La conoscenza basate su cloud FE Simulazione di stampaggio della lamiera Processi

Riepilogo

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.

Introduzione

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.

Protocollo

1. Sviluppo di un alta temperatura di formatura Limite previsione del modello

1. Il laser ha tagliato i campioni per le prove di formabilità delle lamiere AA6082 lega di alluminio (spessore 1,5 mm) nelle geometrie selezionate ^12.
2. Etch un modello di griglia, composta di 0,75 mm Diametro punti circolari con una spaziatura regolare di 1 mm, sulla superficie dei campioni utilizzando un metodo elettrolitico ^13.
3. applicare manualmente grasso di grafite come lubrificante sul lato non inciso.
4. Montare il dispositivo di prova cupola in una pressa idraulica alto tasso di ^12. Utilizzare un idraulico macchina di prova universale 250 kN.
5. Riscaldare il banco di prova della cupola ad una temperatura di prova e impostare il pugno a una velocità in movimento costante. Poi avviare il test.
   Nota: Le temperature di prova sono 300, 400, e 450 ° C rispettivamente. Le velocità di prova comprendono 75, 250 e 400 mm / s.
6. Interrompere il test alla prima occorrenza di formazione del collo.
   Nota: La stampa stroke (vale a dire, finale altezza del campione) è impostato in modo tale che collarino è appena osservato sul campione formate.
7. Misurare l'altezza provino finale utilizzando un misuratore di altezza, e calcolare le tensioni e velocità di deformazione massima (il tasso di variazione di tensione rispetto al tempo) utilizzando un 3D ottica formando sistema di analisi. Analizzare i cambiamenti nella spaziatura della griglia per calcolare i ceppi in ogni punto del campione formate.
8. Assicurarsi che il 3D ottica formando sistema di analisi comprende una fotocamera, il campione formate, e le barre di scala di taratura ^14.
   Nota: Il campione è posto al centro di un giradischi e chiuso con le barre di scala, e le loro posizioni relative vengono tenuti fissato per la durata dell'analisi.
9. Impostare la fotocamera ad una quota fissa (ad esempio, 50 cm) e angolo (ad esempio, 30, 50, o 70 °) al campione, e fotografare su una rotazione completa (360 °) del piatto rotante, con incrementi di 15 ° .
   Nota: Nella Preselavoro nt, tre serie di immagini sono state acquisite da più elevazioni telecamera e gli angoli al fine di mappare le tensioni su tutto il campione di ^15.
10. Caricare le immagini in la formazione software di analisi ottica 3D, e procedere per calcolare i ceppi. A tale scopo, cliccando sulla funzione 'ellissi calcolare e fascio', che rileva i punti di griglia, seguito cliccando la funzione 'punti 3D di calcolo e di rete' che si accumula la griglia.
    Nota: Calcolare i ceppi e visualizzarlo in modalità di valutazione.
11. Uscita le distribuzioni di deformazione per determinare le tensioni limite per ciascun campione sulla base di ISO 12004 ^16, e tracciare i diagrammi limite di formatura per diverse velocità di formatura e temperature di formatura.
12. Calibrare un modello di materiale per AA6082 a diverse temperature da 300 a 500 ° C e velocità di deformazione da 0,1 a 10 s ^-1.
    Nota: Il modello materiale e le sue costanti per AA6082sono dettagliate in riferimento ^17.
13. Implementare e unificare la funzione resa anisotropico Hosford ^18, Marciniak-Kuczynski (MK) teoria ¹⁹ e il modello di materiale nella fase 1.12 in un algoritmo di integrazione, in modo da formulare alla formazione del modello di previsione limite.
    Nota: Il modello è descritto in riferimento ^11.
14. Calibrare e verificare il modello sviluppato per il passo 1.13 utilizzando i risultati sperimentali ottenuti nel passo 1.11.
15. Prevedere i limiti che formano attraverso il modello verificato ¹¹ dal punto 1.14.
    Nota: la figura 1 mostra le previsioni del modello risultante a diverse temperature, ad una velocità di formatura di 250 mm / s, o equivalentemente, una velocità di deformazione di 6.26 s ^-1.

