6 - 2003

DEFORM — программный комплекс для моделирования процессов обработки металлов давлением

Андрей Харламов, Андрей Уваров

О системе DEFORM

Отличительные особенности DEFORM

Возможности системы DEFORM

Опыт применения системы DEFORM в России

Заключение

DEFORM — это специализированный программный комплекс, предназначенный для моделирования технологических процессов обработки металлов давлением и термообработки. Комплекс, состоящий из виртуального штампа, пресса, молота, прокатного стана, печи, позволяет проверить разработанный технологом процесс не экспериментально, на реальном производстве, а виртуально — сидя за компьютером.

К сожалению, очень редко удается спроектировать идеальную оснастку, позволяющую сразу же получать изделия требуемого качества и с необходимыми эксплуатационными характеристиками. В большинстве случаев технологическую оснастку приходится дорабатывать, изменять геометрию формообразующих поверхностей, параметры процесса, а иногда и полностью перерабатывать технологию, что требует больших временных и финансовых затрат. Использование системы DEFORM позволяет избежать подобных проблем. С помощью этого мощного инструмента технолог может быстро — всего за несколько часов, провести численный эксперимент и, исходя из его результатов, внести изменения в параметры технологического процесса. При этом можно изменить не один-два параметра, как это обычно бывает в цехе, а попробовать десятки вариантов и получить действительно оптимальный технологический процесс — как по качеству, так и по затратам на его производство.

О системе DEFORM

Система DEFORM разработана компанией Scientific Forming Technology Corporation (SFTC, США), основатели которой уже более 20 лет занимаются проблемами моделирования процессов обработки металлов давлением. DEFORM заслуженно считается наиболее точной системой для моделирования сложных трехмерных процессов пластического деформирования металлов. Данная система является мировым стандартом де-факто и признается как средство подтверждения качества технологического процесса и конечной продукции всеми ведущими компаниями в мире, имеющими дело с процессами объемной штамповки, ковки, прокатки и другими способами обработки металлов давлением.

В начало В начало

Отличительные особенности DEFORM

Программный комплекс DEFORM — это сложная расчетная система, основанная на методе конечных элементов. Однако, в отличие от многих расчетных программ, DEFORM разработана для технологов и не требует глубоких знаний о методе конечных элементов. Простой и удобный Windows-интерфейс позволяет всего за несколько минут подготовить задачу и запустить ее на расчет. При этом не нужно ждать завершения расчета, чтобы увидеть результаты, так как постпроцессор позволяет просматривать их уже в ходе расчета.

Особо следует отметить файловую структуру системы DEFORM. Все начальные данные и результаты расчета находятся в одном файле, причем любой рассчитанный шаг в препроцессоре можно превратить в исходный, после чего его можно редактировать, добавлять или убирать инструмент, менять его геометрию, варьировать параметры процесса, состояние заготовки или инструмента. Благодаря такой структуре системы пользователь имеет возможность продолжить любой прерванный расчет, а также вернуться на любой шаг расчета, изменить данные и продолжить расчет с модифицированного шага. Это особенно удобно при моделировании многооперационных процессов при отладке той или иной операции.

DEFORM имеет модульную структуру. Это позволяет подобрать оптимальную конфигурацию системы для любого предприятия. Сегодня разработаны следующие модули системы:

• DEFORM-2D — модуль для анализа двумерного поведения металла при различных процессах обработки давлением. Используется для анализа деталей, имеющих осесимметричную форму, вытянутую в одном направлении форму или форму, близкую к осесимметричной (например, довольно часто такая форма используется для анализа штампуемости крепежных изделий с шестигранником);

• DEFORM-3D — модуль, предназначенный для анализа трехмерного поведения металла при различных процессах обработки давлением. Используется для анализа деталей, имеющих сложную трехмерную форму;

• DEFORM-HT — дополнительные модули для систем DEFORM-2D и DEFORM-3D, предназначенные для моделирования сложных процессов, происходящих в изделии при термообработке;

• DEFORM-TOOLS — модуль, предназначенный для создания очередей задач, анимаций и презентаций.

DEFORM также имеет специальную утилиту, позволяющую переносить результаты расчета из DEFORM-2D в DEFORM-3D. Кроме того, можно переносить результаты для отдельных сечений из DEFORM-3D для продолжения анализа в DEFORM-2D. Для моделирования таких процессов обычно используется комплекс DEFORM-2D+3D.

В последних версиях появились дополнительные шаблоны, упрощающие создание таких сложных процессов, как протяжка на молоте, ковка, прессование профилей.

В начало В начало

Возможности системы DEFORM

DEFORM позволяет моделировать пластическое течение материала для горячих, полугорячих и холодных процессов, причем это могут быть как изотермические, так и неизотермические процессы. Теплопередача между объектами и внутри них может быть проанализирована как отдельный процесс или совместно с процессом деформирования по сопряженной схеме. При расчете принимаются во внимание все факторы, влияющие на процесс штамповки: конвекция, излучение, тепловыделение при фазовых переходах и пластических деформациях, выделение тепла при трении, потери тепла в зоне контакта между заготовкой и инструментом, влияние температуры на коэффициент трения и термомеханические характеристики материала, влияние давления на трение и т.д.

