Conhecimento Baseado Simulação Nuvem FE dos Processos de formação de folha de metal

Summary

O artigo a seguir apresenta uma nova técnica de simulação de EF (KBC-FE), que reduz o custo computacional realizando simulações em um ambiente de computação em nuvem, por meio da aplicação de módulos individuais. Além disso, estabelece uma rede colaborativa perfeita entre os principais cientistas do mundo, permitindo a integração de módulos de conhecimento de ponta em simulações de FE.

Abstract

O uso do software de simulação de elementos finitos (FE) para prever adequadamente o resultado dos processos de conformação de chapas metálicas é crucial para aumentar a eficiência e reduzir o tempo de desenvolvimento de tais processos, reduzindo os custos envolvidos na prototipagem por tentativa e erro. O foco recente na substituição de componentes de aço por alternativas de liga de alumínio nos setores automotivo e aeroespacial aumentou a necessidade de simular o comportamento de conformação de tais ligas para geometrias de componentes cada vez mais complexas. No entanto, essas ligas e, em particular, suas variantes de alta resistência, exibem conformabilidade limitada à temperatura ambiente, e tecnologias de fabricação em alta temperatura foram desenvolvidas para formá-las. Consequentemente, modelos constitutivos avançados são necessários para refletir os efeitos associados à temperatura e à taxa de deformação. Simular esse comportamento é computacionalmente muito caro usando técnicas convencionais de simulação de FE.

Este artigo apresenta uma nova técnica de simulação Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) que combina modelos avançados de materiais e atrito com simulações FE convencionais de maneira eficiente, aumentando assim a capacidade dos pacotes de software de simulação comercial. A aplicação desses métodos é demonstrada por meio de dois exemplos de estudos de caso, a saber: a previsão do limite de conformação de um material em condições de estampagem a quente e a previsão da vida útil da ferramenta em condições de carregamento multiciclo.

Introduction

As simulações de elementos finitos (FE) tornaram-se uma ferramenta poderosa para otimizar os parâmetros do processo na indústria de conformação de metais. A confiabilidade dos resultados da simulação de EF depende da precisão da definição do material, da entrada na forma de dados de tensão de fluxo ou equações constitutivas e da atribuição das condições de contorno, como o coeficiente de atrito e o coeficiente de transferência de calor. Nos últimos anos, simulações avançadas de FE foram desenvolvidas por meio da implementação de sub-rotinas definidas pelo usuário, o que ampliou significativamente a capacidade do software FE.

O uso de tais simulações avançadas de FE no projeto de processos de conformação para componentes estruturais tem sido investigado pelas indústrias de aviação e automotiva, com a intenção de produzir estruturas leves que reduzam os custos operacionais e as emissões de CO₂. Um foco particular foi colocado na substituição de componentes de aço por materiais de baixa densidade, como ligas de alumínio e ligas de magnésio. No entanto, essas ligas, especialmente as variantes mais fortes, oferecem conformabilidade limitada à temperatura ambiente e, portanto, componentes de formato complexo não podem ser fabricados usando o processo convencional de estampagem a frio. Portanto, tecnologias avançadas de conformação de alta temperatura, como conformação de alumínio quente ^1-4, estampagem a quente de ligas de alumínio ^5-9 e estampagem a quente de aços de alta resistência ¹⁰, foram desenvolvidas nas últimas décadas para permitir a formação de componentes de formato complexo. Em geral, os processos de conformação de alta temperatura envolvem variações significativas de temperatura, taxa de deformação e mudanças no caminho de carregamento ¹¹, o que, por exemplo, causaria respostas viscoplásticas inevitáveis e dependentes do histórico de carga dos materiais da peça de trabalho. Essas são características intrínsecas dos processos de conformação de alta temperatura e podem ser difíceis de representar usando técnicas convencionais de simulação de EF. Outra característica desejável seria a capacidade de prever a vida útil da ferramenta em vários ciclos de conformação em tais processos, uma vez que eles exigem características de baixo atrito obtidas por meio de revestimentos que se degradam a cada operação de conformação. Representar todos esses recursos por meio da implementação de subrotinas definidas pelo usuário seria computacionalmente muito caro. Além disso, o desenvolvimento e a implementação de múltiplas sub-rotinas exigiriam conhecimento multidisciplinar excessivo de um engenheiro que conduz as simulações.

No presente trabalho, é proposta uma nova técnica de simulação Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE), baseada na aplicação de módulos em um ambiente de computação em nuvem, que permite um método eficiente e eficaz de modelagem de recursos avançados de conformação em conjunto com simulações convencionais de FE. Nesta técnica, os dados do software FE são processados em cada módulo de nuvem e, em seguida, importados de volta para o software FE no formato consistente relevante, para processamento e análise posteriores. O desenvolvimento desses módulos e sua implementação no KBC-FE é detalhado.

Protocol

1. Desenvolvimento de uma alta temperatura de formação limite modelo de previsão

1. Laser cortar as amostras para testes de formabilidade das chapas de liga de alumínio AA6082 (espessura 1,5 mm) para as geometrias selecionadas ^12.
2. Grave um padrão de grelha, composto por pontos circulares 0,75 milímetros de diâmetro com um espaçamento regular de 1 mm, sobre a superfície das amostras utilizando um método electrolítico ^13.
3. aplicar manualmente graxa grafite como um lubrificante sobre o lado não-gravadas.
4. Monte o equipamento de teste de cúpula em uma prensa hidráulica elevada taxa de ^12. Use uma máquina universal de ensaios hidráulico 250 kN.
5. Aqueça o equipamento de teste de cúpula a uma temperatura de teste e definir o soco em uma velocidade constante movimento. Em seguida, iniciar o teste.
   Nota: As temperaturas são de teste 300, 400, e 450 ° C, respectivamente. As velocidades de teste incluem 75, 250, e 400 mm / s.
6. Parar o teste na primeira ocorrência de estiramento.
   Nota: A imprensa Stroke (ou seja, a altura da amostra final) é definida de tal forma que estiramento é apenas observado na amostra formados.
7. Medir a altura da amostra final utilizando um medidor de altura, e calcular as tensões e as taxas de tensão máxima (a taxa de mudança de tensão em relação ao tempo), utilizando um sistema de formação de 3D óptico análise. Analisar as alterações no espaçamento da grade para calcular as estirpes em cada ponto da amostra formados.
8. Certifique-se de que o 3D óptico formando sistema de análise inclui uma câmera, o espécime formados e barras de escala de calibração ^14.
   Nota: A amostra é colocada no centro de uma mesa giratória e fechado com as barras de escala, e as suas posições relativas são mantidas fixas para a duração da análise.
9. Definir a câmara a uma altura fixa (por exemplo, 50 cm) e o ângulo (por exemplo, 30, 50, ou 70 °) para a amostra, e tirar fotografias ao longo de uma rotação completa (360 °) do prato rotativo, em incrementos de 15 ° .
   Nota: No presetrabalho nt, três conjuntos de imagens foram adquiridas de várias elevações e ângulos de câmera, a fim de mapear as cepas ao longo de toda a amostra ^15.
10. Carregar as imagens para o software de análise de formação de 3D óptico, e prossiga para calcular as tensões. Faça isso clicando na função "elipses de computação e pacote ', que detecta os pontos da grelha, seguido clicando a função' pontos 3D de computação e grade 'que edifica a grade.
    Nota: Calcule as tensões e visualizá-lo no modo de avaliação.
11. Saída as distribuições de deformação para determinar as cepas limite para cada amostra com base na ISO 12004 ^16, e traçar os diagramas limite de conformação para diferentes velocidades de moldagem e temperaturas de formação.
12. Calibrar um material modelo para AA6082 a diferentes temperaturas de 300 a 500 ° C e taxas de deformação de 0,1 a 10 s ^-1.
    Nota: O modelo de material e suas constantes para AA6082estão detalhados na referência ^17.
13. Implementar e unificar a função de rendimento anisotrópica Hosford ^18, Marciniak-Kuczynski (MK) Teoria ¹⁹ e o modelo de material no passo 1,12 em um algoritmo de integração, a fim de formular o modelo de previsão de limite de conformação.
    Nota: O modelo é descrito na referência ^11.
14. Calibrar e verificar o modelo desenvolvido para o passo 1.13 a partir dos resultados experimentais obtidos no passo 1.11.
15. Prever que formam os limites através do modelo verificada ¹¹ a partir do passo 1.14.
    Nota: A Figura 1 mostra as previsões do modelo resultante a diferentes temperaturas, a uma velocidade de formação a 250 mm / s, ou equivalentemente, uma taxa de deformação de 6,26 s ^-1.

2. Desenvolvimento de um modelo interativo Friction / desgaste

1. Realizar testes bola-on-disco para espécimes revestidos (disco)
   1. Prepare nitreto de titânio (TiN) revestimentos em aço para rolamentosGCr15 disco utilizando arco cátodo e cintilação de magnetrão de frequência média, com os parâmetros de deposição indicado na referência ^20.
   2. Usando um microscópio eletrônico de varredura (SEM), obter / cross-section superfície topografia da amostra revestida. Medir a espessura do revestimento TiN através das imagens de SEM, comparando a topografia (brilho e contrato) da base e do revestimento materiais.
      Nota: Os procedimentos experimentais podem ser encontrados na referência ^20.
   3. Usar uma luz de superfície inter-ferometric pró-filometer branco para obter a rugosidade da superfície da amostra. Colocar a amostra sob a lente e ajustar o microscópio para obter a estrutura de superfície clara. Iluminar a amostra e ajustar os ângulos de eixos X e Y para observar tiras clara interferência (que podem ser monitorados a partir da tela). Definir profundidade bruta no software e começar a medição. verificar automaticamente a superfície da amostra e calcular a rugosidade da superfície.
   4. Avaliar a força aderente of a amostra utilizando um aparelho de micro-zero. Aplicar uma carga crescente (máximo de 50 N) e uma distância de zero (no máximo 5 mm) sobre o revestimento TiN. Determinar a falha causando carga crítica do revestimento e obter as curvas de micro-zero ^20.
   5. Avaliar a dureza da amostra, utilizando um penetrador dureza. Aplicar uma carga estática de 20 N na amostra por 15 s. Medir a diagonal da impressão causada pelo penetrador, em seguida, obter os valores de dureza do testador.
   6. Realizar testes bola-de-disco num tribômetro num ambiente ambiente (temperatura 25 ° C, humidade 30%). Usar um WC-6% bola (micro-dureza HV 1780, resistência à abrasão 1,380 N / cm, módulo de elasticidade 71 GPa) 6 mm de diâmetro como o homólogo contra o disco revestido. Ajustar a velocidade de deslizamento em relação a 5 mm / s. Aplicar uma carga normal de 200 N. Inicie os valores do motor e fricção registro usando o tribômetro. Interromper o teste a 180 s, 350 s, 400 s, e 450 s, respectivamente, para analisar a pista de desgaste utilizando um Omicroscópio ptical ^20.
   7. Medir a topografia da superfície desgastada utilizando um perfilómetro de luz de interferometria superfície branca após o teste.
   8. Repetir os testes (Passo 2.1.6) com diferentes cargas normais (300 N, 400 N).
2. Determinar a evolução do coeficiente de atrito até que a desagregação do revestimento duro, caracterizado por um aumento acentuado no coeficiente de atrito
   1. Traçar a evolução do coeficiente de atrito contra o tempo depois de gravar os valores de atrito no Passo 2.1.6.
      Nota: A evolução do coeficiente de atrito é apresentada na referência ^20.
   2. Avaliar a evolução do coeficiente de atrito em termos de comportamento de desgaste e dos mecanismos associados.
      Nota: A evolução de atrito é caracterizado em três fases diferentes: (i) fase de baixa fricção, (ii) arar fase de atrito, e (iii) a fase de desagregação de revestimento ^20,21.
   3. Avaliar o desgaste sTates a 180 s por interromper o teste manualmente, em seguida, analisar a pista de desgaste usando um microscópio óptico.
      Nota: Este passo é o de investigar os detritos de desgaste para o estágio de baixa fricção, tal como descrito no passo 2.2.2.
   4. Repita o passo 2.2.3 em 350 s, 400 s, e 450 s, respectivamente.
3. Desenvolver o modelo de atrito interativo
   1. Caracterizar o coeficiente de atrito μ global combinando o atrito inicial _μ α com o atrito das partículas de hardware que ara u _PC (como mostrado na Eq. (1)) ^20.
      (1)
   2. Combine o atrito arar entre a bola eo substrato (μ _Ps) com a espessura do revestimento instantâneo (h) para modelar a repartição de revestimento induzida forte aumento do atrito arar μ _Pc (Eq. (2)).
      Nota: Neste caso, é igual a μ μ _{PC PS} quando a espessura do revestimento restante é zero (indicando o colapso completo do revestimento duro).
      
      (2)
      onde λ ₁ e λ ₂ são parâmetros do modelo introduzido para representar o significado físico do processo de desgaste. λ ₁ descreve a influência de grandes partículas de desgaste aprisionadas, e λ ₂ representa a intensidade do efeito de fricção arar, que se caracteriza pela inclinação do coeficiente de atrito.
   3. Usar um algoritmo de integração de tempo com base para obter a evolução da espessura do revestimento restante e modelar o desgaste acumulado sob condições de contacto variáveis. Atualizar a espessura do revestimento em cada loop de cálculo pela Eq. (3).
      
      (3) em que h é ₀ a espessura do revestimento inicial e a taxa de desgaste está dependente do tempo do revestimento.
   4. Modificar de Archard lei desgaste ²² (Eq. (4)) e aplicá-lo no presente modelo.
      
      (4)
      em que K é o coeficiente de desgaste, P é a pressão de contacto, v é a velocidade de deslizamento, e H representa a dureza _c combinado do revestimento e o substrato.
   5. Use o modelo de Korsunsky para calcular a dureza combinada (Eq. (5)).
      
      (5)
      H, onde _S é a dureza do substrato, α é a relação entre a dureza do revestimento e o substrato e é o coeficiente de β influência da espessura.
   6. Representar a carga de parâmetros dependentes X ₁ e K pelo poder lequações aw.
      
      (6)
      (7)
      onde _{λ1 κ, κ} λ1 _K, Ν e Ν _K são constantes materiais relacionadas com a evolução de atrito ^20.
   7. Montar o modelo de atrito interativo para os resultados experimentais utilizando um algoritmo de integração desenvolvido no grupo dos autores para determinar os parâmetros do modelo.

