На основе знаний Облако FE Моделирование Лист процессов обработки металлов давлением

Summary

В следующей статье представлен новый метод моделирования КЭ (КБК-КЭ), который снижает вычислительные затраты за счет выполнения моделирования в среде облачных вычислений за счет применения отдельных модулей. Кроме того, он создает бесшовную сеть сотрудничества между ведущими мировыми учеными, что позволяет интегрировать передовые модули знаний в моделирование конечных элементов.

Abstract

Использование программного обеспечения для моделирования методом конечных элементов (КЭ) для адекватного прогнозирования результатов процессов формовки листового металла имеет решающее значение для повышения эффективности и сокращения времени разработки таких процессов, при одновременном снижении затрат, связанных с прототипированием методом проб и ошибок. Недавнее внимание к замене стальных компонентов альтернативами из алюминиевых сплавов в автомобильной и аэрокосмической отраслях увеличило потребность в моделировании формообразующих свойств таких сплавов для все более сложных геометрических форм компонентов. Однако эти сплавы, и в частности их высокопрочные варианты, демонстрируют ограниченную формуемость при комнатной температуре, и для их формования были разработаны высокотемпературные технологии производства. Следовательно, требуются расширенные конститутивные модели, отражающие соответствующие эффекты температуры и скорости деформации. Моделирование такого поведения является очень затратным с вычислительной точки зрения при использовании традиционных методов моделирования конечных точек.

В этой статье представлен новый метод моделирования облачных FE НА ОСНОВЕ ЗНАНИЙ (KBC-FE), который эффективно сочетает в себе передовые модели материалов и трения с обычным моделированием FE, тем самым расширяя возможности коммерческих пакетов программного обеспечения для моделирования. Применение этих методов демонстрируется на примере двух тематических исследований, а именно: прогнозирование предела формообразования материала в условиях горячей штамповки и прогнозирование стойкости инструмента в условиях многоциклового нагружения.

Introduction

Моделирование методом конечных элементов (КЭ) стало мощным инструментом для оптимизации параметров процессов в отрасли обработки металлов давлением. Надежность результатов моделирования КЭ зависит от точности определения материала, входных данных о напряжении потока или определяющих уравнений, а также от назначения граничных условий, таких как коэффициент трения и коэффициент теплопередачи. В последние несколько лет усовершенствованные методы моделирования конечных элементов были разработаны путем реализации пользовательских подпрограмм, что значительно расширило возможности программного обеспечения для конечных элементов.

Использование такого передового моделирования конечных элементов при проектировании процессов формовки структурных компонентов было исследовано как авиационной, так и автомобильной промышленностью с целью создания легких конструкций, которые снижают эксплуатационные расходы и выбросы_CO2. Особое внимание уделяется замене стальных компонентов материалами с более низкой плотностью, такими как алюминиевые сплавы и магниевые сплавы. Однако эти сплавы, особенно более прочные варианты, обладают ограниченной формуемостью при комнатной температуре, поэтому компоненты сложной формы не могут быть изготовлены с использованием обычного процесса холодной штамповки. Поэтому за последние десятилетия были разработаны передовые технологии высокотемпературной формовки, такие как горячая формовка алюминия ^1-4, горячая штамповка алюминиевых сплавов ^5-9 и горячая штамповка высокопрочных сталей ¹⁰, позволяющие формовать компоненты сложной формы. В общем случае, процессы высокотемпературной формовки включают в себя значительные колебания температуры, скорости деформации и изменения траектории нагружения ¹¹, что, например, вызывает неизбежную вязкопластическую реакцию материалов заготовки и ее нагружение в зависимости от истории. Это неотъемлемые черты процессов высокотемпературного формования, которые может быть трудно представить с помощью традиционных методов моделирования конечных точек. Еще одной желательной особенностью может быть возможность прогнозирования стойкости инструмента в течение нескольких циклов формовки в таких процессах, поскольку они требуют характеристик низкого трения, достигаемых за счет покрытий, которые ухудшаются с каждой операцией формования. Представление всех этих функций с помощью реализации определяемых пользователем подпрограмм было бы очень затратным с точки зрения вычислений. Более того, разработка и реализация нескольких подпрограмм потребовала бы от инженера, проводящего моделирование, чрезмерных междисциплинарных знаний.

В данной работе предлагается новый метод моделирования облачных FE на основе знаний (KBC-FE), основанный на применении модулей в облачной вычислительной среде, который позволяет эффективно и действенно моделировать расширенные особенности формообразования в сочетании с обычным моделированием FE. В этом методе данные из программного обеспечения FE обрабатываются в каждом облачном модуле, а затем импортируются обратно в программное обеспечение FE в соответствующем согласованном формате для дальнейшей обработки и анализа. Подробно описана разработка этих модулей и их внедрение в КБК-ФЭ.

Protocol

1. Развитие высокой температуры предельного деформирования модели прогнозирования

1. Лазерная резка образцов для испытаний формуемость из AA6082 листов из алюминиевого сплава (толщина 1,5 мм) в выбранных геометрий ^12.
2. Вытравливают сетки, состоящей из диаметра 0,75 мм круглыми точками с регулярным шагом 1 мм, на поверхности образцов с использованием электролитических метода ^13.
3. Вручную применять графитовую смазку в качестве смазки на не протравленной стороне.
4. Соберите тестовый купол буровой установки в высокой скорости гидравлического пресса ^12. Использование гидравлической универсальной испытательной машины 250 кН.
5. Нагрейте испытательный купол буровой установки до температуры испытания и установить удар с постоянной скоростью движения. Затем запустить этот тест.
   Примечание: Температуры тестирования являются 300, 400 и 450 ° С соответственно. Скорости тестирования включают в себя 75, 250, и 400 мм / с.
6. Остановить тест на первое появление перетяжки.
   Примечание: В пресс-Строке (то есть, конечная высота образца) устанавливается таким образом, что утонение просто наблюдали на форменных образце.
7. Измерьте высоту образца окончательный используя датчик высоты, и вычислить напряжения и максимальные скорости деформации (скорость изменения напряжения по времени) с использованием оптической системы формирования 3D анализа. Проанализировать изменения в шаг сетки для вычисления напряжений в каждой точке сформированных образца.
8. Убедитесь в том, что оптическая 3D формирования системы анализа включает в себя камеру, сформировавшиеся образца и калибровки масштабной линейки ^14.
   Примечание: образец помещается в центре поворотного круга и закрытых с масштабом баров, а также их взаимное расположение сохраняется фиксированной на протяжении всего анализа.
9. Установите камеру на фиксированной высоте (например, 50 см) и угол (например, 30, 50 или 70 °) к образцу, и снимать на протяжении полного оборота (360 °) поворотного стола, с шагом 15 ° ,
   Примечание: В Пресент работа, три набора изображений были получены из нескольких отметках камер и углов с целью картирования штаммов по всему образцу ^15.
10. Загрузите изображения в оптическом 3D формирующей программного обеспечения для анализа, и перейти к вычисления деформаций. Сделайте это, нажав на функцию 'Compute эллипсов и расслоения », который определяет точки сетки, а затем, нажав функцию" 3D Compute точек и сетки " , которая выстраивается сетку.
    Примечание: Вычислить штаммы и визуализировать его в режиме оценки.
11. Выходные данные распределения деформации для определения предельных деформаций для каждого образца на основе ISO 12004 ^16, и сюжет , образующие предельные диаграммы для различных образующих скоростей и температур , образующих.
12. Откалибруйте материальную модель AA6082 при различных температурах от 300 до 500 ° С и скоростей деформаций от 0,1 до 10 с ^-1.
    Примечание: Материал модели и ее константы для AA6082подробно описаны в справочнике ^17.
13. Реализовать и унифицировать анизотропную функцию ¹⁸ выход Хосфорд, Марчиняк-Кучинский (MK) теория ¹⁹ и материал модели на шаге 1.12 в алгоритм интеграции с тем, чтобы сформулировать формирующую модель прогнозирования предела.
    Примечание: модель описана в ссылке ^11.
14. Калибровка и проверки разработанной модели на этапе 1.13 с использованием экспериментальных результатов, полученных на этапе 1.11.
15. Предскажите образующие границы через выверенной модели ¹¹ с шага 1.14.
    Примечание: На рисунке 1 показаны результаты предсказания модели при различных температурах, при формовочной скорости 250 мм / с, или , что эквивалентно, скорости деформации 6,26 с ^-1.

