المعرفة وبناء سحابة FE محاكاة عمليات رقة تشكيل المعادن

Summary

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

Abstract

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.

This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

Introduction

Finite Element (FE) simulations have become a powerful tool for optimizing process parameters in the metal forming industry. The reliability of FE simulation results is dependent on the accuracy of the material definition, input in the form of flow stress data or constitutive equations, and the assignment of the boundary conditions, such as the friction coefficient and the heat transfer coefficient. In the past few years, advanced FE simulations have been developed via the implementation of user-defined subroutines, which have significantly broadened the capability of FE software.

The use of such advanced FE simulations in the design of forming processes for structural components has been investigated by both the aviation and automotive industries, with the intention of producing lightweight structures that reduces operating costs and CO₂ emissions. Particular focus has been placed on the replacement of steel components with lower density materials, such as aluminum alloys and magnesium alloys. However, these alloys, especially the stronger variants, offer limited formability at room temperature and thus complex-shaped components cannot be manufactured using the conventional cold stamping process. Therefore, advanced high temperature forming technologies, such as warm aluminum forming ^1-4, hot stamping of aluminum alloys ^5-9 and hot stamping of high strength steels ¹⁰, have been developed over the past decades to enable complex-shaped components to be formed. In general, high temperature forming processes involve significant temperature variations, strain rate and loading path changes ¹¹, which would, for instance, cause inevitable viscoplastic and loading history dependent responses from the work piece materials. These are intrinsic features of high temperature forming processes and may be difficult to represent using conventional FE simulation techniques. Another desirable feature would be the ability to predict the tool life over multiple forming cycles in such processes, since they require low friction characteristics achieved through coatings that degrade with each forming operation. To represent all these features via the implementation of user-defined subroutines would be computationally very expensive. Moreover, the development and implementation of multiple subroutines would require excessive multi-disciplinary knowledge from an engineer conducting the simulations.

In the present work, a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique is proposed, based on the application of modules on a cloud computing environment, that enables an efficient and effective method of modeling advanced forming features in conjunction with conventional FE simulations. In this technique, data from the FE software is processed at each cloud module, and then imported back into the FE software in the relevant consistent format, for further processing and analysis. The development of these modules and their implementation in the KBC-FE is detailed.

Protocol

1. وضع درجة الحرارة عالية تشكيل الحد التنبؤ نموذج

1. الليزر قطع العينات لاجراء اختبارات القابليه للتشكيل من الأوراق AA6082 سبائك الألومنيوم (1.5 مم سمك) في هندستها اختيار ^12.
2. حفر نمط الشبكة، تتألف من 0.75 مم نقاط دائرية مع تباعد منتظم من 1 ملم، على سطح العينات باستخدام أسلوب كهربائيا ^13.
3. تطبيق يدويا الجرافيت الشحوم ومواد التشحيم على الجانب غير محفورا.
4. تجميع جهاز الاختبار قبة في ارتفاع معدل الضغط الهيدروليكي ^12. استخدام آلة الاختبار الهيدروليكي 250 كيلو نيوتن.
5. تسخين تلاعب اختبار القبة إلى درجة حرارة الاختبار وتعيين لكمة في سرعة الحركة المستمرة. ثم بدء الاختبار.
   ملاحظة: درجات الحرارة الاختبار هي 300، 400، و 450 درجة مئوية، على التوالي. وتشمل السرعات اختبار 75، 250، و 400 ملم / ثانية.
6. وقف الاختبار في التواجد الأول من معانقة.
   ملاحظة: ضربات الصحافةيتم تعيين ه (أي ارتفاع العينة النهائي) بحيث معانقة لوحظ فقط على عينة تشكيلها.
7. قياس ارتفاع العينة النهائي باستخدام مقياس الارتفاع، وحساب السلالات وأقصى معدلات سلالة (معدل التغير من سلالة فيما يتعلق الوقت) باستخدام 3D البصرية تشكيل نظام تحليل. تحليل التغييرات في تباعد الشبكة لحساب السلالات في كل نقطة من العينة تشكيلها.
8. تأكد من أن 3D البصرية تشكيل نظام تحليل يتضمن كاميرا، العينة تشكيلها، والحانات على نطاق ومعايرة ^14.
   ملاحظة: يتم وضع العينة في مركز القرص الدوار والمغلقة مع قضبان الحجم، ويتم الاحتفاظ الثابتة أوضاعها النسبية لمدة التحليل.
9. ضبط الكاميرا على ارتفاع ثابت (على سبيل المثال، 50 سم) وزاوية (على سبيل المثال، 30، 50، أو 70 درجة) على العينة، والتقاط الصور على دوران كاملة (360 درجة) من القرص الدوار، بزيادات من 15 درجة .
   ملاحظة: في بريسيعمل الإقليم الشمالي، تم الحصول عليها ثلاث مجموعات من الصور من الارتفاعات كاميرا متعددة وزوايا من أجل رسم خريطة للسلالات على عينة كلها ^15.
10. تحميل الصور في 3D تشكيل برامج التحليل البصري، والمضي قدما لحساب السلالات. القيام بذلك عن طريق النقر على 'الحذف حساب وحزمة' وظيفة، الذي يكتشف نقاط الشبكة، تليها بالنقر على "نقاط 3D حساب وشبكة 'وظيفة الذي يبني الشبكة.
    ملاحظة: حساب السلالات وتصور أنه في وضع التقييم.
11. الناتج التوزيعات سلالة لتحديد سلالات حد لكل عينة على أساس ISO 12004 ^16، ورسم المخططات حد تشكيل لسرعات تشكيل المختلفة ودرجات الحرارة تشكيل.
12. معايرة النموذج المادي للAA6082 عند درجات حرارة مختلفة 300-500 درجة مئوية، ومعدلات سلالة ،1-10 ق ^-1.
    ملاحظة: النموذج المادي وثوابتها لAA6082وترد تفاصيل في اشارة ^17.
13. تنفيذ وتوحيد Hosford متباين الخواص وظيفة العائد ^18، Marciniak-كوكزينسكي (MK) نظرية ¹⁹ والنموذج المادي في خطوة 1.12 إلى خوارزمية التكامل وذلك لصياغة وتشكيل نموذج حد التنبؤ.
    ملاحظة: يتم وصف هذا النموذج في إشارة ^11.
14. معايرة والتحقق من النموذج المطور للخطوة 1.13 باستخدام النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها في الخطوة 1.11.
15. التنبؤ حدود تشكيل من خلال نموذج التحقق من ¹¹ خطوة 1.14.
    ملاحظة: يبين الشكل 1 الناتجة تنبؤات النموذج عند درجات حرارة مختلفة، بسرعة تشكيل 250 ملم / ثانية، أو مكافئ، وهو معدل سلالة من 6.26 ق ^-1.