2. Sviluppo di un Interactive attrito / usura di modello

1. Eseguire test palla-on-disco per campioni (disco) rivestiti
   1. Preparare nitruro di titanio (TiN) rivestimenti su acciaio per cuscinettiDisco GCr15 con arco catodico e medie frequenze magnetron sputtering, con i parametri di deposizione di cui al riferimento ^20.
   2. Utilizzando un microscopio elettronico a scansione (SEM), di ottenere / sezione topografia superficiale del campione rivestito. Misurare lo spessore del rivestimento TiN attraverso le immagini SEM confrontando la topografia (luminosità e contrattuale) dei materiali di base e rivestimento.
      Nota: Le procedure sperimentali possono essere trovati in riferimento ^20.
   3. Utilizzare una superficie bianca inter-ferometric luce pro-filometer per ottenere la rugosità superficiale del campione. Posizionare il campione sotto la lente e regolare il microscopio di ottenere struttura superficiale chiaro. Illuminare il campione e regolare gli angoli di assi X e Y per osservare le strisce di interferenza chiare (che possono essere monitorati dallo schermo). Situato profondità lordo nel software e avviare la misurazione. automaticamente la scansione della superficie del campione e calcolare la rugosità superficiale.
   4. Valutare la forza aderente of il campione con un tester micro-zero. Applicare un carico crescente (massimo 50 N) e una distanza zero (al massimo 5 mm) sul rivestimento TiN. Determinare il carico causando fallimento critico del rivestimento ed ottenere le curve micro-graffio ^20.
   5. Valutare la durezza del campione utilizzando un penetratore durezza. Applicare un carico statico di 20 N sul campione per 15 s. Misurare la diagonale di impressione fatta dal penetratore, e quindi ottenere i valori di durezza del tester.
   6. Condurre test ball-su-disco su un tribometro in condizioni ambientali (temperatura 25 ° C, umidità 30%). Utilizzare un diametro di 6 mm WC-6 sfera% (micro-durezza 1.780 HV, resistenza all'abrasione 1,380 N / cm, modulo elastico 71 GPa) come controparte contro il disco rivestito. Regolare la velocità di scorrimento relativo a 5 mm / s. Applicare un carico normale di 200 N. Avviare i valori del motore e registrare attrito con il tribometro. Interruzione del test a 180 s, 350 s, 400 s, e 450 s, rispettivamente di analisi della traccia di usura usando un Omicroscopio ptical ^20.
   7. Misurare la topografia della superficie usurata con una luce bianca profilometro superficie interferometrico dopo la prova.
   8. Ripetere le prove (Passo 2.1.6) con diversi carichi normali (300 N, 400 N).
2. Determinare l'evoluzione del coefficiente di attrito fino alla rottura del rivestimento duro, caratterizzato da un forte aumento del coefficiente di attrito
   1. Tracciare l'evoluzione del coefficiente di attrito contro il tempo dopo la registrazione dei valori di attrito nel passaggio 2.1.6.
      Nota: L'evoluzione del coefficiente di attrito è presentato in riferimento ^20.
   2. Valutare l'evoluzione del coefficiente di attrito in termini di comportamento usura e dei meccanismi associati.
      Nota: L'evoluzione di attrito è caratterizzata in tre diverse fasi: (i) di scena a basso attrito, (ii) aratura fase di attrito, e (iii) della fase ripartizione rivestimento ^20,21.
   3. Valutare lo stato di usura states a 180 s interrompendo manualmente il test, e quindi analizzare la traccia di usura usando un microscopio ottico.
      Nota: Questo passaggio è quello di indagare i detriti di usura per la fase di basso attrito come descritto al punto 2.2.2.
   4. Ripetere il punto 2.2.3 a 350 s, 400 s, e 450 s, rispettivamente.
3. Sviluppare il modello di attrito interattivo
   1. Caratterizzare la μ complessiva coefficiente di attrito combinando iniziale di attrito _μ α con l'attrito aratura particelle hardware μ _Pc (come mostrato in Eq. (1)) ^20.
      (1)
   2. Combinare l'attrito arare tra la sfera e substrato (μ _Ps) con lo spessore del rivestimento istantanea (h) per modellare la ripartizione rivestimento indotta forte aumento dell'attrito arare μ _Pc (Eq. (2)).
      Nota: In questo caso, μ _Pc uguale μ _Ps quando lo spessore del rivestimento rimanente è zero (che indica la rottura completa del rivestimento duro).
      
