Введение

Актуальность моделирования технологических процессов в современных условиях очевидна. Каждое предприятие пытается сократить издержки на проектирование, технологическую подготовку и производство, стараясь повысить качество получаемой продукции.

Сегодня существует большой выбор средств моделирования различных сценариев, которые применяются в различных отраслях машиностроения.

Используя моделирование в листовой штамповке, инженеры могут разрабатывать, оптимизировать и проверять процессы обработки металлов давлением на компьютере, модифицируя конструкцию инструмента с учетом выявления проблем применительно ко всем отраслям промышленности, в том числе автомобильной, аэрокосмической, электронной и других.

На этом этапе пользователи могут определить геометрию заготовки и условия оптимального использования материалов. Конструкторы могут проработать поверхности рабочего инструмента на основе B-Spline-геометрии для получения условий формирования изделия без трещин, морщин и других возможных дефектов. На стадии проверки инженеры могут точно оценить упругое пружинение заготовки, компенсировать его, а также выявить визуально косметические дефекты как если бы они были в цеху.

Для разработки и оптимизации технологических режимов листовой штамповки ГК CSoft предлагает систему PAM-STAMP — решение компании ESI Group, ведущего производителя программного обеспечения в этой области. Система является надежным помощником конструктора и технолога при проектировании рабочих поверхностей штампов, позволяя прогнозировать качество изделия до того, как будет изготовлен инструмент.

Алгоритм решения задач с применением моделирования в среде PAM-STAMP 2G
Алгоритм решения задач с применением моделирования в среде PAM-STAMP 2G

PAM-STAMP 2G предлагает оригинальную цепочку моделирования штамповки: от быстрого проектирования штампа через оценку применимости к окончательной проверке и контролю качества продукции без отрыва от CAD-модели.

Особенности и возможности системы

PAM-STAMP 2G является интегрируемым решением для моделирования процесса штамповки. Оно позволяет моделировать практически любой процесс: пользователь может осуществлять расчет всего процесса в рамках уникального интерфейса, импортировать CAD-файлы, работать с геометрией, создавать КЭ-сетку различных элементов и деформирующие инструменты, задавать специфичные настройки процесса и анализировать результаты моделирования.

Сегодня функционал PAM-STAMP 2G позволяет решать задачи:

  • точного прогноза образования морщин;
  • прогноза трещин и разрывов;
  • гидроформовки;
  • гибки труб;
  • горячей листовой штамповки;
  • расчета пружинения;
  • использования 3D-сетки;
  • анализа работы штампов последовательного действия;
  • использования усовершенствованных моделей материалов;
  • осуществления реинжиниринга штампа на основе расчета пружинения;
  • итерационного процесса автоматического изменения штампа и его последующего апробирования до получения профиля изделия требуемой точности.

Программное решение построено таким образом, чтобы пользователь имел максимально легкий доступ к необходимым инструментам анализа процесса и решателя. Во время создания нового проекта выбирается тип процесса штамповки и один из четырех предлагаемых решателей.

Задание вида процесса и выбор соотвествующего решателя PAM-STAMP 2G
Задание вида процесса и выбор соотвествующего решателя PAM-STAMP 2G

Основными этапами создания сценария моделирования процесса листовой штамповки являются:

  • определение геометрических параметров заготовки;
  • задание инструментов;
  • задание направляющих;
  • определение процесса;
  • непосредственный расчет;
  • оптимизация: уточнение геометрических параметров заготовки, компенсация пружинения.

Определение свойств заготовки

На этапе задания свойств исходной заготовки пользователю необходимо выбрать геометрические параметры и материал, а также задать свойства создания конечно-элементной сетки математической модели.

PAM-STAMP 2G поддерживает несколько способов задания исходной заготовки. В качестве исходной информации можно использовать кривую, импортированную из САПР, которая будет являться контуром, прямоугольник, построенный по четырем точкам или описанный размерами его сторон, а также диск с заданными радиусом.