2. تطوير تفاعلية الاحتكاك / ملابس نموذج

1. إجراء اختبارات الكرة على قرص لالمغلفة (القرص) العينات
   1. إعداد نيتريد التيتانيوم (القصدير) الطلاء على الصلب واضعةGCR15 القرص باستخدام قوس الكاثود ومنتصف تردد المغنطرون الاخرق، مع المعلمات ترسب بالنظر في اشارة ^20.
   2. باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، الحصول على السطح / المقطع العرضي تضاريس العينة المغلفة. قياس سمك الطلاء القصدير من خلال الصور ووزارة شؤون المرأة من خلال مقارنة تضاريس (السطوع والعقد) من المواد الأساسية والطلاء.
      ملاحظة: يمكن الاطلاع على الإجراءات التجريبية في اشارة ^20.
   3. استخدام الضوء الأبيض السطح بين ferometric الموالية للfilometer للحصول على خشونة سطح العينة. وضع العينة تحت العدسة وضبط المجهر للحصول على بنية سطح واضح. إلقاء الضوء على عينة وضبط زوايا x و y محاور لمراقبة شرائط تدخل واضحة (والتي يمكن رصدها من الشاشة). تعيين عمق الإجمالي في البرنامج والبدء في القياس. تلقائيا مسح سطح العينة وحساب خشونة السطح.
   4. تقييم قوة ملتصقة سو العينة باستخدام اختبار نقطة الصفر الصغيرة. تطبيق زيادة الحمولة (بحد أقصى 50 N) وعلى مسافة الصفر (بحد أقصى 5 ملم) على طلاء القصدير. تحديد فشل تحميل تسبب الحرج للطلاء والحصول على منحنيات الصفر الصغرى ^20.
   5. تقييم صلابة من العينة باستخدام إندينتر صلابة. تطبيق حمولة ساكنة من 20 N على عينة لمدة 15 ثانية. قياس قطري من الانطباعات التي تعكسها إندينتر، ومن ثم الحصول على القيم صلابة من اختبار.
   6. إجراء اختبارات الكرة على القرص على tribometer في بيئة المحيطة (درجة الحرارة 25 درجة مئوية والرطوبة 30٪). استخدام قطرها 6 مم WC-6٪ الكرة (الصغرى صلابة 1780 ذات الجهد العالي، قوة الاحتكاك 1380 N / سم، معامل المرونة 71 جيد جدا) كما النظير ضد القرص المطلي. ضبط سرعة انزلاق النسبية إلى 5 ملم / ثانية. تطبيق الحمل الطبيعي من 200 N. بدء القيم الحركية وسجل الاحتكاك باستخدام tribometer. يقطع الاختبار في 180 ق، 350 ق، 400 ق، و 450 ق، على التوالي، لتحليل المسار ارتداء باستخدام سالمجهر ptical ^20.
   7. قياس تضاريس السطح البالية باستخدام ضوء profilometer سطح التداخل الأبيض بعد الاختبار.
   8. تكرار الاختبارات (الخطوة 2.1.6) مع الأحمال طبيعية مختلفة (300 N، 400 N).
2. تحديد تطور معامل الاحتكاك حتى انهيار طلاء الصلب، والتي تتميز الزيادة الحادة في معامل الاحتكاك
   1. مؤامرة تطور معامل الاحتكاك مع الزمن بعد أن سجلت قيم الاحتكاك في الخطوة 2.1.6.
      ملاحظة: يتم عرض تطور معامل الاحتكاك في اشارة ^20.
   2. تقييم تطور معامل الاحتكاك من حيث السلوك ملابس والآليات المرتبطة بها.
      ملاحظة: يتميز تطور الاحتكاك إلى ثلاث مراحل مختلفة: (ط) مرحلة احتكاك منخفضة، (ب) الحرث مرحلة الاحتكاك، و (ج) مرحلة طلاء انهيار ^20،21.
   3. تقييم ارتداء الصورةتتس في 180 ق عن طريق قطع يدويا اختبار، ومن ثم تحليل المسار ارتداء باستخدام المجهر الضوئي.
      ملاحظة: هذه الخطوة هي للتحقيق في الحطام ملابس للمرحلة الاحتكاك المنخفضة كما هو موضح في الخطوة 2.2.2.
   4. كرر الخطوة 2.2.3 في 350 ق، 400 ق، و 450 ق، على التوالي.
3. تطوير نموذج الاحتكاك التفاعلية
   1. تميز العام μ معامل الاحتكاك من خلال الجمع بين الأولي الاحتكاك _μ α مع الاحتكاك الحرث الجسيمات الأجهزة μ _{الكمبيوتر} (كما هو موضح في المعادلة (1)) ^20.
      (1)
   2. الجمع بين الاحتكاك الحرث بين الكرة والركيزة (μ _مز) مع سمك الطلاء لحظية (ح) لنموذج طلاء انهيار بفعل زيادة حادة من الاحتكاك الحرث μ _{الكمبيوتر} (المعادلة (2)).
      ملاحظة: في هذه الحالة، μ _{الكمبيوتر} يساوي μ _مز عندما سمك الطلاء المتبقي هو صفر (تشير إلى انهيار كامل للطلاء الصلب).
      