      (2)
      dove λ ₁ e λ ₂ sono parametri del modello introdotti per rappresentare il significato fisico del processo di usura. λ ₁ descrive l'influenza di grandi particelle di usura intrappolate, e λ ₂ rappresenta l'intensità dell'effetto dell'attrito aratura, che è caratterizzato dalla pendenza del coefficiente di attrito.
   3. Utilizzare un algoritmo di integrazione basata sul tempo per ottenere l'evoluzione dello spessore del rivestimento rimanente e modellare l'usura accumulata in condizioni di contatto variabili. Aggiornare lo spessore del rivestimento in ogni ciclo di calcolo dall'eq. (3).
      
      (3)
      dove h ₀ è lo spessore del rivestimento iniziale e il tasso di usura dipendente dal tempo del rivestimento.
   4. Modificare di Archard legge usura ²² (Eq. (4)) e la sua attuazione nel presente modello.
      
      (4)
      dove K è il coefficiente di usura, P è la pressione di contatto, v è la velocità di scorrimento, e H _c è la durezza combinata del rivestimento e il substrato.
   5. Utilizzare il modello di Korsunsky per calcolare la durezza combinato (Eq. (5)).
      
      (5)
      dove H _s è la durezza del substrato, α è il rapporto durezza compresa tra rivestimento e substrato e β è il coefficiente influenza dello spessore.
   6. Rappresentano il carico parametri dipendenti lambda ₁ e K dal potere lEquazioni aw.
      
      (6)
      (7)
      dove _κ λ1, _κ λ1 _K, Ν Ν e _K sono costanti del materiale legati all'evoluzione di attrito ^20.
   7. Montare il modello di attrito interattivo per i risultati sperimentali utilizzando un algoritmo di integrazione sviluppato in gruppo degli autori per determinare i parametri del modello.

