Автоматизированное проектирование матричной оснастки для прессования алюминиевых профилей с применением программ QExDD и QForm-Extrusion

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки российской федерации

«Название университета»

Кафедра прикладной математики и физики

Реферат

По дисциплине «Основы новых компьютерных технологий»

Тема: «Автоматизированное проектирование матричной оснастки для прессования алюминиевых профилей с применением программ QExDD и QForm-Extrusion»

Выполнил:

Студентка группы

Проверил:

Рязань

2017

Содержание

Введение

Немного о самой программе

Пример работы. Разработка оснастки с помощью QExDD

Улучшение конструкции матрицы по результатам моделирования

Заключение

Список литературы

Введение

Многолетняя работа коллектива ООО “КванторФорм” над разработкой и внедрением программного обеспечения для моделирования процесса прессования показала, что получение точных результатов (в особенности, для тонкостенных профилей сложной формы) требует учета большого количества параметров процесса.

Численная модель, используемая в QForm? Extrusion, базируется на подходе Лагранжа-Эйлера. Расчетная область заготовки разделяется на две зоны: модель Эйлера - в полостях матричной оснастки; модель Лагранжа - для моделирования течения свободного конца профиля. Моделирование процесса позволяет предсказывать нежелательные дефекты формы профиля и находить способы их исправления. На многочисленных промышленных примерах была испытана моднль. Всесторонний анализ точности результатов работы программы также производился в рамках ICEB 2007, 2009, 2013 и 2015 посредством сравнения результатов с экспериментальными данными.

Следующим этапом разработки имитационной модели стал совместный расчет течения металла и упругой деформации инструментов оснастки. Прогиб и искажение поверхностей инструментов в некоторых случаях могут оказать серьезное влияние на характер течения металла. Вследствие деформации инструментов угол наклона калибрующего пояска может изменяться в пределах нескольких десятков угловых минут и создавать ускоряющие и тормозящие области. Даже такое малое изменение угла наклона может оказать серьезное влияние на характер течения металла. Кроме того, упругие деформации инструментов и, в частности, рассекателя, могут приводить к смещению элементов конструкции, что влияет на точность формы профиля, а также значительно меняет течение.

Учитывая влияние деформации инструментов на течение металла, некоторые компании сталкиваемся с несколькими сложными проблемами. Относительное линейное смещение соответствующих калибрующих поясков может превышать 0.5 мм, что соразмерно с толщиной изделия. Когда соответствующие пояски смещаются из-за упругих деформаций, мелкие конечные элементы в профиле сильно искажаются, и дальнейшее использование исходной конечно-элементной сетки расчетной области заготовки становится невозможным. В нашем случаи эта проблема решается автоматическим переразбиением расчетной области - для получения качественной сетки в процессе совместного итерационного расчета с упругим инструментом.

Добившись качественного предсказания характера течения, компания ожидали значительного увеличения числа пользователей нашего ПО в промышленности. К сожалению, компания столкнулись с трудностями, препятствующими широкому распространению программы для моделирования среди производителей оснастки и прессовых производств. На многих производствах оснастку до сих пор разрабатывают на основе плоских чертежей и не используют полноценных объемных моделей. Кроме того, не каждая модель пригодна для создания расчетной конечноэлементной сетки: качественная модель характеризуется правильными поверхностями и переходами между ними. Зазоры между соседними гранями или их наложение делают получение сетки практически невозможным. Такая модель должна быть исправлена вручную с помощью специальных программ, что зачастую требует больше времени, чем само моделирование процесса прессования.

В этой ситуации совершенно логично сделатьследующий шаг и разработать ПО для создания и изменения объемных моделей матричной оснастки и объединить её с программой для моделирования процесса. Система QForm Extrusion Die Designer автоматизирует процесс проектирования матричной оснастки и значительно ускоряет разработку; она также позволяет создавать 3D-модели инструмента по существующему чертежу. Это программное приложение является надстройкой системы Ansys SpaceClaim . Имеется и специальный интерфейс для двустороннего обмена данными с системой QForm-Extrusion, что делает процесс проектирования простым и быстрым.

Работа начинается с создания плоского чертежа профиля, дополнительных контуров сварочной камеры, форкамеры, подкладной плиты и центральных линий перемычек.

Немного о самой программе

Чтобы увеличить удобство работы конструкторов матричной оснастки была разработана новая система автоматизированного трехмерного проектирования QForm Extrusion Die Designer (QExDD). Система не только ускоряет создание 3D-модели инструмента, но и предлагает интерфейс для упрощенного обмена данными с программой моделирования процесса прессования QForm?Extrusion.

