Холоднокатаные профили

Программное обеспечение COPRA Roll Design

Изделия, получаемые методом холодного проката, используются в самых разных отраслях: в строительстве, автомобилестроении, кораблестроении, электротехнике. Столь же широко варьируется и область их применения: от конструктивных элементов (к примеру, профили для оконных и дверных рам) до сложных профилей специального назначения. Среди важных преимуществ холоднокатаных профилей — практически неограниченное разнообразие возможных форм, высокая производительность процесса и эффект упрочнения, получаемый непосредственно в процессе формирования. С другой стороны, существует и ряд побочных эффектов: остаточные напряжения, высокая стоимость переналадки оборудования и установки новой прокатной оснастки.

Программный комплекс COPRA ROLLFORM, разработанный компанией data M, стал первым решением, свободным от подобных ограничений, — он позволяет профессионально проектировать роликовую оснастку для производства как простых, так и очень сложных профилей открытого и закрытого типа. Это сокращает затраты на проектирование, техническую подготовку и переналадку оборудования. COPRA ROLLFORM сопровождает разработчика по всей технологической цепочке: от формовочной последовательности (flower design, bending steps), разработки роликовой оснастки, технических расчетов до имитации процесса проката, управления складом роликовой оснастки (stock roll management), формирования управляющих программ для изготовления роликов на токарных станках с ЧПУ (CNC manufacturing) и контроля качества. Анализ напряжений и пластических деформаций, возникающих при формовке материала, позволяет определить наилучшие параметры процесса проката еще до начала изготовления роликовой оснастки.

3D-моделирование профилей и оснастки
3D-моделирование профилей и оснастки

Как и другие программные продукты компании data M, комплекс COPRA ROLLFORM имеет дружественный интерфейс, несложен в изучении. Во всех необходимых случаях предоставляются подробные пояснения. COPRA ROLLFORM представляет собой приложение к AutoCAD 2000/2002/2004. Доступна и OEM-версия продукта, не требующая отдельной лицензии на AutoCAD.

COPRA ROLLFORM — новейшее слово в технологии холоднокатаного производства профилей. В более чем 50 странах этот инструмент уже стал стандартом для разработчиков.

Замкнутый цикл проектирования оснастки

COPRA RollForm Simulation

Еще совсем недавно применение технологии холодного проката считалось неблагодарным занятием: обычным явлением были ошибки, серьезными проблемами сопровождалась переналадка оборудования при установке новой роликовой оснастки. Методом проб и ошибок технологи формировали полный комплект роликовой оснастки и приступали к пробному прокату — только так удавалось выявить дефекты. Разумеется, этот способ требовал времени и немалых средств, а кроме того вызывал непрогнозируемо длительные простои оборудования. Чтобы изменить ситуацию, компания data M сосредоточила усилия на разработке программного обеспечения для проектирования оснастки и моделирования самого процесса формовки. Результатом этих усилий стало появление технологии COPRA RollForm, позволяющей с высокой точностью прогнозировать процесс проката.

Два метода исследования напряженно-деформированного состояния

Для моделирования процесса проката компания data M предложила два решения:

  • статическое решение, базирующееся на теории тонкостенных оболочек (COPRA DTM);
  • моделирование высоконелинейных процессов на основе метода конечных элементов (COPRA FEA for RollForming).

Модуль COPRA Deformation Technology (COPRA DTM)

Этот модуль быстро, надежно и с высокой точностью рассчитывает продольные напряжения, возникающие в материале. В основу расчета положены важнейшие параметры процесса проката — свойства материала, толщина листа, диаметр и тип роликов. Опираясь на эти расчеты, инженер оптимизирует разрабатываемую роликовую оснастку. Необходимости в пробном прокате больше нет: данные о принципиальной технической выполнимости проекта и потенциальных дефектах разработчик получает в автоматическом режиме.

Пример формовочной последовательности
Пример формовочной последовательности

Эффективность COPRA DTM доказана уже на тысячах примеров.