3. Estudos KBC-FE Simulação de casos

1. KBC-FE estudo de caso de simulação 1: previsão de limite de conformação sob condições hot stamping
   1. Criar e nomear um novo projeto de simulação no software de simulação FE. Selecione o processo como "formação de estampagem a quente" e do tipo solver como 'PAM-AutoStamp "quandosalvar o projeto.
   2. Importar o cunho interior porta clicando no 'Import ferramentas CAD' e depois em 'Import & transfe r' a porta interna 'IGS' arquivo de geometria na interface gráfica do software de simulação FE. Selecione a estratégia de 'Hot formando' para engrenar de ferramentas. Nomeie o objeto importado como 'Die'.
   3. Repita o passo 3.1.2 e «importação» os objetos de Punch and Blankholder, respectivamente.
   4. Clique em 'branco' no separador 'Set-up'. Clique em "Adicionar em branco" no "editor em branco", e definir o 'New objeto' como 'em branco'. Em seguida, selecione o tipo "superfície em branco '.
   5. Escolha 'esboço' para o tipo de definição e importar a forma em branco bclicando y em "Importar do arquivo CAD. Definir "Requinte" como "nível imposto 'e selecione o nível 1 em" opções de malha'. Desligue 'articulada Automatic' e definir «Malhagem» a 4 mm.
   6. Definir as propriedades dos materiais em 'editor em branco'. Clique em 'Carregar um material "sob o separador' Material '. Selecione o 'AA6082' (unidade: mm · kg · ms · C) material que as propriedades do material. Defina a "direção rolando 'para' x = 1 '. Defina a 'espessura em branco' para 2 mm, eo 'Temperatura inicial' em branco para 490 ° C.
      Nota: As propriedades do material e modelo de material estão descritas na referência ^17.
   7. Clique em "Processo Set-up ícone + 'para carregar uma nova macro. Navegue até ' Stamp Hotforming "e selecione" HF_Validation_DoubleAction_GPa.ksa'. Na caixa de diálogo 'Personalizar', ativar o branco, Die, Punch, e Blankholder. Sob a aba "fases", ative gravidade, Segurar, Estampagem e Têmpera.
   8. Defina todos os parâmetros nos "Objetos atributos 'no separador' Set-up 'para corresponder com a configuração experimental real (em branco força de retenção = 50 kN, formando speed = 250 mm / s, coeficiente de atrito = 0,1, transferência de calor coeficientes de ²³ como um função da abertura e contacto de pressão).
   9. Clique em "Verificar" ícone para verificar a simulação set-up e garantir que não haja erros nas definições acima.
   10. Clique no ícone 'Computation "para iniciar a siformula-.
       Nota: O software registra 11 estados durante a simulação em um computador host.
   11. Após a conclusão da simulação, observar os resultados da simulação na interface gráfica do software de simulação FE, e prossiga para gravar um 'script' para uma ação exportar os valores de contorno, ou seja, grande pressão (membrana), tensão menor (membrana) e temperatura de todos os elementos em branco, para um estado de simulação especificado. Clique em 'record' e valores de contorno de exportação manualmente. Clique em 'stop' para parar a gravação. Salve o script de modo a repetir a mesma ação para todos os 11 estados de simulação.
   12. Clique em 'play' ícone para carregar o script, clique em 'fazer tudo' para exportar os valores de contorno.
       Nota: Para cada contorno / estado individual, o software exporta automaticamente os valores nos arquivos 'ASCII' em 'major_strain_statenferrugem ',' minor_strain_statenumber ', e' temperature_statenumber ', respectivamente.
   13. Salve todos os arquivos exportados para um computador em nuvem. Execute o 'modelo de previsão de carícias "(ou seja, nuvem código do módulo), juntamente com todos os arquivos exportados no computador em nuvem.
   14. Prever o aparecimento de estiramento por meio do uso de formar modelo de previsão limite no computador nuvem.
       Nota: Este modelo ¹¹ oferece aos usuários a opção de executar o modelo de previsão em um elemento individual ou de todos os elementos do branco.
   15. Inserir manualmente os detalhes de simulação / parâmetros no "modelo de previsão de carícias". Introduza o número de estados na simulação (estado 11), acidente vascular cerebral total do processo de estampagem (157 mm), estamparia de velocidade (250 mm / s), gama de tensão de interesse (o critério de seleção elemento, por exemplo, tensão> 0,2) e todos os elementos.
       Nota: O strana faixa limita os elementos para os quais carícias podem ocorrer, definindo um critério elemento, por exemplo, só os elementos com uma grande pressão final superior a 0,2 são selecionados para uma avaliação mais aprofundada no módulo.
   16. Depois de completar o cálculo do módulo no computador em nuvem, salvar automaticamente todos os dados (estreitamento resultados de previsão) em arquivos formatados 'ASCII'.
   17. Carregar o estado final dos resultados da simulação FE. No separador 'Contornos', clique em 'importado' e depois 'valores escalares'. Selecione o arquivo 'ASCII' obtido a partir do passo acima. Exibir as carícias resultados de previsão no software de simulação FE.
2. KBC-FE estudo de caso de simulação 2: previsão de vida útil sob condições de carregamento multi-ciclo
   1. Criar e nomear um novo projeto de simulação no software de simulação FE. Selecione o process como 'Padrão carimbar' eo tipo solver como 'PAM-AutoStamp' ao salvar o projeto.
   2. Importar a geometria die clicando no 'Import ferramentas CAD' e depois em 'Import & transferência' do U die arquivo de geometria 'IGS' na interface gráfica do software de simulação FE. Selecione a estratégia de «validação» para engrenar de ferramentas. Nomeie o objeto importado como 'Die'.
   3. Repita o Passo 3.2.2 para importar os objetos de Punch and Blankholder, respectivamente.
   4. Clique em 'branco' no separador 'Set-up'. 'Adicionar em branco "no" editor em branco', defina o 'New objec t' como 'em branco' e selecione o tipo 'Superfície em branco'. Escolha 'Quatro points 'para o tipo de definição e definir o tamanho em branco para 120 × 80 ^mm2. Definir "Requinte" como "nível imposto ': Nível 1, sob" opções de malha'. Desligue 'articulada Automatic' e definir «Malhagem» a 1,5 mm.
   5. Definir as propriedades dos materiais em 'editor em branco'. Clique no 'Load um material "sob a aba' Material '. Selecione o 'AA5754-H111' (unidade: mm · kg · ms · C) material que as propriedades do material. Defina a "direção rolando 'para' x = 1 '. Defina a 'espessura em branco' para 1,5 mm.
   6. Clique em "processo" no separador 'Set-up' e selecione o ícone '+' para carregar uma nova macro. Navegue até' Stamp Viabilidade "e selecione" SingleActioin_GPa.ksa'. Na caixa de diálogo 'Personalizar', ativar o branco, Die, Punch, e Blankholder. Sob "fases", ativar a gravidade, Segurar, e estampagem.
   7. Defina todos os 'parâmetros' na simulação para corresponder com a configuração real experiência (forças em branco Prendendo = 5, 20, 50 kN, respectivamente, formando speed = 250 mm / s, coeficiente de atrito = 0,17).
   8. "Verificar" a simulação set-up e garantir que não haja erros nas definições acima.
   9. Clique no ícone "Computação" e começar a "Computação" para um 11-state U flexão simulação em um computador host.
   10. Após a conclusão da simulação, a exportação 'coordenar' de dados e dados de pressão de contacto de automaticamente para a peça de trabalho eferramentas (soco, morrer e titular em branco) como arquivos ASCII '' (como por Passos 3.1.11 e 3.1.12).
   11. Salve todos os arquivos exportados para um computador em nuvem. Execute o 'ferramenta módulo de previsão de vida ", juntamente com todos os arquivos exportados no computador em nuvem.
   12. Inserir manualmente formando parâmetros no "módulo de previsão de vida útil da ferramenta. Introduza os seguintes parâmetros: número de estados (estado 11), curso total (70 mm), estamparia de velocidade (250 mm / seg) e coeficiente de atrito inicial (0,17).
   13. Selecione a ferramenta (soco, morrer, ou titular em branco), e em seguida, iniciar o cálculo para um único elemento ou todos os elementos.
   14. Depois de se completar o cálculo do módulo no computador nuvem, gravar automaticamente todos os dados (incluindo a espessura de revestimento instantânea restante e o coeficiente de atrito) em ficheiros ASCII formatados ''.
   15. Carregar e exibir a espessura do revestimento restante e frictisobre o coeficiente para os elementos relevantes no software de simulação FE (como por Passo 3.1.17).

Results

Simulação KBC-FE para Estiramento Prediction

Em um processo de estampagem a quente, o uso de um espaço em branco otimizado-forma não só irá poupar custos de material, mas também ajudar a reduzir a presença de defeitos, tais como carícias, rachaduras e enrugamento. A forma em branco inicial afecta significativamente o fluxo de material durante a formação e, portanto, um desenho sensível da forma em branco é crítico para o sucesso do processo de estampagem a quente e a qualidade dos produtos finais. Para reduzir os esforços de experiências de tentativa e erro para determinar a geometria em branco ideal, simulação KBC-FE foi provado ser um método altamente eficiente e eficaz para minimizar as áreas com carícias. Usando esta técnica, cada simulação demora cerca de 2 horas, enquanto o paralelo computação módulo de nuvem para carícias previsão é concluída dentro de 4 horas.

A Figura 4 mostra a evolução da forma em branco usado na estampagem a quente, um exemplo de componente interno da porta automóvel. A forma em branco inicial, adotada a partir de um processo de estampagem a frio convencional, foi utilizado pela primeira vez na simulação KBC-FE. Os resultados experimentais na Figura 4 (a) mostram que a grande falha (rachaduras ou estiramento) áreas são visíveis após a estampagem a quente. Depois de uma iteração da optimização forma em branco, que pode ser visto na Figura 4 (b), que um painel de quase totalmente bem sucedida é formado com muito menos estiramento, comparado com a utilização da forma inicial em branco. Pode ver-se que existe ainda uma indicação de estiramento nos bolsos na parte superior direita e cantos esquerdo do painel. Após optimização adicional na Figura 4 (c), a forma optimizada em branco foi finalmente obtido sem estreitamento visível no painel. A forma em branco otimizado determinada pela simulação KBC-FE foi verificado experimentalmente através de estampagem a quenteEnsaios realizados sobre uma linha de produção totalmente automatizada oferecido por um fabricante do sistema de produção.

Simulação KBC-FE de Previsão de Vida Ferramenta

FE simulações convencionais de processos de formação de metal são realizados por um único ciclo. No entanto, num ambiente de produção, ciclos múltiplos de formação são executadas sobre uma dada ferramenta, onde se verificar que um aumento no número de ciclos que formam resulta num aumento da diferença entre os componentes formados. Esta variação durante o carregamento ferramenta multi-ciclo é o resultado de mudar a topografia da superfície. Por exemplo, o carregamento de múltiplos ciclos de formação de ferramentas com revestimentos funcionais irá levar a uma redução de espessura de revestimento devido ao desgaste. Além disso, a desagregação do revestimento, também irá ser influenciada por formação de parâmetros, tais como a carga / pressão, formando velocidades, etc A técnica KBC-FE permite osimulação de folha de metal formando processos sob condições de carga multi-ciclo, o que é essencial para a previsão da vida em serviço de formação de ferramentas com revestimentos funcionais avançados.

