1 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ PROCAST И DEFORM 3D ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛИ ПОЛНОГО ЦИКЛА ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ Скрипаленко М.М., к.т.н., доц. Коротицкий А.В., к.ф.-м.н., с.н.с. Институт экотехнологий и инжиниринга НИТУ «МИСиС»

CAE (COMPUTER-AIDED ENGINEERING) общее название для программ или программных пакетов, предназначенных для инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений, таких как: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др. CAD (COMPUTER AIDED DESIGN) - система автоматизированного проектирования (САПР) программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Современные системы автоматизированного проектирования обычно используются совместно с системами автоматизации инженерных расчётов и анализа CAE (Computer-aided engineering). CAD-CAE ПРОГРАММЫ ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТРЕБУЮЩИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ И АНАЛИТИЧЕСКИХ ВЫКЛАДОК АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ, ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

3 Оценка возможности создания компьютерной модели сквозного технологического процесса производства металлопродукции ЦЕЛЬ РАБОТЫ

4 ПРОГРАММЫ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ И НЛЗ НазваниеРазработчикВозможностиМетод решенияЦена, Евро MagmasoftГерманияГ Т Н CМКРот WinCastГерманияГ Т Н СМКЭот Procast Франция (ранее США) Г Т Н CМКЭот QuikCastФранцияГ Т CМКРн/д PAM-CASTФранцияГ Т Н CМКР CalcoSoftФранцияГ Т CМКЭ30000 Flow3DСШАГ Т НМКО PowerCastСШАГ Т Н ОМКЭн/д SolidCastСШАГ Т ОМКР28900 LVMFlow Россия Ижевск Г Т НМКО29500 Poligon Россия, г. Санкт-Петербург Г Т НМКЭн/д FlowVisionГ ТМКОн/д * Г - гидродинамический расчет заполнения расплавом формы; Т - расчет температурных полей при кристаллизации и усадочных дефектов; Н - расчет напряжений в отливке и остаточной деформации; С - моделирование структуры (зеренная структура, распределение феррита и перлита, размер графитных включений и т.п.); О - параметрическая оптимизация литниково-питающей системы в автоматическом режиме.

5 CAD-CAE ПРОГРАММЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОМД Разработан американской компанией Scientific Forming Technologies Corporation (SFTC). DEFORM позволяет моделировать практически все процессы, применяемые в обработке металлов давлением (ковка, штамповка, прокатка, прессование и др.), а также операции термической обработки (закалка, старение, отпуск и др.) и механообработки(фрезеро вание, сверление и др.). DEFORM является самым распространенным программным комплексом для моделирования процессов обработки металлов давлением.Scientific Forming Technologies Corporation (SFTC) Abaqus – программный комплекс мирового уровня в области конечно-элементных прочностных расчетов, с помощью которого можно получать точные и достоверные результаты при решении сложных инженерных задач. Модули: ANSYS LS- DYNA, ANSYS AUTODYN, ANSYS Explicit STR. Моделирование сложных, нелинейных явлений, связанных с процессами деформации. Области применения: краш- тесты, обработка металлов давлением, штамповка, катастрофические отказы, аварии и хрупкое разрушение. QForm основана на методе конечных элементов (ядро системы), предназначена для проектирования оснастки, штампового инструмента, моделирования штамповки, ковки и других процессов ОМД, оптимизации технологических процессов. Сам конечно-элементный расчет скрыт от пользователя. Программный комплекс SolidWorks предназначен для автоматизации работ на этапах конструкторской и технологической подготовки производства изделий любой степени сложности и назначения. Специализированные модули программного комплекса решают задачи на этапе производства и эксплуатации. КОМПАС-3D любимый инструмент сотен тысяч инженеров конструкторов и проектировщиков в России и многих других странах. Всенародное признание ему обеспечили мощный функционал, простота освоения и работы, поддержка российских стандартов, широчайший набор отраслевых приложений. передовые 2D и 3D технологии для визуализации, моделирования и анализа поведения разрабатываемых конструкций на ранних стадиях проектирования.

6 ПОЛЬЗОВАТЕЛИ SIMULIA ABAQUS И ANSYS ABB, BMW, Bjting, Caterpillar, Daimler-Chrusler, Exxon, FIAT, Ford, General Electriс, Lockhed Marin, MeyerWerft, Mitsubishi, Siemens, Shell, Volkswagen-Audi и др.

7 ПОЛЬЗОВАТЕЛИ QFORM ГНЦ ЦНИИТМАШ Санкт-Петербургский Государственный Технический университет Московский авиационный технологический институт ОАО «Ступинская металлургическая компания» Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана Камская Государственная Инженерно-экономическая Академия Магнитогорский Государственный Технический Университет им. Г.И.Носова Московский Государственный Технический Университет «МАМИ» Московский Государственный Технический Университет «Станкин» Институт металлургии и металловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

8 корпорация «ВСМПО-Ависма» Каменск-уральский металлургический завод ОАО «ТЯЖПРЕССМАШ» ФГУП «ПО «СТАРТ» ОАО «Трубодеталь» ОАО «Синарский Трубный Завод» ФГУП «Научно-исследовательский машиностроительный институт» ОАО «Пермский Моторный Завод» Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана Самарский Государственный Аэрокосмический Университет Нижегородский Государственный Технический Университетет Магнитогорский Государственный Технический Университет Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет Карагандинский Государственный Индустриальный Университет Владимирский Государственный Университет Южно-Уральский Государственный Университет Уральский Государственный Технический Университет Сибирский Федеральный Университет Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС» Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет ПОЛЬЗОВАТЕЛИ DEFORM 3D

9 ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ, РЕШАЕМЫХ В DEFORM 3D Поперечно-винтовая прокатка, прошивка в станах поперечно- винтовой прокатки Продольная прокатка РаскаткаШтамповка Прошивка на прессе

10 ПРЕИМУЩЕСТВА DEFORM 3D -Возможность исследовать процессы со сложной картиной течения металла и сложным движением деформирующего инструмента, таких как поперечно-винтовая прокатка и др. - Наибольшие возможности среди остальных программ по моделированию структурно-фазовых превращений - Возможность построения траекторий перемещения точек деформируемого тела и учёт истории деформирования - Наибольшее распространение для моделирования процессов ОМД по всему миру - Возможность использования DEFORM 3D для решения комплексных задач, например, создание модели сквозного технологического процесса.

11 PRE-PROCESSOR DEFORM 3D -Материал деформируемой заготовки, реология; возможность редактирования материала и его свойств; - Температура заготовки и инструмента; - Скорость деформирования; - Коэффициент трения (по Кулону или по Зибелю); назначение контактирующих поверхностей; - Разбиение на сетку конечных элементов - Приращение пошагового расчёта; - Предварительный просмотр перемещения деформирующего инструмента; - Ввод диаграммы рекристаллизации; - Cоздание базы данных для расчёта;

12 АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ В POST-PROCESSOR Интенсивность деформации УсилиеТемпература заготовки и инструмента Координатная сетка Также: - интенсивность напряжений - изменение размера зерна - изменение твёрдости - гидростатическое давление - тепловое расширение и др.

13 ТРАЕКТОРИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТОЧЕК ДЕФОРМИРУЕМОЙ ЗАГОТОВКИ Координаты точки (x,y,z)

14 ПРИМЕНЕНИЕ ФУНКЦИИ POINT TRACKING ДЛЯ РАССЧЁТА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

15 АЛГОРИТМ МОДЕЛИРОВАНИЯ СКВОЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА PROCAST, SOLIDWORKS и DEFORM 3D Создание 3D моделей заготовки, деформирующего инструмента, оснастки, позиционирование в сборку. «Pre-processing»:В среде FEM-анализа вводится: материал заготовки (реология); температура заготовки и деформирующего инструмента; коэффициент трения; разбиение на сетку конечных элементов; задание перемещения Деформирующего инструмента; выбор решающей программы; определение приращения по шагу расчёта и др. Расчёт в модуле Simulator с указанием числа итераций и характеристик НДС на каждом шаге расчёта Визуализация и анализ результатов Моделирование процесса получения НЛЗ Экспорт результатов возможен? Экспорт напрямую в Deform? Фиксирование положения дефектов Дефекты удалось экспортировать? Применение опции «Point tracking» Да Нет ProCAST

16 Проведённый обзор показал, что имеются все возможности для компьютерного моделирования сквозных технологических процессов металлургического производства, при этом наиболее целесообразным для исследования процессов ОМД в технологической цепочке является программа DEFORM 3D. Благодаря имеющимся возможностям по анализу НДС, а также структурно-фазовых изменений, применение DEFORM 3D совместно с программами, моделирующими процесс кристаллизации позволит создать математическую модель сквозного технологического процесса, начиная с получения непрерывнолитой заготовки, и, заканчивая получением готового изделия. Данная модель позволит прогнозировать структуру и уровень свойств получаемой продукции в соответствии с предъявляемыми требованиями. Procast+DEFORM 3D Прогнозирование структуры и уровня свойств в соответствии с предъявляемыми требованиями Создание компьютерной модели сквозного технологического процесса производства металлопродукции ВЫВОД

17 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!