Пример работы. Разработка оснастки с помощью QExDD

QExDD - система параметрического проектирования прессовой оснастки для производства сплошных и полых профилей из алюминиевых сплавов с прямым подходом к проектированию. Эта система позволяет создавать, редактировать и исправлять геометрию матричной оснастки. Объемные модели инструментов, созданные в QExDD, могут быть использованы для моделирования процесса прессования и для подготовки в CAM-системе управляющей программы по изготовлению оснастки.

Матрица является основным элементом любой матричной оснастки, поэтому проектирование начинается именно с нее. Для создания матрицы используются наружный контур профиля, контуры сварочной камеры и форкамеры, а также внешний контур оснастки. На основе перечисленных контуров с помощью нескольких последовательных шагов мы получаем параметрическую модель матрицы.

Вторым этапом является параметризация рассекателя. Для нее требуются внутренний контур профиля, внутренний контур расширителя и набор центральных линий перемычек. Для ускорения параметризации перемычки одного размера и формы объединяются в группы. После выбора набора центральных линий и ввода параметров в форме параметризации , мы получаем параметрическую модель рассекателя. Похожим способом мы создаем 3D-модель подкладной плиты на основе нескольких простых параметров.

В процессе параметризации система QExDD также позволяет автоматически создавать распушку (выходная часть матрицы и рассекателя) на осно ве контура профиля и нескольких параметров - таких, как смещение контура и угол наклона распушки. В состав системы включен редактор поясков, позволяющий задавать переменную длину пояска вдоль контура профиля. Более того, длины поясков можно назначать автоматически. Этот алгоритм базируется на эмпирических правилах: длина пояска зависит от толщины профиля, расстояния до центра комплекта, размеров и взаим ного расположения питателей и параметров форкамеры. Конечно, полученный контур калибрующих поясков не окончательный, но является хорошей отправной точкой для дальнейшей оптимизации течения металла уже на основе результатов моделирования процесса.

Далее, созданные поэлементно параметрические модели матрицы и рассекателя объединяются. На этом этапе создаются необходимые плавные переходы. В результате получается объемная модель матричного комплекта.

Улучшение конструкции матрицы по результатам моделирования

Последним этапом работы является сохранение 3D?модели оснастки в специальном формате и отправка в QForm?Extrusion для дальнейшего создания конечно-элементной сетки и моделирования процесса. Создание сетки выполняется в модуле QShape. Там же создается расчетная область заготовки. Она заполняет внутренние полости контейнера и матричного комплекта, включая зону калибрующих поясков. Контуры поясков, созданные в QExDD, импортируются вместе с моделью оснастки и отображаются в QShape в виде развертки. Такое представление позволяет редактировать контур поясков не возвращаясь в CAD-сиcтему. Окончательный вариант контура поясков может быть экспортирован для использования в производстве матрицы.

Заключение

В работе описано практическое применение программных средств моделирования процесса прессования для определения характера течения, силы прессования, температурных полей и напряжений в инструменте. Сложности в создании качественных объемных моделей инструментов препятствуют использованию ПО для моделирования процесса прессования в производстве. Авторами разработана программа QExDD, ускоряющая создание 3D?моделей матричной оснастки и сокращающая разрыв между проектированием оснастки и моделированием процессов. Эффективностьприменения QExDD в связке с программой для моделирования процесса показана на производственном примере проектирования оснастки для прессования полого профиля. За четыре итерации моделирования достигнуто равномерное истечение профиля. При этом на моделирование требуется меньше времени, чем на проведения натурных экспериментов.

Список литературы

1. Stebunov S., Lishnij A., Biba N. Development and industrial verification of QForm_Extrusion pro_ gram for simulation profile extrusion // Proceeding of International Conference on Extrusion and Benchmark (Dortmund, Germany), 2009, pp. 41-42.

2. Stebunov S., Biba N., Vlasov A., Maximov A. Thermally and mechanically coupled simulation of metal forming processes // Proceedings of the 10th International Conference on Technology of Plasticity (Aachen, Germany), 2011, pp. 171-175.

3. Biba N., Stebunov S., Lishnij A. Simulation of material flow coupled with die analysis in complex shape extrusion // Key Engineering Materials, 2014, Vol. 585, pp. 85-92.

4. 3D Modeling Software for Engineering / SpaceClaim /

Размещено на Allbest.ru