Моделирование высоконелинейных процессов на основе метода конечных элементов (COPRA FEA RF)

Созданием модуля COPRA FEA RF компания data M продолжила разработку высокоэффективного программного обеспечения для индустрии холодного проката. Данные импортируются непосредственно из модуля COPRA DTM, который может использоваться как препроцессор для технологии конечно-элементного моделирования. COPRA FEA RF дополняет результаты моделирования в COPRA DTM полной информацией о силах, деформациях и напряжениях, а также осуществляет трехмерную визуализацию процесса проката, наглядно представляя возможные деформации. Таким образом COPRA FEA RF можно использовать как «модуль виртуального проката», позволяющий опробовать новую роликовую оснастку еще до начала ее производства. При использовании COPRA FEA RF подготовка расчетной модели и анализ поведения материала занимают совсем немного времени. Модуль прост в освоении и нетребователен к аппаратным средствам.

До недавнего времени расчет подходящего горизонтального смещения для трапециевидных секций считался сложной задачей. Программный модуль COPRA ROLLFORM для трапециевидных секций выполняет эти расчеты и автоматически формирует профиль роликов
До недавнего времени расчет подходящего горизонтального смещения для трапециевидных секций считался сложной задачей. Программный модуль COPRA ROLLFORM для трапециевидных секций выполняет эти расчеты и автоматически формирует профиль роликов
«Виртуальный» прокат. Модуль COPRA FEA RF
«Виртуальный» прокат. Модуль COPRA FEA RF

Проектирование роликовой оснастки для проката труб

Производство высококачественных труб с оптимальным набором роликовой оснастки

COPRA Tube Mill Roll Design Center — комплексный программный продукт, обеспечивающий проектирование роликовой оснастки при производстве холоднокатаных труб. Для проектирования специализированной оснастки пользователю предоставлено все необходимое: дополнительные программные модули позволяют, например, формировать из трубы профиль практически любого сечения.

Параметрическое проектирование

Технолог может задать формовочную последовательность, ориентируясь на возможности оборудования или на формовочные последовательности, имеющиеся в базе данных (последние могут быть заданы или изменены проектировщиком). Среди предлагаемых стратегий формовки — «стратегия с сохранением центральной линии сечения», «двойной радиус», «w-образный профиль» и другие. Из совокупности представленных в программе методов формирования труб можно создавать и собственные стратегии проката.

Программный продукт для параметрического проектирования роликов хранит всю необходимую информацию о технических параметрах роликовой оснастки и сопровождает пользователя на протяжении всего процесса ее разработки.

Технология моделирования COPRA и новые сферы ее применения

При промышленном использовании труб, полученных методом холодного проката, необходимо учитывать величины остаточных напряжений и обеспечить сохранение формы трубы под воздействием эксплуатационных нагрузок.

Комплекс программных средств, моделирующих процесс проката — COPRA DTM и COPRA FEA RF, — помогает внести в проект необходимые коррективы, а кроме того может использоваться для оптимизации существующей роликовой оснастки. С помощью программных средств от data M действующая роликовая оснастка может быть проконтролирована и усовершенствована на месте, что существенно снижает стоимость производства.

Модуль COPRA Tube Mill Roll Design Center

Получение профиля произвольного сечения из трубы

— Вы получаете реальные улучшения, — заявил один из клиентов компании data M Кристиан Лахни (Christian Lahni) из Mannstaedt Werke (Германия), опробовав первый комплект роликов, разработанный им с помощью ПО для формирования сечений произвольной формы COPRA Design Module. Пользователь может рассчитывать калибровочные проходы от круглого сечения к сечению произвольной формы. Как следствие, процесс формовки стал более точным.