2. Разработка интерактивного трения / износа Модель

1. Выполните шар-на-диске испытания для покрытых (диск) образцов
   1. Приготовьте нитрида титана (TiN) покрытий на подшипниковой сталиGCr15 диск с помощью катодной дуги и средних частот магнетронного распыления, с параметрами осаждения , приведенных в справочнике ^20.
   2. С помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), получим поверхность / поперечное сечение топографию образца с покрытием. Измерьте толщину оловянного покрытия с помощью изображений SEM, сравнивая топографию (яркость и контракт) базовых и облицовочных материалов.
      Примечание: Экспериментальные процедуры можно найти в ссылке ^20.
   3. Используйте белый свет между ferometric поверхности про-filometer для получения шероховатости поверхности образца. Поместите образец под объективом и отрегулировать микроскоп, чтобы получить четкую структуру поверхности. Осветить образец и регулировать углы осей х и у наблюдать четкие полосы интерференции (которые можно контролировать с экрана). Установить брутто неглубока в программном обеспечении и начать измерение. Автоматическое сканирование поверхности образца и вычислить шероховатость поверхности.
   4. Оценить клейкий прочность уплотнительноее образца с использованием микро-царапин тестер. Применить возрастающую нагрузку (максимум 50 N) и царапанию расстояние (не более 5 мм) на оловянного покрытия. Определить критическую нагрузку вызывает отказ покрытия и получить микро-царапин кривые ^20.
   5. Оценка твердости образца с использованием индентора твердости. Применить статическую нагрузку 20 Н на образце в течение 15 сек. Измерьте диагональ впечатление от индентора, а затем получить значения твердости от тестера.
   6. Проведение мяч-на-диске тесты на трибометре в окружающей среде (температура 25 ° C, влажность 30%). Использование диаметром 6 мм WC-6% шарика (микротвердость HV +1780, прочность к истиранию 1380 Н / см, модуль упругости 71 ГПа) в качестве аналога с диска с покрытием. Регулировка относительной скорости скольжения до 5 мм / с. Применить нормальная нагрузка 200 N. Запуск двигателя и значения записи с помощью трения Трибометр. Прервать тест на 180 с, 350 с, 400 с и 450 с, соответственно, для анализа дорожки износа с использованием О-ptical микроскоп ^20.
   7. Измерьте топографию изношенной поверхности с помощью белого света интерференционный поверхности профилометра после тестирования.
   8. Повторите тесты (этап 2.1.6) с различными нормальной нагрузкой (300 N, 400 N).
2. Определить эволюцию коэффициента трения до распада твердого покрытия, характеризуется резким увеличением коэффициента трения
   1. Участок эволюции коэффициента трения в зависимости от времени после записи значения трения на шаге 2.1.6.
      Примечание: Эволюция коэффициента трения представлена в ссылке ^20.
   2. Осуществлять оценку эволюции коэффициента трения с точки зрения поведения износа и связанных с ними механизмов.
      Примечание: Эволюция трения характеризуется на три различных этапа: (I) стадии с низким трением, (II) вспашки стадии трения, и (III) Разбивка покрытия стадии ^20,21.
   3. Оценка износа STates в 180 сек, вручную прерывания теста, а затем анализируют дорожки износа с использованием оптического микроскопа.
      Примечание: Этот шаг является изучение обломков износа для стадии с низким коэффициентом трения, как описано в шаге 2.2.2.
   4. Повторите шаг 2.2.3 при 350 с, 400 с и 450 с соответственно.
3. Разработка интерактивной модели трения
   1. Охарактеризовать общий коэффициент трения М, комбинируя начальное трение м _а с пахотного трения аппаратных частиц х _ПК (как показано в уравнении (1) . ) ^20.
      (1)
   2. Объедините вспашки трения между шариком и подложкой (μ _Ps) с мгновенной толщины покрытия (ч) для моделирования пробоя покрытия , индуцированный резкое увеличение пахотного трения ц _Pc (уравнение. (2)).
      Заметка: В этом случае μ _Рс равен μ _Ps , когда оставшаяся толщина покрытия равна нулю ( что указывает на полный разрыв твердого покрытия).
      