База данных материалов

С системой поставляется обширная база данных по свойствам материалов. Здесь собраны данные по большинству сплавов на основе железа, алюминия и других металлов. Эта библиотека открыта для редактирования и пополнения, при этом необходимо вводить параметры, описывающие кривую упрочнения материала.

Диалоговое окно базы материалов
Диалоговое окно базы материалов

Особенность PAM-STAMP 2G — это использование адаптивно и динамически изменяющегося построителя конечно-элементной модели DeltaMESH®. Во время моделирования процесса происходит уточнение в тех местах, где это необходимо — в местах контакта рабочего инструмента с заготовкой.

Разбиение геометрии конечными элементами заготовки перед началом моделирования операции штамповки
Разбиение геометрии конечными элементами заготовки перед началом моделирования операции штамповки
Переразбиение сетки конечных элементов на первых шагах моделирования технологического процесса
Переразбиение сетки конечных элементов на первых шагах моделирования технологического процесса
Переразбиение сетки конечных элементов на последних шагах моделирования технологического процесса
Переразбиение сетки конечных элементов на последних шагах моделирования технологического процесса
Вид конечно-элементной модели в конце моделирования процесса штамповки
Вид конечно-элементной модели в конце моделирования процесса штамповки

В описание параметров деформирующего инструмента входят следующие этапы:

  • импорт поверхностей инструмента;
  • задание типа инструмента (пуансон, матрица);
  • определение типа процесса;
  • перестроение в случае компенсации пружинения.
Вид рабочего инструмента в PAM-STAMP 2G: пуансон, матрица и удерживающая поверхность
Вид рабочего инструмента в PAM-STAMP 2G: пуансон, матрица и удерживающая поверхность

Моделирование процесса штамповки

PAM-STAMP 2G позволяет моделировать практически любую операцию штамповки: вырубку, отсечку, перфорацию, окантовку, обрезку, гибку, формовку, чеканку, прогрессивные операции, а также краш-тест сборки изделия. В рамках рассматриваемого решения для пользователя упрощается задача описания технологической операции. В PAM-STAMP 2G включена библиотека макросов стандартных сценариев листовой штамповки, что значительно упрощает работу с этим решением. Пользователю остается лишь назначить «роли» объектам и описать сценарий моделирования.

Вся эта операция происходит в простом и интуитивно понятном меню определения параметров процесса.

Вычисления

Сегодня ESI PAM-STAMP 2G, как и другие решения, поддерживает различные схемы вычислений, позволяя использовать различные модели по распараллеливанию и точности решения.

Модель SMP (Shared Memory Parallel) позволяет задействовать все имеющиеся ядра этого узла для расчета. При этом все ядра обращаются к одной и той же ячейке памяти.

DMP (Distributed Memory Parallel) также задействует все ядра, при этом для каждого выделяется отдельная ячейка памяти. Модель делится на несколько областей, каждая из которых рассчитывается отдельно. Этот метод позволяет задействовать несколько компьютеров одной локальной сети.

Постпроцессинг

Функционал PAM-STAMP 2G позволяет выявить возникновение дефектов и получить информацию о напряжениях, деформациях, утонении материала и других свойствах получаемого изделия в удобном для пользователя виде.

Визуализация получаемого изделия в результате моделирования технологического процесса
Визуализация получаемого изделия в результате моделирования технологического процесса
Визуализация результатов FLD на геометрии получаемого изделия
Визуализация результатов FLD на геометрии получаемого изделия

Заключение

Невозможно описать все в одной статье: даже беглое перечисление возможностей PAM-STAMP заняло бы слишком много места. Впрочем, цель этой статьи в другом — показать мощь функционала и гибкость системы, располагающей огромным набором возможностей. Оценивая систему в целом, можно сказать следующее: PAM-STAMP 2G представляет собой законченное решение, охватывающее широкий спектр задач листовой штамповки металлов и сплавов.

Антон Лепестов,
отдел САПР и инженерного анализа CSoft
E-mail: