Обзор и анализ компьютерных программ по моделированию процессов гош
Разработка технологии получения поковки методом горячего деформирования требует высокой квалификации технолога, поскольку включает в себя назначение допусков, припусков и напусков, определение геометрии инструмента, количества переходов и предварительных операций. Однако далеко не всегда удаётся разработать оптимальный технологический процесс, который позволит получить поковку без дефектов с приемлемым отходом металла в заусенец, особенно, если поковка имеет сложную форму. Например, разработанная без использования программы моделирования технология штамповки детали автомобиля (Рис.1) непременно приведёт к браку, поскольку процесс имеет очень сложное течение металла, предсказать которое заранее невозможно. Программа QForm2D/3D является незаменимым инструментом технолога для разработки технологических процессов горячей объёмной штамповки. Программа позволяет моделировать течение металлов в сложных штампах практически на любом оборудовании, предсказывать возможные дефекты (незаполнение ручья штампа, утяжины, складки, прострелы, вытекание облоя на зеркало штампа, что препятствует смыканию штампов при штамповке на молотах). Моделируется распределение температуры, деформаций, напряжений в поковке и инструменте, а также форма волокон в поковке, что чрезвычайно важно для контроля качества изделия. Анализ силы штамповки и затрат энергии позволяют подбирать оптимальное оборудование. Владея QForm2D/3D, технолог может оптимизировать процесс, добиваясь отсутствия дефектов, снижения расхода металла и повышения производительности.
Рис. 1. Поковка детали двигателя автомобиля
Технологические задачи формоизменения металлов сильно отличаются от других задач анализа деформаций и напряжений, например, в конструкциях. Главное отличие – это очень большая степень деформации, исчисляемая тысячами процентов, которая исключает применение программ, предназначенных для прочностного анализа. Такие известные программы, как ANSYS, COSMOS, NASTRAN, при всем своем совершенстве не могут быть использованы в этой области сколько-нибудь эффективно. Моделирование течения металла в большинстве технологических процессов предполагает многократное (сотни и тысячи раз за расчет) автоматическое перестроение сетки, течение металла по поверхности инструмента с трением (контактная нелинейная задача), связь деформации с полем температуры, выход на качественные параметры изделия (формирование волокнистой структуры поковки). Результаты такого уровня и качества могут быть получены только при помощи специализированных программ, целенаправленно разработанных для данной области применения.
Здесь выбор программ невелик.
В настоящее время на мировом рынке представлены четыре программы. Вот их названия в алфавитном порядке:
DEFORM
FORGE
QForm
Simufact
Каждая из них имеет свою историю, преимущества и ограничения.
DEFORM раньше всех появилась на рынке и получила наиболее широкое распространение в США. В Германии она делит рынок с QForm и FORGE, а в Англии и Швеции, например, существенно уступает QForm. В России распространяется компанией ТЕСИС наряду с десятком других инженерных программ разных производителей, что позволяет усомниться в качестве поддержки потенциальных пользователей. Согласно сайту компании, количество пользователей на всем пространстве СНГ не превышает 5 заводов и 5 вузов в регионах.
FORGE – это очень мощная программа, нацеленная на продвинутых пользователей. Обладает широкими возможностями, но очень сложным интерфейсом. Используется в основном на наиболее технически продвинутых заводах, где есть возможность создания специализированного центра моделирования с высококвалифицированным персоналом. Имеет почти монопольное использование во Франции (пользуется протекционистской поддержкой французского правительства), значительно меньше применяется в США, делит рынок с QForm и DEFORM в Германии и с QForm в Италии. Самая дорогая по цене. В России не продается и не имеет представительства.
QForm — единственный российский продукт для инженерного анализа, который получил широкое распространение во всех индустриально развитых и быстро развивающихся странах. Этого успеха удалось достичь за счет высокого научного уровня разработки, использования самых современных технологий программирования, международной кооперации и стратегически правильного выбора пути развития в соответствии с основными потребностями пользователей на наиболее перспективных рынках и видах производств.