Модуль COPRA Tube Mill Roll Design Center
Модуль COPRA Tube Mill Roll Design Center

Получение сечений произвольной формы протягиванием через профилированные кольца

Модуль COPRA Design Module for Drawing Rings позволяет реализовать уникальную технологию формирования сечений произвольной формы: труба последовательно протягивается через специальным образом рассчитанные профилированные кольца. Модуль, функционально разделенный на двумерную и трехмерную части, вычисляет последовательность шагов формовки, необходимых для вписывания трубы в специальную форму. Кроме того, пользователь получает трехмерную модель набора колец для обработки на станках с числовым программным управлением.

COPRA

COPRASoftware Technology
Инженерные модули для проектирования сечений

  • COPRA для открытых и замкнутых сечений
  • COPRA для трапециевидных сечений (профнастил)
  • COPRA для проектирования трубных сечений по различным стратегиям
  • COPRA для проектирования деформированных труб
  • COPRA для проектирования 2D профилированных колец
  • COPRA для проектирования 3D профилированных колец

COPRADatabase Technology
Управление инженерными базами данных

  • COPRA DBMS (Управление базой данных)

COPRAEngineering Technology
Оборудование для калибровки и контроля оборудования

  • COPRA ProfileChecker — лазерный контроль профиля в процессе проката
  • COPRA RollScanner — лазерный сканер для калибровки и паспортизации профиля роликовой оснастки

COPRAService Technology
Техническая поддержка

  • Руководство пользователя
  • Учебный центр
  • Услуги по проектированию роликовой оснастки
  • Услуги реинжиниринга

Оборудование контроля качества для прокатной индустрии

Построение системы контроля качества производимой продукции

Два этапа

Этап 1: COPRA RollScanner: контроль качества технологического оборудования.

Контроль роликовой оснастки — основа безошибочного и безотходного производственного процесса, исключающего длительный простой оборудования.

Этап 2: COPRA LaserCheck: непосредственный контроль качества продукции в процессе производства.

Статистический контроль процесса с возможностью немедленного реагирования.

COPRA RollScanner

В ответ на потребность индустрии холодного проката в высококачественных системах контроля компания data M Engineering разработала оборудование COPRA RollScanner. Это система оптического (лазерного) контроля профиля роликовой оснастки. Сечение ролика контролируется CCD-камерой. Всё, что требуется от оператора, — это предоставлять необходимые дополнительные сведения (номер роликовой секции, идентификатор ролика и т.д.). Полученная информация помещается в систему управления складом роликовой оснастки (COPRA stock roll management), а также сохраняется в виде DXF-файла, что позволяет использовать ее в любой САПР.

Интеллектуальная система ведения склада не только отслеживает объемы хранимой роликовой оснастки, но и непосредственно влияет на производство роликов: почему бы не сделать новый ролик из ставшего ненужным старого? Переточка старых роликов может несколько увеличить стоимость монтажа, но быстро окупится: система ведения склада роликовой оснастки подбирает для повторного использования только ролики с подходящими базовым диаметром и шириной.

Реинжиниринг оснастки

Существующая роликовая оснастка может быть переработана или калибрована без разработки новых роликов. В процессе сканирования всего контура COPRA RollScanner оптимизирует комплект роликов и сохраняет полученную информацию в базе данных COPRA. Используя эту информацию, пользователь может моделировать и оптимизировать комплекты роликовой оснастки или создавать CNC-файлы для станков с числовым программным управлением.

Применение COPRA ROLLFORM позволяет устранить многие дефекты - например, коробление кромки сварной трубы
Применение COPRA ROLLFORM позволяет устранить многие дефекты - например, коробление кромки сварной трубы

Контроль качества роликовой оснастки

Последовательный контроль качества необходим для соблюдения производственных стандартов. При использовании COPRA RollScanner каждый ролик можно непосредственно после сканирования сравнить с идеальным (паспортным) контуром. COPRA RollScanner мгновенно регистрирует любой износ и извещает о нем задолго до того как параметры производимой продукции выйдут за допустимые пределы. Если сканер подсоединен к системе управления базой данных COPRA, процедура контроля осуществляется в автоматическом режиме.