      (2)
      где λ ₁ и λ ₂ являются параметрами модели , введенные для представления физический смысл процесса износа. λ ₁ описывает влияние больших захваченных частиц износа, и λ ₂ представляет собой интенсивность эффекта вспашка трения, который характеризуется наклоном коэффициента трения.
   3. Используйте алгоритм интегрирования по времени на основе, чтобы получить эволюцию остаточной толщины покрытия и моделировать накопленный износ при различных условиях контакта. Обновление толщины покрытия в каждом цикле расчета по формуле. (3).
      
      (3) где Н ₀ начальная толщина покрытия и время зависит скорость износа покрытия.
   4. Изменение Archard в закон износа ²² (Eq. (4)) и реализовать его в данной модели.
      
      (4)
      где К коэффициент износа, Р является контактное давление, V является скорость скольжения, и Н _с является комбинированная твердость покрытия и подложки.
   5. С помощью модели Корсунский для расчета комбинированной жесткости (уравнение. (5)).
      
      (5)
      где Н _s является твердость подложки, α представляет собой отношение твердости между покрытием и подложкой и р коэффициент влияние толщины.
   6. Представляете нагрузку зависимые параметры Х ₁ и K по мощности лридические уравнения.
      
      (6)
      (7)
      где _{κ λ1,} κ _{К, Ν λ1} и Ν _K являются материальные константы , связанные с эволюцией трения ^20.
   7. Установить интерактивную модель трения с экспериментальными результатами, используя алгоритм интегрирования, разработанный в группе авторов для определения параметров модели.

3. Исследования КВС-FE Моделирование Case

1. КВС-FE моделирование пример 1: предсказание формирующей предела в жарких условиях штамповочных
   1. Создание и название нового проекта моделирования в программном обеспечении для моделирования FE. Выберите процесс как "Штамп горячей штамповки 'и тип решателя как' АИМ-AutoStamp" , когдасохранения проекта.
   2. Импорт двери внутренний кубик, нажав на "инструменты импорта CAD ' , а затем' Import & transfe г 'дверь внутренняя' 'IGS файла геометрии в программное обеспечение для моделирования графического интерфейса FE. Выберите стратегию «горячего формования» для зацепления инструментов. Назовите импортированный объект как "Die".
   3. Повторите шаг 3.1.2 и 'импорта' объекты Панч и Blankholder соответственно.
   4. Нажмите на "пустой" на вкладке "Set-Up". Нажмите кнопку "Добавить пробел" в "пустой" редактора, и установите 'Новый объект' как 'пустой'. Затем выберите тип как 'Surface Blank'.
   5. Выберите 'Контур' для определения типа и импортировать пустой формы Ьу нажмите на ссылку "Импорт из файла САПР". Определить 'рафинирование' как 'наложенного уровня' и выберите уровень 1 в разделе "Параметры" Mesh. Выключите "Автоматическое сцепление" и установить "размер сетки" до 4 мм.
   6. Определение свойств материала в "Blank редакторе". Нажмите на "Загрузить материал" на вкладке "материал". Выберите 'AA6082' (единица измерения: мм · кг · мс · C) материал в качестве свойств материала. Установить 'направление прокатки' к 'х = 1'. Установите значение "Пустой" толщиной до 2 мм, а пустой 'Начальная температура' до 490 ° C.
      Примечание: Свойства материала и материала модели описаны в ссылке ^17.
   7. Нажмите на 'Процесса "Set-вверх значок +' , чтобы загрузить новый макрос. Перейдите к ' Stamp Hotforming' и выберите 'HF_Validation_DoubleAction_GPa.ksa'. В диалоговом окне "Настроить", активировать Blank, Die, пунш, и Blankholder. На вкладке «Этапы», активировать силы тяжести, холдинг, штамповке и закалке.
   8. Установите все параметры в "Объекты атрибутов" на вкладке "Set-Up" , чтобы соответствовать фактической экспериментальной установки (усилие зажима заготовки = 50 кН, формируя скорость = 250 мм / с, коэффициент трения = 0,1, теплопередачу коэффициенты ²³ , как функция зазора и контактного давления).
   9. Нажмите на кнопку "Проверить" значок , чтобы проверить моделирования настройку и убедиться в отсутствии ошибок в указанных выше параметров.
   10. Нажмите на значок '' вычислением , чтобы начать силировка.
       Примечание: Программное обеспечение записывает 11 состояний во время моделирования в хост-компьютере.
   11. После завершения моделирования, наблюдать результаты моделирования в графическом интерфейсе FE программного обеспечения для моделирования, и приступить к записи "сценарий" для действия экспорта значений контура, то есть, главным деформации (мембраны), незначительные деформации (мембраны), и температура всех пустых элементов, для заданного состояния моделирования. Нажмите кнопку "запись" и значения экспорта контура вручную. Нажмите на кнопку "стоп" , чтобы остановить запись. Сохраните сценарий таким образом, чтобы повторить то же самое действие для всех 11 штатах моделирования.
   12. Нажмите на кнопку "играть" значок , чтобы загрузить сценарий, нажмите кнопку "Do All" , чтобы экспортировать значения контура.
       Примечание: Для каждого отдельного контура / состояния, программное обеспечение автоматически экспортирует значения в файлах 'ASCII' под 'major_strain_statenумбра ',' minor_strain_statenumber ', и' temperature_statenumber ', соответственно.
   13. Сохранить все экспортируемые файлы в облаке компьютера. Запуск 'модель утонения предсказания »(то есть, облако кода модуля) вместе со всеми экспортируемых файлов в облаке компьютере.
   14. Прогнозировать начало перетяжки за счет использования формирования модели прогнозирования предела в облаке компьютера.
       Примечание: Эта модель ¹¹ дает пользователям возможность запускать модель прогнозирования на отдельного элемента или всех элементов заготовки.
   15. Ввод вручную детали моделирования / параметров в модели "утонения предсказания". Введите число состояний в моделировании (состояние 11), общий ход штамповочного процесса (157 мм), чеканка скорость (250 мм / с), диапазон деформации интерес (критерий выбора элемента, например, штамм> 0,2) и все элементы.
       Примечание: Страв диапазоне ограничивает элементы , для которых утонение может иметь место путем установки критерия элемента, например, только элементы с конечной главной деформацией более 0,2 выбраны для дальнейшей оценки в модуле.
   16. После завершения вычисления модуля в облаке компьютера, автоматически сохраняет все данные (перетяжки результаты прогнозирования) в файлы в формате ASCII ''.
   17. Загрузите конечное состояние результатов моделирования FE. На вкладке "Контуры", нажмите на кнопку "Импортные" , а затем "скалярные значения. Выберите файл 'ASCII' , полученное из указанной выше стадии. Дисплей перетяжка прогнозирования результатов в программном обеспечении моделирования FE.
2. КВС-FE моделирование пример 2: предсказание срока службы инструмента в условиях нескольких циклов нагружения
   1. Создание и название нового проекта моделирования в программном обеспечении для моделирования FE. Выберите процедурныйESS как «Стандартный штамповкой» и тип решателя как «АИМ-AutoStamp" при сохранении проекта.
   2. Импорт геометрии штампа, нажав на "Импорт инструментов САПР" , а затем "Импорт и передача" У-форма штамп '' IGS геометрии файла в FE программного обеспечения для моделирования графического интерфейса. Выберите стратегию 'Validation' для сцеплению инструментов. Назовите импортированный объект как "Die".
   3. Повторите шаг 3.2.2 для импорта объектов Панч и Blankholder соответственно.
   4. Нажмите на "пустой" на вкладке "Set-Up". 'Добавить пустой' в 'Пустой редактор', установите 'New объективистские т' как 'пустой', а затем выберите тип как 'Surface Blank'. Выбрать 'Четыре поиNTS 'для определения типа и установите чистый размер до 120 × 80 мм ^2. Определить 'рафинирование' как '' наложенного уровня: уровень 1 в разделе "Параметры" Mesh. Выключите "Автоматическое сцепление" и установить "размер сетки" до 1,5 мм.
   5. Определение свойств материала в "Blank редакторе". Нажмите на "Load материала" на вкладке "материал". Выберите 'AA5754-H111' (единица измерения: мм · кг · мс · C) материал в качестве свойств материала. Установить 'направление прокатки' к 'х = 1'. Установите значение "Пустой" толщиной до 1,5 мм.
   6. Нажмите на "процесс" на вкладке "Set-вверх" и выберите значок "+" , чтобы загрузить новый макрос. Перейдите к' Stamp Целесообразность' и выберите 'SingleActioin_GPa.ksa'. В диалоговом окне "Настроить", активировать Blank, Die, пунш, и Blankholder. Под «Этапы», активировать силы тяжести, холдинг, и штамповка.
   7. Установить все "параметры" в процессе моделирования , чтобы соответствовать фактической установки эксперимента (пустой удерживающие силы = 5, 20, 50 кН, соответственно, скорость формирования = 250 мм / с, коэффициент трения = 0,17).
   8. "Check" в симуляции настройки и не убедиться в отсутствии ошибок в указанных выше параметров.
   9. Нажмите на иконку "вычислением" и запустите '' Вычисление для 11-состояния U-образную форму изгиба моделирование в хост - компьютере.
   10. После завершения моделирования, экспорт автоматически "координат" данные и данные «контактное давление» для заготовки иинструменты (удар, матрицы и держателя заготовки) в виде файлов ASCII '' (в соответствии с пунктами 3.1.11 и 3.1.12).
   11. Сохранить все экспортируемые файлы в облаке компьютера. Запуск "модуль прогнозирования срока службы инструмента 'вместе со всеми экспортируемых файлов в облаке компьютере.
   12. Ввод вручную формирования параметров в "модуле прогнозирования срока службы инструмента". Входные следующие параметры: число состояний (состояние 11), полный ход (70 мм), скорость штамповки (250 мм / сек) и начальный коэффициент трения (0,17).
   13. Выберите инструмент (удар, умирают, или держателя заготовки), а затем начать вычисления для одного элемента или всех элементов.
   14. После завершения вычисления модуля в облаке компьютера, автоматически сохраняет все данные ( в том числе мгновенной остаточной толщины покрытия и коэффициента трения) в файлы в формате ASCII ''.
   15. Загрузка и отображения оставшейся толщины покрытия и frictiна коэффициент для соответствующих элементов в программном обеспечении для моделирования FE (как на стадии 3.1.17).

Results

КВС-FE моделирование для перетяжки прогнозирования

В процессе горячей штамповки, использование формы оптимизированной заготовки позволит не только сэкономить материальные затраты, но и помогают уменьшить присутствие дефектов, таких как перетяжки, трещин и складок. Исходная форма заготовки влияет на поток материала существенно в процессе формования, и, следовательно, разумный дизайн пустой формы имеет решающее значение для успеха процесса горячего тиснения и качества готовой продукции. Для уменьшения усилия экспериментов методом проб и ошибок, чтобы определить оптимальную геометрию пустой, КВС-FE моделирования было доказано, что высокоэффективный и эффективный метод для минимизации областей с сужением. С помощью этой техники, каждое такое моделирование занимает около 2 часов, в то время как параллельные вычисления облака модуль для утонения прогнозирования завершается в течение 4-х часов.

рисунке 4 показана эволюция пустой формы , используемой в горячей штамповки, пример автомобильной двери внутреннего компонента. Первоначальная форма заготовки, принятой от обычного процесса холодной штамповки, впервые был использован при моделировании КВС-FE. Результаты экспериментов на рисунке 4 (а) показывают , что крупная авария (крекинг или перетяжки) участки открыты после горячего тиснения. После того, как одна итерация оптимизации пустой формы, можно видеть на рисунке 4 (б) , что почти полностью успешная панель выполнена с гораздо меньшим количеством утонения, по сравнению с использованием первоначальной пустую форму. Можно видеть, что есть еще признак загибание в карманах в верхнем правом и левом углах панели. После дальнейшей оптимизации на рисунке 4 (с), оптимизированной заготовки форма была окончательно получена без видимых утонения на панели. Оптимизированная форма заготовки определяется моделирования КВС-FE была экспериментально проверена с помощью горячего тисненияИспытания проводились на полностью автоматизированной производственной линии, предлагаемой производителем производственной системы.