3. Studi KBC-FE caso di simulazione

1. KBC-FE caso di simulazione di studio 1: la previsione del limite di formare in condizioni di stampa a caldo
   1. Creare e nominare un nuovo progetto di simulazione nel software di simulazione FE. Selezionare il processo come 'Stamp formatura a caldo' e il tipo di risolutore come 'PAM-AutoStamp' quandosalvare il progetto.
   2. Importare la matrice interna porta cliccando sul 'Importa strumenti CAD' e poi 'Import & transfe r' la porta interna file di geometria 'IGS' nell'interfaccia grafica software di simulazione FE. Selezionare la strategia di 'Hot formando' per meshing di strumenti. Nome l'oggetto importato come 'Die'.
   3. Ripetere il passaggio 3.1.2 e 'importazione' gli oggetti rispettivamente Punch e premilamiera,.
   4. Clicca su 'vuoto' nella scheda 'Set-up'. Fare clic su 'Aggiungi vuoto' nel 'editor di vuoto', e impostare il 'nuovo oggetto' come 'vuoto'. Quindi selezionare il tipo come 'Blank Surface'.
   5. Scegliere 'Outline' per il tipo di definizione e importare la forma del pezzo grezzo By cliccando su 'Importa da file CAD'. Definire 'raffinatezza' come 'livello imposto' e selezionare il livello 1 sotto 'Opzioni Mesh. Spegnere 'meshing automatico' e impostare 'Le dimensioni di maglia' a 4 mm.
   6. Definire le proprietà del materiale in 'editor di vuoto'. Clicca su 'Caricare un materiale' nella scheda 'materiale'. Selezionare il 'AA6082' (unità: mm · kg · ms · C) come materiale le proprietà del materiale. Impostare la 'direzione di laminazione' a 'x = 1'. Impostare il 'spessore Blank' a 2 mm, e il vuoto 'Temperatura iniziale' a 490 ° C.
      Nota: le proprietà dei materiali e modello di materiale sono descritti in riferimento ^17.
   7. Clicca su 'Processo 'sotto' 'scheda e selezionare il' Set-up icona + 'per caricare una nuova macro. Individuare ' Stamp Hotforming' e selezionare 'HF_Validation_DoubleAction_GPa.ksa'. Nella finestra di dialogo 'Personalizza', attivare il vuoto, Die, Punch, e premilamiera. Nella scheda 'Stage', attivare la gravità, Tenere, Stampaggio, e tempra.
   8. Impostare tutti i parametri negli oggetti attributi 'nella scheda' Set-up 'per corrispondere con l'impostazione sperimentale attuale (forza di tenuta vuoto = 50 kN, formando velocità = 250 mm / s, coefficiente di attrito = 0.1, il trasferimento di calore coefficienti ²³ come funzione del gap e contatto a pressione).
   9. Fai clic su 'Controlla' icona per controllare la simulazione di set-up e di garantire l'assenza di errori nelle impostazioni sopra elencate.
   10. Fare clic sull'icona 'calcolo' per avviare il SImulazione.
       Nota: il software registra 11 stati durante la simulazione in un computer host.
   11. Dopo il completamento della simulazione, osservare i risultati della simulazione nell'interfaccia grafica software di simulazione FE, e procedere per registrare un 'script' per un'azione esportare i valori di contorno, vale a dire, maggiore sforzo (membrana), deformazione minore (membrana), e la temperatura di tutti gli elementi in bianco, per uno stato simulazione specificata. Fare clic manualmente 'record' e dei valori di esportazione di contorno. Fare clic su 'stop' per interrompere la registrazione. Salvare lo script in modo da ripetere la stessa operazione per tutti i 11 stati simulazione.
   12. Fare clic su 'play' icona per caricare lo script, clicca su 'fare tutto' per esportare i valori di contorno.
       Nota: Per ogni singolo contorno / stato, il software esporta automaticamente i valori in file ASCII '' sotto 'major_strain_statenterra d'ombra ',' minor_strain_statenumber ', e' temperature_statenumber ', rispettivamente.
   13. Salvare tutti i file esportati in un computer cloud. Eseguire il 'collarino previsione del modello' (vale a dire, il cloud codice modulo) insieme a tutti i file esportati nella nuvola computer.
   14. Prevedere l'insorgenza di necking attraverso l'uso di formare limite modello di previsione della nuvola computer.
       Nota: Questo modello ¹¹ offre agli utenti la possibilità di eseguire il modello di previsione su un singolo elemento o tutti gli elementi del vuoto.
