приходится или совсем отказаться, или делать эти программы заново.
Попытки скомпоновать из нескольких существующих пакетов новый, для решения задач из другой области научно-технических расчетов, обычно оканчиваются неудачей. Это, как правило, объясняется специфической организацией передачи данных внутри блочной структуры этих пакетов, а также большими трудностями по стыковке пакетов друг с другом. Применение же стандартизованного формата данных зачастую усложняет процедуру доступа к ним, что плохо сказывается на производительности расчетов и неоправданно увеличивает требования к системным ресурсам вычислительной техники.
Разработка проблемно-ориентированных пакетов программ требует создания для каждой новой области их применения своего программного обеспечения, при этом имеет место многократное дублирование существующих модулей и подпрограмм, что, в конечном счете, значительно снижает эффективность и рентабельность создания подобных программных средств. С этой точки зрения более перспсктивргым и экономически целесообразным является разработка универсальных пакетов общего назначения, которые сводят к минимуму затраты на адаптацию пакета в другой области применения. Характерными особенностями всех универсальных пакетов является наличие собственных средств автоматизации разбиения области на конечные элементы и подготовки исходных данных, возможность оперативного графического представления исходной и полученной информации, организация диалогового режима на стадии подготовки данных и анализа результатов. Наличие системы прерываний позволяет управлять ходом решения задачи на любой стадии и вносить соответствующие коррективы. Вывод результатов решения организован по нескольким уровням, отличающимся по объему и форме представления информации. Уровень определяется пользователем по запросу. Однако использование всей гаммы возможностей пакетов такого ранга зачастую не требуется
10
пользователю, но закладывается в стоимость и отражается в высоких требованиях к вычислительному оборудованию.
Таким образом, можно утверждать, что наиболее перспективным является создание проблемно-ориентированных пакетов, состоящих из универсальных блоков и модулей. Это позволит использовать преимущества ориентированных пакетов, которые не требуют больших вычислительных ресурсов ЭВМ, и могут быть быстро адаптированы для различных конструкторских и технологических задач без дополнительных затрат.
Основой создаваемого нового пакета становится математический аппарат, описывающий поставленную перед разработчиком задачу и носящий уникальный характер. Блоки, выполняющие сервисные функции, такие как разбиение области на конечные элементы, задание формы штампов и технологических параметров процесса, выполнение процедур перекладки заготовки из штампа в штамп, интерполяция полей напряжений и деформаций со старой сетки на новую при ее регенерации, представление результатов и многие другие, выбираются из уже написанных и отлаженных библиотек. И только в случае необходимости введения каких-либо новых, до этого не использовавшихся возможностей, выполняется их разработка. Очевидно, что затраты на разработку такого программного средства будет значительно ниже, а надежность выше, чем в случае разработки с "нуля".
Многие современные вычислительные системы построены с использованием такой архитектуры. Крупные компании на ее основе разрабатывают масштабируемые решения с возможностью интеграции в общую систему автоматизации предприятия.
Начало развития этого направления в нашей стране было положено разработкой программного комплекса SPLEN под руководством Скорохо-доваА.Н. и Чумаченко Е.Н. в 1978 году. В 1985-1990 годах система была модифицирована и в дальнейшем развивалась с ориентацией на персональные компьютеры (IBM PC совместимые). В работах и обсуждении результатов исследований принимали участие сотрудники МИСиС, ВНИИМетмаш, МГИЭМ, Вычислительного центра АН СССР, а также представители заводов, отраслевых конструкторских и технологических бюро и институтов.
Ниже приведено краткое описание некоторых МКЭ-систем, модели-руощих обработку металлов давлением. Ряд сервисов предоставляемых пакетами можно назвать стандартными для пакетов такого рода. Среди них сопряжение с различными CAD системами, позволяющее импортировать жесткую модель из таких систем как AutoCAD, HP/Solid Designer, Pro/ENGINEER, I-DEAS/Master Series, САПА, 1GES, VDFS. Что не исключает удобного и развитого препроцессора в самом пакете. Это и библиотека свойств материалов, и автоматические генераторы сеток. Специализированный для задач анализа штамповки постпроцессор, позволяющий изучить течение металла, образование дефектов, определить необходимое усилие штампа.