КВС-FE моделирование для инструмента Life Prediction

Обычные FE моделирование процессов обработки металлов давлением выполняются в течение одного цикла. Тем не менее, в производственной среде, множественные циклы, образующие выполняются на данном инструменте, где было обнаружено, что увеличение числа образующих циклов приводит к увеличению вариации между сформированным компонентами. Это изменение в течение нескольких циклов нагружения инструмента является результатом изменения топографии поверхности. Например, загрузка нескольких цикл формовочных инструментов с функциональными покрытиями приведет к уменьшению толщины покрытия из-за износа. Более того, разрушение покрытия также будет зависеть от формирования параметров, таких как нагрузка / давление, скорость формирования и т.д. Методика КВС-FE позволяетмоделирование листового металла процессов в условиях нескольких циклов нагружения, что имеет важное значение для прогнозирования продолжительности жизни в обслуживании формирования инструментов с расширенными функциональными покрытиями.

Для того, чтобы исследовать влияние усилие зажима заготовки на срок службы инструмента, пустых значений силы удержания 5, 20 и 50 кН были исследованы на постоянной скорости формования 250 мм / сек. На рисунке 5 показано оставшееся средство покрытия распределение толщины с различными силами зажима заготовки после 300 циклов , образующих. Это ясно показывает, что оставшаяся толщина покрытия уменьшается с увеличением усилия держателя заготовки.

На рисунке 6 показано распределение толщины давления и оставшееся покрытие с пустыми удерживающих сил 5, 20 и 50 кН, соответственно, вдоль криволинейной расстояния штампа после 300 циклов , образующих. Поскольку область AB представляет лор матрицыРанс область в процессе гибки U-образной формы, давление и относительное расстояние износа в этой области были значительно выше, чем в других регионах умирают. Следовательно, износ покрытия в основном происходило в этой области. Существуют две пиковые значения уменьшения толщины покрытия при 20 кН и 50 кН, которые соответствуют двум пикам под давлением. В то же время, оставшаяся толщина покрытия уменьшается с увеличением усилия держателя заготовки. Самая низкая толщина оставшегося покрытия с пустыми удерживающими силами 5, 20 и 50 кН, были 0,905, 0,570 и 0,403 мкм, соответственно, где исходная толщина покрытия составляла 2,1 мкм.

Рисунок 1: Сравнение между экспериментальными и прогнозируемым предельных деформаций , образующих при различных температурах. Формовочные предельные деформации увеличивают с повышением температуры, при постоянной скорости 250 мм/ с, или , что эквивалентно, скорости деформации 6,26 с ^-1. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: Принципиальная схема для основанной на знаниях облаке FE моделирования процесса формовки листового металла. Коммерческое программное обеспечение моделирования FE, используется для запуска симуляции и экспортировать результаты, необходимые для отдельных модулей. Модули, например, деформируемость, передача тепла, после формирования прочности (микроструктура), прогнозирования срока службы инструмента, инструмента проектирования и т.д., работают одновременно и независимо в облаке, следовательно , позволяет интегрировать передовые знания из нескольких источников в моделировании FE , Пожалуйста , клИк здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Геометрия заготовки и инструментов для U-образную форму изгиба моделирования. Инструменты, то есть, удар, держателя заготовки и умереть, моделируются с помощью жестких элементов. Элементы оболочки используются для обрабатываемой детали (заготовки) элементов. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4: Эволюция пустой формы для горячего тиснения дверной внутренней панели (отображается в FE моделирования). Оставил: Цифры в зеленых рамок представляют собой пустые фигуры на каждом этапе оптимизации, а те, в красномкадры соответствуют пустой формы перед ее оптимизации. Справа: Углубление прогнозирования результатов на каждом этапе оптимизации. (А) первоначальные результаты с большой недостаточностью (крекинг / перетяжки показаны красным цветом), (б) Снижение неудачи с некоторыми перетяжки после первого этапа оптимизации, (с) Окончательный оптимизирован пустой формы без видимых перетяжки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5: Оставшийся распределение толщины покрытия (отображается в FE моделирования) с пустыми удерживающими силами: (а) 5 кН, (б) 20 кН, и (с) 50 кН, после того, как 300 , образующих циклов при постоянной скорости штамповки 250 мм / с. пожалуйстаНажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6: Прогнозирование контактного давления и остаточная толщина покрытия с зажима заготовки силами: (а) 5 кН, (б) 20 кН, и (с) 50 кН, вдоль криволинейной расстояния штампа с постоянной скоростью чеканку 250 мм / с. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Discussion