      (2)
      حيث λ ₁ و ₂ λ هي معالم النموذج قدم لتمثيل المعنى المادي للعملية التآكل. λ ₁ يصف تأثير الجسيمات ارتداء شرك كبيرة، وλ ₂ يمثل شدة تأثير الاحتكاك الحرث، الذي يتميز المنحدر من معامل الاحتكاك.
   3. استخدام الوقت بناء التكامل خوارزمية للحصول على تطور سمك الطلاء المتبقية ونموذج ارتداء المتراكمة في ظل ظروف الاتصال متفاوتة. تحديث سمك الطلاء في كل حلقة حساب من المعادلة. (3).
      
      (3)
      حيث ح ₀ هو سمك الطلاء الأولي وهي المرة معدل ارتداء تعتمد للطلاء.
   4. تعديل Archard في القانون ارتداء ²² (المعادلة (4)) وتنفيذه في النموذج الحالي.
      
      (4)
      حيث K هو معامل الملابس، ف هو الضغط الاتصال، والخامس هو سرعة انزلاق، وH _ج هو صلابة جنبا إلى جنب للطلاء والركيزة.
   5. استخدام نموذج Korsunsky لحساب صلابة مجتمعة (المعادلة (5)).
      
      (5)
      حيث H _الصورة هو صلابة الركيزة، α هي نسبة صلابة بين الطلاء والركيزة وβ هي معامل التأثير للسمك.
   6. تمثل حمولة المعلمات تعتمد λ ₁ و K من قبل السلطة لالمعادلات فصيل عبد الواحد.
      
      (6)
      (7)
      حيث _κ λ1، κ _{λ1 K،} Ν وΝ _K ثوابت جوهرية تتعلق تطور الاحتكاك ^20.
   7. تناسب نموذج الاحتكاك التفاعلي للنتائج التجريبية باستخدام خوارزمية التكامل وضعت في مجموعة المؤلفين لتحديد معالم النموذج.