COPRA LaserCheck — лазерный контроль профиля

COPRA LaserCheck — еще один инновационный продукт от data M Engineering — работает по так называемому методу split-beam и представляет собой оптический сенсор на лазерной основе, предназначенный для контроля качества производимой продукции. Любая процедура контроля не должна серьезно влиять на производственный процесс и увеличивать стоимость производства. Если параметры профиля соответствуют требованиям клиента, то проверять качество следует только на завершающей стадии формовки: произвольно выбранные образцы проверяются на соответствие контрольным шаблонам. Существует и другой способ — проверка на проекционном оборудовании, однако необходимость отделять сегмент профиля для помещения его в проектор нередко приводит к дополнительным деформациям (spring-back) и искажению информации. К тому же при «разрушающем» подходе к контролю качества дефекты обнаруживаются недостаточно быстро.

«Отпечатки пальце» роликов: автоматическое сравнение сканированного (измеренного) профиля с паспортным
«Отпечатки пальце» роликов: автоматическое сравнение сканированного (измеренного) профиля с паспортным

Встроенный метод контроля

Непосредственный контроль качества в прокатном стане — это метод, позволяющий получить быстрый и точный результат. COPRA LaserCheck позволяет контролировать любой участок профиля еще в процессе обработки. Обрабатываемый профиль сравнивается с образцом в контрольном устройстве. Если предварительно заданные границы нарушены, на мониторе оператора сразу же появится соответствующее сообщение. При появлении отклонений это сообщение дублируется акустическими или световыми сигналами.

Встроенный контроль сечения готового изделия
Встроенный контроль сечения готового изделия

Несколько слов о компании data M Software and Engineering

Глубокие познания в области процессов проката позволяют специалистам data M Software and Engineering постоянно расширять диапазон программных продуктов для работы с листовым металлом. Компания продолжает исследования в этой области и прилагает усилия к совершенствованию получивших мировую известность технологий холодного проката. Результат — разработанные в тесном взаимодействии с заказчиками и обеспеченные надежной поддержкой новые высокотехнологичные программные продукты.

Широкий диапазон продуктов…
и единая технологическая база

Все продукты COPRA базируются на единой технологии, потенциал которой в полной мере задействовали инженеры-механики Альберт Седлмайер (Albert Sedlmaier) и Стефан Фрейтаг (Stefan Freitag): созданию data M Software GmbH предшествовали серьезные исследования в области автоматизации технологической подготовки процесса проката. Вскоре основатели компании поняли, что индустрия производства холоднокатаных профилей нуждается в программном решении для оптимизации процесса подготовки производства. Это решение должно было отвечать самым высоким требованиям, работать с высокомодульными материалами и соответствовать современным технологиям формовки, таким как гидроформинг или изгиб труб…

За тринадцать лет, прошедших с момента ее основания, data M стала мировым лидером в области программного обеспечения для автоматизации технической подготовки прокатного производства. data M первой среди инженерных компаний предложила комплекс конечно-элементного анализа для производства труб и профилей. Программный комплекс COPRA ROLLFORM, открывший новые способы получения сложных сечений, произвел настоящую революцию в сфере производства холоднокатаных профилей.

Растущие требования клиентов к поддержке и обслуживанию производственного процесса привели к расширению сферы деятельности data M: компания data M Engineering, возглавляемая Андреасом Батхалером (Andreas Bachthaler), специализируется на оборудовании для реинжиниринга и контроля качества. В основу предлагаемых решений положено оптимальное сочетание программных и аппаратных средств.

В немецком офисе data M сегодня занято более 30 человек, за пределами Германии работают высококвалифицированные представители компании. Уникальную технологию COPRA ROLLFORM освоили специалисты из более чем 50 стран. Компания data M не только обеспечивает высокий уровень сервиса, но и проводит обучение пользователей: передовая технология требует квалифицированных инженеров.

По материалам
data M Software GmbH