Para investigar os efeitos da força de retenção em branco na vida útil da ferramenta, em branco valores força de retenção de 5, 20 e 50 kN foram examinados para uma velocidade de formação constante de 250 mm / s. A Figura 5 mostra a distribuição da espessura do revestimento da ferramenta restante com diferentes forças de retenção em branco depois de 300 ciclos de formação. Isto indica claramente que a espessura do revestimento restante diminui com um aumento da força de retenção em branco.

A Figura 6 mostra a distribuição da espessura de revestimento e a pressão remanescente com as forças de retenção em branco de 5, 20 e 50 kN, respectivamente, ao longo da distância curvilínea do molde após 300 ciclos de formação. Como a região AB representa o ent dierance região durante o processo de dobragem em forma de U, a pressão e a distância em relação ao desgaste nesta região eram muito maiores do que outras regiões da matriz. Por conseguinte, o desgaste do revestimento ocorreu principalmente nesta área. Existem dois valores de pico de redução da espessura de revestimento a 20 kN e 50 kN, que correspondem aos dois picos, sob a pressão. Enquanto isso, a espessura do revestimento restante diminui com o aumento da força de retenção em branco. Os menores espessuras de revestimento restante com as forças de exploração em branco de 5, 20 e 50 kN, foram 0,905, 0,570 e 0,403 microns, respectivamente, em que a espessura do revestimento inicial foi de 2,1 microns.

Figura 1: Comparação entre as estirpes experimentais e previstos, formando-limite em diferentes temperaturas. As estirpes limite de conformação aumentar à medida que a temperatura sobe, a uma velocidade constante de 250 mm/ s, ou equivalentemente, a taxa de deformação de 6,26 ^s-1. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Gráfico esquemático para o conhecimento baseado em nuvem FE simulação de um processo de chapa. software comercial de simulação FE, é usado para executar a simulação e exportar os resultados necessários para os módulos individuais. Os módulos, por exemplo, maleabilidade, transferência de calor, força pós-formação (microestrutura), previsão de vida útil da ferramenta, da ferramenta de projeto, etc., trabalham simultaneamente e independentemente na nuvem, portanto, permitindo a integração de conhecimentos de ponta de várias fontes em simulações FE . Por favor click aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Geometria da peça de trabalho e ferramentas para a forma de U flexão simulação. As ferramentas, ou seja, soco, titular em branco e morrem, são modelados usando elementos rígidos. elementos de casca são usadas para elementos da peça de trabalho (em branco). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Evolução da forma em branco para estampagem a quente de uma porta de painel interno (exibido na simulação FE). Esquerda: Os números em molduras verdes representam formas em branco em cada fase de otimização, e os de vermelhoquadros de correspondência com a forma em branco antes da sua optimização. Direita: estiramento resultados de previsão em cada fase de otimização. (A) Os resultados iniciais com grande fracasso (craqueamento / estiramento mostrado na cor vermelha), (b) Redução do fracasso com algum estiramento após a primeira etapa de otimização, (c) forma em branco otimizado final sem estiramento visível. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: A distribuição da espessura do revestimento restante (exibido na simulação FE) com forças que prende o de: (a) 5 kN, (b) de 20 kN, e (c) 50 kN, após 300 ciclos que formam a uma velocidade de estampagem constante de 250 mm / s. Por favorclique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Previsão da pressão de contacto e a espessura do revestimento restante com as forças de retenção em branco de: (a) 5 kN, (b) de 20 kN, e (c) 50 kN, ao longo da distância curvilínea da fieira a uma velocidade de estampagem constante de 250 mm / s. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

A técnica de simulação KBC-FE permite simulações avançadas a ser realizado fora do local usando os módulos dedicados. Ele pode ser executado módulos funcionais em um ambiente de nuvem, que apontam-se os nós de diferentes especializações, para garantir que as simulações de processos são conduzidos com a maior precisão possível. Os aspectos críticos na simulação KBC-FE pode envolver a independência dos códigos FE, a eficiência da computação, ea precisão dos módulos funcionais. A realização de cada função avançada em um módulo seria contar com o desenvolvimento de um novo modelo e / ou uma nova técnica experimental. Por exemplo, o módulo de limite de conformação é desenvolvido com base no novo modelo de previsão de limite de conformação unificado ^11, eo módulo de previsão de vida útil da ferramenta atrito atualmente tem sido desenvolvido pela implementação do modelo de atrito interativa ^20. A técnica de simulação KBC-FE também oferece a função de cálculo selectiva, isto é, apenas os elementos cumprindo a selecçãocritérios são selecionados para uma avaliação mais aprofundada nos módulos individuais. Por exemplo, o módulo de previsão de vida da ferramenta selecciona automaticamente os elementos para os quais o revestimento duro tende a desagregação, pela classificação da taxa de desgaste de todos os elementos na primeira formando ciclo, assim, normalmente menos de 1% dos elementos serão seleccionados para posterior avaliações de vida útil da ferramenta sob condições de carga multi-ciclo. Na presente pesquisa, a previsão de vida útil da ferramenta depois de 300 ciclos de formação pode ser concluído dentro de 5 min.

Ao realizar os testes pertinentes e calibração em conformidade, o modelo de formação de limite poderia ser aplicada para a formação de simulações de processos para determinar consequentemente, os parâmetros ideais para a produção de um componente a partir de tais ligas com sucesso, e sem ocorrência de estiramento. O modelo de previsão limite de conformação foi desenvolvido como um módulo de nuvem que era independente do software FE ser utilizado, e pode ser aplicado a qualquer software FE para avaliar a formabilidade de um material duranteformando, sem sub-rotinas complicadas ^17. Ao importar os dados relevantes para o modelo, os cálculos podem ser realizados para determinar se a falha poderia ocorrer, em regiões do componente que o usuário pode especificar, economizando recursos computacionais. No entanto, deve notar-se que, como as curvas de tensão-deformação são inseridos no software FE por meio de uma simples tabela de consulta, que podem ser difíceis de representar totalmente as propriedades do material a várias temperaturas e taxas de deformação durante a simulação.

No módulo de previsão de vida útil da ferramenta, o comportamento de atrito durante a formação pode ser previsto através da importação dos dados do histórico de deformação necessários para o módulo de atrito verificados ^20, e em seguida, importando os pontos de dados discretos calculados pelo módulo de nuvem para cada elemento de volta para o software FE. Isso garante que o módulo de atrito avançado pode ser utilizado por todos os códigos de FE, independentemente da sua capacidade para incorporar utilizadores-sub-rotinas. Além disso, a modificaçãoule poderia ser executado em paralelo para reduzir ainda mais o tempo de computação. O modelo de atrito / desgaste interativo assumiu a ausência de partículas de desgaste durante a inicial de correr, e, como resultado, seria razoável esperar um valor inicial constante de coeficiente de atrito de 0,17 ^20. Embora este modelo revelou a evolução da distribuição de atrito, o comportamento de atrito durante um processo de formação é muito complicado e é difícil de integrar completamente o comportamento de atrito complexo a partir do módulo de nuvem para a simulação FE.

Enquanto tecnologia do futuro, a simulação KBC-FE contará com o desenvolvimento de pacotes de software de simulação FE baseados na Internet dedicado e robusto, o que exigiria um modelo de negócio altamente rentável, mas completamente diferente a ser estabelecida pelos desenvolvedores de software. Além disso, uma rede interna dedicada precisa ser construída dentro dos partidos de colaboração para garantir a segurança dos dados ea confiabilidade do sistema de controle industrial.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AA6082-T6	AMAG		Material
AA5754-H111	AMAG		Material
1.000 kN prensa de alta velocidade	ESH		Prensa de conformação
ARGUS	GOM		Análise de conformação óptica
PAM-STAMP 2015	ESI		FE software de simulação
Matlab	MathWorks		Numérico software de cálculo
Gleeble 3800	DSI		Teste de tração uniaxial
Tribômetro de alta temperatura (THT)	Anton Paar		Teste de propriedade de fricção
NewViewTM 7100	ZYGO		Perfilômetro de superfície
Equipamento			Deposição de revestimento
Testador de microdureza	Wolpert Wilson Instruments
Nano-dureza indentador	Mts