11
Разработчиком системы DEFORM является компания Scientific Forming Technologies Corporation (SFTC, США). Компания разработала целую линейку пакетов, предназначенных для задач различной сложности и предъявляющих различные требования к вычислительным ресурсам компьютерной системы. Такой подход оправдан как с точки зрения маркетинга продукта, так и с точки зрения технологии его создания. Поскольку, опираясь на стандартные модули разработанного компанией масштабируемого решения, позволяет ей быстро и с минимальными затратами реагировать на требования рынка.
Говоря о линейке пакетов в целом, можно отметить, что в ней сосредоточены самые последние достижения в области моделирования технологических процессов. Имеется возможность моделировать пластическое течение материала, заполнение матрицы, усилие на пуансон, контактные напряжения в инструменте и образование дефектов в холодных, теплых и горячих процессах.
Мощное ядро-решатель, разработанное в SFTC, способно анализировать сложные взаимодействия между множеством деформируемых объектов с различными свойствами материалов во время процессов обработки металлов давлением. Это позволяет точно и естественно моделировать процессы деформирования металла в реальном производстве.
Оригинальный генератор сеток автоматически перестраивает при необходимости конечно-элементную сетку деформируемого объекта безо всякого вмешательства пользователя. Генератор сетки принимает во внимание промежуточные результаты расчета и строит более густую сетку в областях, где требуется высокая точность решения. Таким образом, сохраняется высокая скорость счета при необходимой точности решения.
Удобный и гибкий графический пользовательский интерфейс позволяет достаточно просто подготовить исходные данные и обработать полученные результаты.
Поддерживается ввод геометрии инструмента и заготовки из CAD-систем в форме поверхностной или объемной сетки, а также в стереолито-графическом (STL/SLA) формате.
Генерация граничных условий во время препроцессипга автоматизирована с целью надежной и быстрой подготовки исходных данных. Взаимодействие кузнечно-прессового оборудования в процессе деформирования анализируется для гидравлических прессов, молотов, винтовых прессов, механических прессов, прокатных станов. Возможно задание давления на поверхность для моделирования гидроформовки.
Модели материалов включают в себя упругую, жесткопластическую, вязко-пластическую, пористую и жесткую. В комплекс входит база данных из 146 материалов, составленная фирмой SFTC.
Теплопередача между объектами и внутри объектов может быть проанализирована как отдельный процесс или как интегральная часть полного моделируемого процесса деформирования.
12
Очень эффективный одношаговый анализ напряжений в инструменте, включая анализ множества деформируемых тел и анализ натяга.
Сечения позволяют пользователям графически отображать результаты расчета внутри заготовки или инструмента. Возможности по зеркальному отражению в постпроцессоре позволяют пользователю моделировать симметричную секцию, сохраняя наглядность полного объекта.
Старшие пакеты (DEFORM 3D, DEFORM 2D) работают под операционной системой UNIX/Linux на всех популярных рабочих станциях и под Windows 2000/NT (4.0+) на компьютерах с процессором Intel. Для DEFORM 3D рекомендуется 2 Гб на диске и 128 Мб оперативной памяти, но для больших моделей может потребоваться 512 МБ и выше. Этот пакет поддерживает многопроцессорные системы HP, SGI, DEC, Linux и Windows 2000. Для работы требуется цветной 17-и дюймовый монитор.
Пакету DEFORM 2D необходимо 64 Мб памяти и как минимум 500 Мб на диске.
Как следует из названия, DEFORM 3D является конечно-элементной системой моделирования технологических процессов, предназначенной для анализа трехмерного (3D) пластического течения металла при различных процессах обработки давлением. Он предоставляет информацию о течении материала и распределении температур во время процессов формообразования. Типичными приложениями DEFORM 3D являются горячая объемная штамповка, прессование, холодная высадка, прокатка, ковка, гибка и многие другие типы процессов.
Также DEFORM 3D содержит дополнительные средства для работы с 3D - геометрией, что является очень важным при моделировании трехмерных процессов.
Двумерный анализ в пакете DEFORM 2D включает в себя случай плоских деформаций, осесимметричный случай и возможность моделировать 2-1/2-мерные случаи с равномерным течением из плоскости.
Взаимодействие кузнечно-прессового оборудования в процессе деформирования анализируется для гидравлических прессов, молотов, винтовых прессов, механических прессов, прокатных станов. Возможен ввод оборудования пользователя.
Возможность анализа множества деформируемых тел позволяет моделировать несколько пластических заготовок или проводить связанный анализ напряжений в инструменте.
Модели образования дефектов и рост трещин базируются на хорошо известных факторах разрушения, интегрированных в конечно-элементное ядро. Это позволяет моделировать резку, прошивку, мехобработку и вырубку.
Граничное условие контакта тела с самим собой позволяет продолжать расчет даже при образовании складок. Возможно задание относительного вращения между осесимметричными телами для моделирования инерционной сварки трением.
13
Могут быть записаны пользовательские подпрограммы для пластических напряжений, отклика инструмента и специализированной обработки результатов, например, микроструктуры, скорости охлаждения, механических характеристик и др.
В линейке пакетов DEFORM предусмотрены два легких пакета для работы на персональном компьютере: DEFORM-PC PRO и DEFORM-PC. Эти пакеты реализованы для Windows 95/98/МЕ и Windows 2000/NT (4.0+). Для работы рекомендуется 64 Мб памяти, 500 Мб на жестком диске, 17-и и 15-и дюймовые цветные мониторы соответственно.
Пакет ANTARES разработки фирмы UES Software Inc. (США) позволяет рассчитывать технологические процессы штамповки, прокатки, раскатки колец с учетом эффектов трения и температурного режима. С его помощью можно рассматривать трехмерные, плоские и осесимметричные модели из упругопластического, упруговязкопластического и жестковязкопластического материала. Можно учесть специфические особенности кузнечно-прессового оборудования, рассчитать процесс движения инструмента для гидравлических и механических прессов (КГ1ШТ, винтовые, и т.п.) и молотов. С учетом нагрева и охлаждения штамповой оснастки может быть расчитано ее напряженно-деформированное состояние. К системе может быть подключена обширная база по механическим свойствам деформируемых материалов. Пакет реализован для UNIX и WINDOWS NT.
Несмотря на доступность зарубежных технологий, следует помнить, насколько важно развивать собственные проекты в передовых областях науки и техники.
В связи с этим особенно следует отметить отечественный пакет Qform, разработанный в ЗАО «Квантор-Софт». QFORM работает в ОС Windows, имеет продуманный и удобный графический интерфейс. Может работать на портативных компьютерах. Позволяет решать двухмерные и трехмерные задачи, моделировать холодную и горячую ковку.
Автоматическая генерация конечно-элементной сетки позволяет в процессе расчета определить момент схлопывания поверхностных слоев металла и проследить последующее образования “зажима”. В программе QForm дефект типа “зажим” идентифицируется красной линией. Форма и длина этой линии соответствуют реальному дефекту в реальной поковке. При возникновении “зажима” расчет не останавливается. При необходимости поковка с дефектом может быть передана в следующий переход и расчет успешно продолжится. После завершения расчета последнего перехода красная линия покажет местоположение зажима в отштампованной детали.
Дефекты типа «прострел» возникают посредством затягивания поверхностных слоев металла внутрь поковки. Дефект возникает в конце перехода при интенсивном истечении металла из полностью заполненной верхней полости штампа в нижнюю полость.
14