Методика моделирования КВС-FE обеспечивает передовые моделирования, которые будут проводиться с места с помощью специальных модулей. Он может работать функциональные модули на облачной среде, что объединять узлы из разных специализаций, чтобы гарантировать, что моделирование процесса проводятся как можно более точно. Критические аспекты моделирования КВС-FE может включать в себя независимость кодов FE, эффективность вычислений и точность функциональных модулей. Реализация каждой расширенной функции в модуле будет опираться на разработку новой модели и / или новой экспериментальной техники. Например, формирование предела модуль разработан на основе новой унифицированной модели прогнозирования ¹¹ формирования предельной, а модуль прогнозирования жизни трения инструмент в настоящее время был разработан реализации модели интерактивного трения ^20. Методика моделирования КВС-FE также предлагает функцию селективного вычисления, то есть только те элементы , удовлетворяющего выборкритерии выбираются для дальнейшей оценки в отдельных модулях. Например, модуль прогнозирования срока службы инструмента автоматически выбирает элементы, для которых твердое покрытие имеет тенденцию к разрушению, посредством ранжирования скорость износа всех элементов в 1-й цикл формирования, таким образом, как правило, менее 1% элементов будут выбраны для дальнейшего оценки жизни инструмента в условиях нескольких циклов нагружения. В настоящем исследовании, прогнозирование срока службы инструмента после 300 циклов, составляющих может быть завершена в течение 5 мин.

Путем проведения соответствующих испытаний и калибровки, соответственно, формирование предел модель может быть применена для формирования процесса моделирования, чтобы, следовательно, определить оптимальные параметры для получения компонента из таких сплавов, успешно, и без каких-либо числа случаев утонения. Формирование модели прогнозирования предела был разработан как модуль облака, которое не зависит от программного обеспечения FE время используется, и может быть применен к любым программным обеспечением FE, чтобы оценить формуемость материала во времяобразуя, без сложных подпрограмм ^17. Путем импорта соответствующих данных в модели, расчеты могут быть проведены, чтобы определить, будет ли происходить отказ, в регионах компонента, который пользователь может указать, экономя на вычислительных ресурсах. Тем не менее, следует отметить, что, как кривые напряжение-деформация, вводятся в программное обеспечение FE с помощью простой справочной таблицы, это может быть трудно в полной мере представлять свойства материала при различных температурах и скоростях деформации во время моделирования.

В модуле прогнозирования жизни инструмент, поведение трения во время формования может быть предсказана путем импорта необходимых данных истории деформации в модуль ²⁰ проверенного трения, а затем импортировать дискретных точек данных , вычисленной модулем облачной для каждого элемента обратно в программное обеспечение FE. Это гарантирует, что продвинутый модуль трения может быть использован всеми кодами FE, независимо от их способности включать пользовательские-подпрограммы. Кроме того, модОЮЛ может выполняться параллельно для дальнейшего сокращения времени вычислений. Интерактивная модель трения / износа предполагается отсутствие частиц износа при начальном запуске скольжения, и в результате, было бы разумно ожидать , постоянное начальное значение коэффициента трения 0,17 ^20. Хотя эта модель показала эволюцию распределения трения, то поведение при трении во время процесса формовки очень сложен, и трудно полностью интегрировать комплекс фрикционные свойства из модуля облака в моделирование FE.

В будущем технологии, моделирование КВС-FE будет опираться на развитие преданных и надежных интернет на основе программных пакетов FE моделирования, что потребует весьма прибыльным, но совершенно другой бизнес-модель, которая будет создана разработчиками программного обеспечения. Кроме того, специальная внутренняя сеть должна быть построена в рамках совместных сторон для обеспечения безопасности данных и надежности управления промышленной системы.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AA6082-T6	AMAG		Материал
AA5754-H111	AMAG		Материал
1,000 кН высокоскоростной пресс	ESH		Формовочный пресс
ARGUS	GOM		Оптический анализ формовки
PAM-STAMP 2015	ESI		FE программное обеспечение
для моделирования Matlab	MathWorks		Numerical программное обеспечение для расчетов
Gleeble 3800	DSI		Испытание на одноосное растяжение
Высокотемпературный трибометр (THT)	Антон Паар		Испытание свойств трения
NewViewTM 7100	ZYGO		Профилометр
поверхности Оборудование для магнетронного распыления Напыление			покрытий
Микротвердомер	Wolpert Wilson Instruments
Индентор нанотвердости	Мтс