3. دراسات KBC-FE حالة المحاكاة

1. KBC-FE دراسة حالة محاكاة 1: التنبؤ تشكيل الحد في ظل ظروف ختم الساخنة
   1. إنشاء وتسمية مشروع محاكاة الجديد في برامج المحاكاة FE. حدد العملية ب "تشكيل ختم الساخنة" ونوع حلالا باسم "حزب الأصالة والمعاصرة، AutoStamp" عندماحفظ المشروع.
   2. استيراد الباب يموت الداخلي من خلال النقر على "استيراد أدوات CAD 'ثم' استيراد وحوالة ص" الباب الداخلي 'IGS "ملف الهندسة في برامج المحاكاة واجهة رسومية FE. حدد استراتيجية "هوت تشكيل" لتشابك من الأدوات. اسم الكائن المستوردة باسم 'الموت'.
   3. كرر الخطوة 3.1.2 و"استيراد" كائنات من لكمة وBlankholder، على التوالي.
   4. انقر على 'فارغ' ضمن علامة التبويب "مجموعة المتابعة. اضغط على "أضف فارغة" في "محرر فارغ '، ومجموعة' الكائن الجديد" على أنه "فارغ". ثم حدد نوع كما "فارغة السطح.
   5. اختيار "الخطوط العريضة" لتعريف نوع واستيراد الشكل فارغة بالنقر y على "استيراد من ملف CAD. تعريف "صقل" على أنه "مستوى المفروضة"، وحدد مستوى 1 تحت "خيارات شبكة '. إيقاف "الربط التلقائي" وتعيين "حجم شبكة 'إلى 4 ملم.
   6. تحديد خصائص المواد في "محرر فارغ". انقر على "تحميل مادة" تحت علامة التبويب "المواد". حدد "AA6082" (الوحدة: مم · كجم · مللي · C) المواد وخصائص المواد. مجموعة 'الاتجاه المتداول' إلى 'س = 1 ". مجموعة 'سمك فارغ إلى 2 ملم، وفارغة "درجة الحرارة الأولية" إلى 490 درجة مئوية.
      ملاحظة: يتم وصف الخصائص المادية ونموذج المواد في اشارة ^17.
   7. انقر على 'عملية 'تحت' 'علامة التبويب وحدد "تعيين المتابعة" رمز + لتحميل ماكرو جديد. استعرض للوصول إلى ' ختم Hotforming' وحدد 'HF_Validation_DoubleAction_GPa.ksa ". في مربع الحوار "تخصيص"، وتفعيل فارغة، ويموت، لكمة، وBlankholder. ضمن علامة التبويب "مراحل"، وتفعيل الجاذبية، القابضة، ختم، وتسقيه.
   8. تعيين كافة المعلمات في "كائنات سمات" تحت علامة التبويب "مجموعة المتابعة" لتتوافق مع الإعداد التجريبية الفعلي (القوة عقد فارغة = 50 كيلو نيوتن، وتشكيل السرعة = 250 ملم / ثانية، معامل الاحتكاك = 0.1، ونقل الحرارة معاملات ²³ باعتباره وظيفة من الفجوة والاتصال الضغط).
   9. انقر على "تحقق" رمز للتحقق من محاكاة انشاء وضمان عدم وجود أخطاء في الإعدادات أعلاه.
   10. انقر أيقونة "الحساب" لبدء الاشتراكيةmulation.
       ملاحظة: البرنامج يسجل 11 ولاية خلال المحاكاة في الكمبيوتر المضيف.
   11. بعد الانتهاء من المحاكاة، ومراقبة نتائج المحاكاة في واجهة رسومية FE برامج المحاكاة، والشروع في تسجيل 'الكتابة' من أجل العمل تصدير القيم كفاف، أي سلالة الرئيسي (غشاء)، شد عضلي خفيف (غشاء)، ودرجة الحرارة جميع العناصر الفارغة، من أجل إقامة دولة محاكاة المحدد. انقر على "سجل" وقيمة الصادرات كفاف يدويا. انقر على "وقف" لإيقاف التسجيل. حفظ البرنامج النصي بحيث كرر نفس الإجراء لجميع الدول محاكاة 11.
   12. انقر على "اللعب" رمز لتحميل البرنامج النصي، انقر فوق "هل الكل" لتصدير القيم كفاف.
       ملاحظة: للحصول على كل كفاف الفردية / الدولة، والبرمجيات تصدر تلقائيا القيم في ملفات "ASCII" تحت عنوان "major_strain_statenبني مصفر '،' minor_strain_statenumber '، و' temperature_statenumber "، على التوالي.
   13. حفظ جميع الملفات التي تم تصديرها إلى كمبيوتر سحابة. تشغيل "معانقة نموذج التنبؤ" (أي، سحابة كود وحدة) جنبا إلى جنب مع جميع الملفات التي تم تصديرها في الكمبيوتر السحابية.
   14. التنبؤ بداية معانقة من خلال استخدام تشكيل الحد نموذج التنبؤ في الكمبيوتر السحابية.
       ملاحظة: هذا النموذج ¹¹ يعطي المستخدمين خيار لتشغيل نموذج التنبؤ على عنصر فردي أو جميع عناصر فارغة.
   15. المدخلات يدويا تفاصيل المحاكاة / المعلمات في "معانقة نموذج التنبؤ. إدخال عدد من الدول في محاكاة (ولاية 11) والسكتة الدماغية الإجمالية للعملية ختم (157 ملم)، وختم السرعة (250 ملم / ثانية)، ومجموعة سلالة من الفائدة (معيار اختيار العنصر، على سبيل المثال، سلالة> 0.2) و جميع العناصر.