В DEFORM нет ограничений на количество участвующих в процессе объектов — как деформируемых, так и деформирующих. Это позволяет моделировать даже самые сложные технологические операции с участием сборных заготовок и любого количества инструментов. При этом инструмент может быть неподвижным или перемещаться в любом направлении в зависимости от параметров заданного оборудования. Возможно моделирование таких современных технологических процессов, как обкатка или ротационная вытяжка. Инструмент может быть задан и абсолютно жесткий, и упругий, деформируемый. Для технологов очень важна возможность анализа прочности штампа. Эффективный одношаговый алгоритм позволяет сделать это как для жесткого, так и для упругого инструмента на любом шаге процесса. Возможен расчет нескольких инструментов, а также учет предварительного натяга в составном инструменте.

DEFORM позволяет задать практически любое оборудование — это гидравлические прессы, молоты, винтовые прессы, кривошипные прессы, прокатные станы, причем, задав параметры всего оборудования, можно создать библиотеку оборудования данного предприятия или цеха. Специальные шаблоны помогают задавать сложные процессы (например, протяжка на молотах с учетом остывания, промежуточным нагревом и вращением заготовки).

Система DEFORM предоставляет широкие возможности для обработки результатов, оценки процесса на наличие дефектов (образование трещин, складок, незаполнение штампа и др.), анализа течения материала. Результаты включают график усилия, поля распределения напряжений, деформаций и температуры, причем они могут быть представлены графически и таблично. Наглядно показаны макро- и микроструктура изделия, движение отдельных точек материала. Уникальной является возможность визуализации трехмерной, «вмороженной» в материал сетки FLOWNET. Для создания отчетов результаты можно вывести в виде графиков, численных данных, твердых копий и анимации.

В начало В начало

Опыт применения системы DEFORM в России

Достоинства применения системы DEFORM уже оценили ведущие российские предприятия. Одно из них — рязанское предприятие кузнечно-прессового машиностроения ОАО «Тяжпрессмаш». Завод обладает развитым многоструктурным производством: целым комплексом крупных производственных корпусов с переделами чугунного, стального и цветного литья, кузнечного, сварочного и механосборочного производства. Цеха оснащены современным уникальным технологическим оборудованием, позволяющим с высокой точностью изготавливать корпусные и базовые детали весом до 125 т и габаритами 4x4x12 м.

На предприятии освоен выпуск обширной номенклатуры оборудования — от тяжелых гидравлических и механических прессов, уникальных автоматов и автоматических линий на их базе до гидроаппаратуры высокого давления. ОАО «Тяжпрессмаш» специализируется на выпуске оборудования для следующих технологических процессов:

• для горячей объемной штамповки (высадки) деталей с удлиненной осью (типа вала-шестерни), метизных изделий, колец подшипников и т.п.;

гибки обечаек;

• горячей и холодной листовой штамповки;

• синтеза сверхтвердых материалов;

• брикетирования неметаллических материалов;

• прессования огнеупорного кирпича;

• холодной объемной штамповки метизных изделий.

На ОАО «Тяжпрессмаш» постоянно совершенствуются уже существующие конструкции, отрабатываются и проверяются новые конструктивные решения и технологические процессы с применением современных систем компьютерного моделирования.

В качестве примера можно рассказать о процессе гибки клеммы железнодорожной АРС-4.

После разработки схемы гибки клеммы было проведено моделирование процесса при помощи системы DEFORM-3D. Первоначально не был предусмотрен механизм прижима заготовки: решили, что он не нужен, так как заготовка перед первым гибом прижимается роликами. Моделирование показало, что без прижима заготовка искривляется и в результате конечное изделие не удовлетворяет требованиям чертежа. Был введен механизм прижима, и дальнейшее моделирование подтвердило правильность принятого решения.

Без моделирования процесса гибки клеммы встроить механизм прижима, когда все уже в металле, весьма трудоемко.

В начало В начало

Заключение

Сегодня программный комплекс DEFORM не имеет достаточно сильных конкурентов в области обработки металлов давлением. Благодаря своей точности и надежности он стал стандартным инструментом проверки качества технологических процессов. Именно поэтому ведущие мировые и отечественные предприятия выбирают систему DEFORM.

Компания «ТЕСИС» осуществляет разработку и внедрение самых передовых промышленных технологий. При этом мы предлагаем не только зарубежные программные продукты, но и собственные разработки. Квалификация и опыт сотрудников нашей компании позволяют проводить сложные расчетные и технологические работы.

Компания «ТЕСИС» выполняет все работы по системной интеграции расчетных продуктов, техническому обслуживанию, обучению и консультированию пользователей.

Выбрав программный комплекс DEFORM, вы получаете современный и мощный инструмент для решения самых сложных и ответственных задач с высокой степенью надежности и качества.

В начало В начало

«САПР и графика» 6'2003