       ملاحظة: سترافي نطاق يحد من العناصر التي معانقة قد يتحقق من خلال وضع معيار العنصر، على سبيل المثال، يتم اختيار فقط العناصر مع سلالة الرئيسي الأخير أكبر من 0.2 لمزيد من التقييم في وحدة.
   16. بعد الانتهاء من حساب وحدة في جهاز الكمبيوتر سحابة، تلقائيا حفظ كافة البيانات (معانقة النتائج التنبؤ) إلى ملفات "ASCII" منسق.
   17. تحميل الدولة النهائية للنتائج المحاكاة FE. تحت علامة التبويب "ملامح"، انقر على 'مستوردة' ثم 'القيم العددية. حدد الملف "ASCII" تم الحصول عليها من الخطوة أعلاه. عرض النتائج معانقة التنبؤ في برامج المحاكاة FE.
2. KBC-FE دراسة حالة محاكاة 2: أداة التنبؤ الحياة في ظل ظروف التحميل متعددة دورة
   1. إنشاء وتسمية مشروع محاكاة الجديد في برامج المحاكاة FE. حدد بروكوفاق سطيف باسم 'ستاندرد ختم' ونوع حلالا باسم "حزب الأصالة والمعاصرة، AutoStamp" عند حفظ المشروع.
   2. استيراد الهندسة يموت عن طريق النقر على 'استيراد أدوات CAD' ثم 'استيراد ونقل "يموت U- شكل" IGS "ملف الهندسة في FE برامج المحاكاة واجهة رسومية. حدد استراتيجية "التحقق" لتشابك من الأدوات. اسم الكائن المستوردة باسم 'الموت'.
   3. كرر الخطوة 3.2.2 لاستيراد الكائنات من لكمة وBlankholder، على التوالي.
   4. انقر على 'فارغ' ضمن علامة التبويب "مجموعة المتابعة. "اضافة فارغة" في "محرر فارغ"، تعيين 'ر objec جديد "على أنه" فارغ "، ثم حدد نوع باسم' سطح فارغ". اختر 'أربعة البوياليلة 'لنوع تعريف وتعيين حجم فارغ إلى 120 × 80 مم ^2. تعريف "صقل" على أنه "مستوى فرضت ': المستوى 1 تحت" خيارات شبكة'. إيقاف "الربط التلقائي" وتعيين "حجم شبكة 'إلى 1.5 مم.
   5. تحديد خصائص المواد في "محرر فارغ". انقر على "تحميل لمادة" تحت علامة التبويب "المواد". حدد "AA5754-H111" (الوحدة: مم · كجم · مللي · C) المواد وخصائص المواد. مجموعة 'الاتجاه المتداول' إلى 'س = 1 ". مجموعة 'سمك فارغ "إلى 1.5 مم.
   6. انقر على "عملية" تحت علامة التبويب "مجموعة المتابعة" وحدد رمز '+' لتحميل ماكرو جديد. تصفح ل' ختم الجدوى "وحدد" SingleActioin_GPa.ksa ". في مربع الحوار "تخصيص"، وتفعيل فارغة، ويموت، لكمة، وBlankholder. تحت عنوان "مراحل"، وتفعيل الجاذبية، القابضة، وختم.
   7. تعيين كافة "المعلمات" في محاكاة لتتوافق مع الإعداد التجربة الفعلية (قوات عقد فارغ = 5، 20، 50 كيلو نيوتن، على التوالي، وتشكيل السرعة = 250 ملم / ثانية، معامل الاحتكاك = 0.17).
   8. 'تحقق' محاكاة مجموعة المتابعة والتأكد من عدم وجود أخطاء في الإعدادات أعلاه.
   9. انقر على أيقونة "الحساب" وبدء "الحساب" لU- شكل 11 دولة الانحناء المحاكاة في الكمبيوتر المضيف.
   10. بعد الانتهاء من المحاكاة والتصدير "تنسيق" البيانات والبيانات 'الضغط الاتصال "تلقائيا لقطعة العمل وأدوات (لكمة، ويموت وحامل فارغة) كملفات "ASCII" (وفقا للخطوات 3.1.11 و3.1.12).
   11. حفظ جميع الملفات التي تم تصديرها إلى كمبيوتر سحابة. تشغيل "أداة وحدة التنبؤ الحياة جنبا إلى جنب مع جميع الملفات التي تم تصديرها في الكمبيوتر السحابية.
   12. يدويا إدخال تشكيل المعلمات في 'أداة وحدة التنبؤ الحياة ". إدخال المعلمات التالية: عدد من الدول (ولاية 11) والسكتة الدماغية الإجمالية (70 ملم)، وختم السرعة (250 ملم / ثانية) ومعامل الاحتكاك الأولي (0.17).
   13. حدد أداة (لكمة، ويموت، أو حامل فارغة)، ثم قم بتشغيل حساب لعنصر واحد أو جميع العناصر.
   14. بعد الانتهاء من حساب وحدة في جهاز الكمبيوتر سحابة، تلقائيا حفظ كافة البيانات (بما في ذلك لحظية سمك الطلاء المتبقية ومعامل الاحتكاك) إلى ملفات "ASCII" منسق.
   15. تحميل وعرض سمك الطلاء المتبقية وfrictiعلى معامل للعناصر ذات الصلة في برنامج محاكاة FE (كما في الخطوة 3.1.17).

النتائج

KBC-FE محاكاة لالمعانقة التنبؤ

في عملية ختم الساخنة، فإن استخدام فارغة الأمثل شكل إنقاذ ليس فقط التكلفة المادية ولكن أيضا يساعد على الحد من وجود عيوب، مثل معانقة، وتكسير، والتجاعيد. شكل فارغ الأولي يؤثر على تدفق المواد بشكل ملحوظ خلال تشكيل، وبالتالي تصميم معقول من شكل فارغ أمر بالغ الأهمية لنجاح عملية ختم الساخنة وجودة المنتجات النهائية. للحد من جهود من التجارب التجربة والخطأ لتحديد هندسة فارغة المثلى، وقد أثبتت KBC-FE محاكاة لتكون وسيلة فعالة للغاية وفعالة للتقليل من المناطق مع معانقة. باستخدام هذه التقنية، كل محاكاة يأخذ حوالي 2 ساعة، في حين اكتمال مواز حساب وحدة سحابة لمعانقة التنبؤ في غضون 4 ساعات.

ن الصفحات = "1"> ويبين الشكل 4 تطور شكل فارغة المستخدمة في ختم الساخنة، ومثال على العنصر الداخلي باب السيارات. شكل فارغ الأولي، اعتمدت من عملية ختم الباردة التقليدية، وقد استخدم لأول مرة في محاكاة KBC-FE. النتائج التجريبية في الشكل 4 (أ) تبين أن فشل كبير (تكسير أو المعانقة) المناطق مرئية بعد ختم الساخنة. بعد تكرار واحد من الشكل الأمثل فارغة، يمكن أن ينظر إليه في الشكل 4 (ب) أن يتم تشكيل لجنة تقريبا ناجحة تماما مع أقل بكثير معانقة، مقارنة باستخدام شكل فارغ الأولي. يمكن أن ينظر إليه أنه لا يزال هناك مؤشرا على معانقة في جيوب في أعلى اليمين واليسار زوايا اللوحة. بعد مزيد من التحسين في الشكل 4 (ج)، تم الحصول على شكل فارغ الأمثل أخيرا من دون معانقة واضحة على لوحة. تم التحقق من شكل فارغ الأمثل يحدده محاكاة KBC-FE تجريبيا من خلال ختم الساخنةأجرت تجارب على خط إنتاج مؤتمتة بالكامل عرضت من قبل الشركة المصنعة نظام الإنتاج.

KBC-FE محاكاة للتنبؤ أداة الحياة

يتم تنفيذ المحاكاة FE التقليدية لعمليات تشكيل المعادن لدورة واحدة. ومع ذلك، في بيئة الإنتاج، يتم تنفيذ عدة دورات تتشكل على أداة معينة، حيث وجدت أن زيادة عدد دورات تشكيل نتائج في زيادة التباين بين مكونات تشكيلها. هذا الاختلاف أثناء متعددة دورة أداة التحميل هو نتيجة لتغيير تضاريس السطح. على سبيل المثال، سوف تحميل متعددة دورة تشكيل الأدوات مع الطلاء وظيفية تؤدي إلى انخفاض سمك الطلاء المناسب لارتداء. وعلاوة على ذلك، كما ستتأثر انهيار للطلاء من خلال تشكيل المعلمات، مثل تحميل / الضغط، وتشكيل بسرعة، وما إلى ذلك تقنية KBC-FE تمكنمحاكاة من الصفائح المعدنية العمليات تحت ظروف التحميل متعددة دورة تشكيل، وهو أمر ضروري للتنبؤ الحياة في خدمة تشكيل الأدوات مع الطلاء وظيفية متقدمة.

للتحقيق في الآثار المترتبة على قوة القابضة فارغة على الحياة أداة والقيم القوة عقد فارغة من 5، 20، و 50 كيلو نيوتن تم فحص لسرعة تشكيل ثابتة من 250 ملم / ثانية. ويبين الشكل 5 توزيع سمك أداة طلاء المتبقية مع مختلف القوى عقد فارغة بعد 300 دورات تشكيل. فإنه يشير بوضوح إلى أن سمك الطلاء المتبقية يتناقص مع زيادة في القوة عقد فارغة.

ويبين الشكل 6 توزيع سمك الضغط وطلاء المتبقية مع قوات إجراء فارغة من 5، 20، و 50 كيلو نيوتن، على التوالي، على طول المسافة انحنائي من يموت بعد 300 دورات تشكيل. منذ المنطقة AB يمثل الأنف والحنجرة يموت، كانت المنطقة رانس أثناء عملية الانحناء U- شكل الضغط وبعد ارتداء النسبية في هذه المنطقة أعلى بكثير من مناطق أخرى من يموت. وبالتالي، فإن ارتداء الطلاء حدث بشكل رئيسي في هذا المجال. هناك نوعان من القيم الذروة للحد من سمك الطلاء على 20 كيلو نيوتن و 50 كيلو نيوتن التي تتوافق مع قمم اثنين تحت ضغط. وفي الوقت نفسه، يقلل من سمك الطلاء المتبقية مع زيادة القوة عقد فارغة. أقل سمك المتبقية طلاء مع قوات إجراء فارغة من 5، 20، و 50 كيلو نيوتن، كان 0.905، 0.570، 0.403 ميكرون و، على التوالي، حيث كان سمك الطلاء الأولي 2.1 ميكرون.

الشكل 1: مقارنة بين سلالات حد التجريبية وتوقع تشكيل عند درجات حرارة مختلفة. تزيد من سلالات حد تشكيل مع ارتفاع درجة الحرارة، وبسرعة ثابتة من 250 مم/ ثانية، أو مكافئ، وهو معدل سلالة من 6.26 ق ^-1. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: الرسم البياني التخطيطي للمعرفة القائمة على السحابة FE محاكاة لعملية تشكيل الصفائح المعدنية. التجاري برامج المحاكاة FE، ويستخدم لتشغيل المحاكاة وتصدير النتائج المطلوبة للوحدات الفردية. الوحدات، على سبيل المثال، القابليه للتشكيل، ونقل الحرارة، وتشكيل ما بعد قوة (المجهرية)، والتنبؤ الحياة أداة، أداة تصميم، وما إلى ذلك، والعمل في وقت واحد وبشكل مستقل في سحابة، وبالتالي تمكين التكامل قطع المعرفة حافة من مصادر متعددة في محاكاة FE . يرجى CLإك هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3): هندسة قطعة العمل وأدوات لU- شكل الانحناء المحاكاة. الأدوات، أي، لكمة، حامل فارغة ويموت، وعلى غرار باستخدام عناصر جامدة. وتستخدم عناصر قذيفة لعمل قطعة عناصر (فارغة). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: تطور شكل فارغ لختم الساخنة على لوحة داخل باب (عرض في محاكاة FE). اليسار: الأرقام في إطارات خضراء تمثل الأشكال الفارغة في كل مرحلة التحسين، ومنها باللون الأحمرإطارات تتوافق مع شكل فارغ قبل الأمثل لها. الحق: معانقة النتائج التنبؤ في كل مرحلة الأمثل. (أ) النتائج الأولية مع فشل كبير (تكسير / معانقة هو مبين في اللون الأحمر)، (ب) انخفاض فشل مع بعض معانقة بعد المرحلة الأولى من التحسين، و(ج) النهائي الأمثل شكل فارغة مع عدم وجود معانقة مرئية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: توزيع سمك الطلاء المتبقية (عرض في محاكاة FE) مع قوات إجراء فارغة من: (أ) 5 كيلو نيوتن، (ب) 20 كيلو نيوتن، و (ج) 50 كيلو نيوتن، بعد 300 تشكيل دورات في سرعة ختم ثابتة من 250 ملم / ثانية. من فضلكانقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: التنبؤ الضغط الاتصال وتبقى سمك الطلاء مع قوات إجراء فارغة من: (أ) 5 كيلو نيوتن، (ب) 20 كيلو نيوتن، و (ج) 50 كيلو نيوتن، وعلى طول المسافة انحنائي من يموت بسرعة ختم ثابتة من 250 ملم / ثانية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

تمكن تقنية المحاكاة KBC-FE محاكاة متقدمة لإجراء خارج الموقع استخدام وحدات مخصصة. فإنه يمكن تشغيل وحدات وظيفية على البيئة السحابية، التي تصل حتى العقد من مختلف التخصصات، لضمان إجراء محاكاة عملية بأكبر قدر ممكن. قد تنطوي على جوانب حاسمة في محاكاة KBC-FE استقلالية رموز FE، كفاءة الحساب، ودقة وحدات وظيفية. ان تحقيق كل وظيفة متقدمة في وحدة نمطية تعتمد على تطوير نموذج جديد و / أو تقنية تجريبية رواية. على سبيل المثال، وضعت استنادا إلى وحدة الحد تتشكل على توحيد تشكيل الحد نموذج جديد للتنبؤ ^11، وقد تم حاليا وضع أداة الاحتكاك وحدة التنبؤ الحياة من خلال تنفيذ نموذج الاحتكاك التفاعلي ^20. كما يوفر تقنية المحاكاة KBC-FE وظيفة حساب انتقائية، أي فقط العناصر الوفاء اختيارويتم اختيار معايير لمزيد من التقييم في الوحدات الفردية. على سبيل المثال، وحدة أداة التنبؤ الحياة تلقائيا بتحديد العناصر التي لطلاء الصلب يميل إلى انهيار، من خلال ترتيب معدل التآكل من جميع العناصر في 1 تشكيل دورة، وسيتم اختيار وبالتالي عادة ما تكون أقل من 1٪ من العناصر لمزيد من التقييمات الحياة أداة تحت ظروف التحميل متعددة دورة. في هذا البحث، والتنبؤ الحياة أداة بعد 300 دورات تشكيل يمكن أن تكتمل في غضون 5 دقائق.

من خلال إجراء الاختبارات ذات الصلة ومعايرة وفقا لذلك، يمكن تطبيق نموذج حد تشكيل لتشكيل المحاكاة العملية لتحديد بالتالي المعلمات المثلى لإنتاج عنصر من هذه السبائك بنجاح، ودون أي حوادث معانقة. تم تطوير نموذج حد التنبؤ تشكيل وحدة نمطية السحابة التي كانت مستقلة عن البرنامج FE يجري استخدامها، ويمكن تطبيقها على أي برنامج FE لتقييم القابليه للتشكيل من مادة خلالتشكيل، دون الوظائف الفرعية المعقدة ^17. عن طريق استيراد البيانات ذات الصلة في هذا النموذج، يمكن أن تقوم الحسابات لتحديد ما إذا كان يحدث الفشل، في مناطق المكون الذي يمكن للمستخدم تحديد، على توفير الموارد الحاسوبية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن مثل منحنيات الإجهاد والانفعال هي مدخلات البرنامج FE خلال جدول ننظر متابعة بسيطة، قد يكون من الصعب على تمثيل كامل للخصائص المواد في مختلف درجات الحرارة ومعدلات الضغط خلال المحاكاة.

في وحدة التنبؤ الحياة أداة، والسلوك الاحتكاك خلال تشكيل يمكن التنبؤ عن طريق استيراد البيانات تشوه التاريخ المطلوبة في وحدة الاحتكاك التحقق ^20، ثم استيراد نقاط البيانات المنفصلة وتحسب على أساس وحدة سحابة لكل عنصر مرة أخرى إلى البرنامج FE. وهذا يضمن أن وحدة الاحتكاك المتقدمة يمكن استخدامها من قبل جميع رموز FE، بغض النظر عن قدرتهم على إدراج المستخدم الوظائف الفرعية. بالإضافة إلى ذلك، وزارة الدفاعule يمكن بالتوازي لزيادة خفض الوقت اللازم للحساب. يفترض هذا النموذج الاحتكاك / ارتداء التفاعلية غياب الجسيمات ارتداء أثناء الأولي انزلاق، ونتيجة لذلك، قد يكون من المعقول أن نتوقع القيمة الأولية مستمرة من معامل الاحتكاك 0.17 ^20. على الرغم من أن هذا النموذج كشف تطور توزيع الاحتكاك، والسلوك الاحتكاك خلال عملية تشكيل معقد للغاية، وأنه من الصعب على الاندماج تماما في السلوك الاحتكاك معقدة من وحدة السحابة إلى محاكاة FE.

ونتيجة لتكنولوجيا المستقبل، فإن محاكاة KBC-FE تعتمد على تطوير الإنترنت متخصص وقوي حزم البرمجيات FE محاكاة أساس، وهو ما يتطلب نموذجا تجارة مربحة للغاية، ولكنها مختلفة تماما المزمع إنشاؤها من قبل مطوري البرمجيات. وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون مبنية داخل الأحزاب التعاونية لضمان أمن البيانات والسيطرة موثوقية النظام الصناعي شبكة داخلية مخصصة.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
AA6082-T6	AMAG		Material
AA5754-H111	AMAG		Material
1,000 kN high-speed press	ESH		Forming press
ARGUS	GOM		Optical forming analysis
PAM-STAMP 2015	ESI		FE simulation software
Matlab	MathWorks		Numerical calculation software
Gleeble 3800	DSI		Uniaxial tensile test
High Temperature Tribometer (THT)	Anton Paar		Friction property test
NewViewTM 7100	ZYGO		Surface profilometer
Magnetron sputtering equipment			Coating deposition
Microhardness tester	Wolpert Wilson Instruments
Nano-hardness indenter	MTS