   15. Inserire manualmente i dettagli di simulazione / parametri del 'modello di previsione collarino'. Inserire il numero di stati nella simulazione (stato 11), corsa totale del processo di stampaggio (157 mm), stampaggio di velocità (250 mm / s), gamma ceppo di interesse (il criterio di selezione elemento, ad esempio, ceppo> 0.2) e tutti gli elementi.
       Nota: Il Stranella gamma limita gli elementi per i quali necking può avvenire impostando un criterio elemento, ad esempio, solo gli elementi con un grande sforzo finale superiore a 0,2 sono selezionati per ulteriore valutazione nel modulo.
   16. Dopo aver completato il calcolo del modulo nel cloud computer, salvare automaticamente tutti i dati (necking risultati di previsione) in file in formato ASCII ''.
   17. Caricare lo stato finale dei risultati della simulazione FE. Nella scheda 'contorni', clicca su 'importato' e poi 'valori scalari. Selezionare il file 'ASCII' ottenuto dal passaggio precedente. Visualizzare i risultati necking previsione del software di simulazione FE.
2. KBC-FE caso di simulazione di studio 2: strumento di previsione di vita in condizioni di carico multi-ciclo
   1. Creare e nominare un nuovo progetto di simulazione nel software di simulazione FE. Selezionare il process come 'timbratura Standard' e il tipo di risolutore come 'PAM-AutoStamp' quando si salva il progetto.
   2. Importare la geometria die cliccando sul 'Importa strumenti CAD' e poi 'IGS' file di geometria in interfaccia grafica software di simulazione FE 'importazione e il trasferimento' il dado ferro di cavallo. Selezionare la strategia di 'convalida' per meshing di strumenti. Nome l'oggetto importato come 'Die'.
   3. Ripetere il punto 3.2.2 per importare gli oggetti di Punch e premilamiera, rispettivamente.
   4. Clicca su 'vuoto' nella scheda 'Set-up'. 'Aggiungi vuoto' nel 'editor di vuoto', impostare il 'obiet t Nuovo' come 'vuoto', e quindi selezionare il tipo come 'superficie vuota'. Scegli "Quattro POInti 'per il tipo di definizione e impostare la dimensione vuoto a 120 × 80 mm ^2. Definire 'raffinatezza' come 'livello imposto': livello 1 alla voce 'opzioni Mesh'. Spegnere 'meshing automatico' e impostare 'Le dimensioni di maglia' a 1,5 mm.
   5. Definire le proprietà del materiale in 'editor di vuoto'. Clicca su 'Carica un materiale' nella scheda 'materiale'. Selezionare il 'AA5754-H111' (unità: mm · kg · ms · C) come materiale le proprietà del materiale. Impostare la 'direzione di laminazione' a 'x = 1'. Impostare il 'spessore Blank' a 1,5 mm.
   6. Clicca su 'Processo' nella scheda 'Set-up' e selezionare l'icona '+' per caricare una nuova macro. individuare' Stamp fattibilità' e selezionare 'SingleActioin_GPa.ksa'. Nella finestra di dialogo 'Personalizza', attivare il vuoto, Die, Punch, e premilamiera. Sotto 'Stages', attivano gravità, Tenere, e timbratura.
   7. Impostare tutti i 'parametri' nella simulazione di corrispondere con la configurazione attuale esperimento (forze bianco Tenuta = 5, 20, 50 kN rispettivamente, formando velocità = 250 mm / s, coefficiente di attrito = 0,17).
   8. 'Controlla' il set-up di simulazione e di garantire l'assenza di errori nelle impostazioni sopra elencate.
   9. Fare clic sull'icona 'calcolo' e avviare il 'calcolo' per una forma di U 11-stato di flessione simulazione in un computer host.
   10. Dopo il completamento della simulazione, l'esportazione 'coordinare' di dati e dati di 'pressione di contatto' automaticamente per il pezzo da lavorare estrumenti (pugno, muoiono e premilamiera) sotto forma di file ASCII '' (come da Procedura 3.1.11 e 3.1.12).
   11. Salvare tutti i file esportati in un computer cloud. Eseguire il 'modulo di previsione vita utensile' insieme a tutti i file esportati nella nuvola computer.
   12. Inserire manualmente formando parametri nel 'modulo previsione vita utensile'. Ingresso i seguenti parametri: numero di stati (stato di 11), ictus totale (70 mm), stampaggio di velocità (250 mm / sec) e il coefficiente di attrito iniziale (0,17).
   13. Selezionate lo strumento (pugno, morire, o un supporto vuoto), e quindi avviare il calcolo per un singolo elemento o tutti gli elementi.
   14. Dopo il completamento del calcolo modulo nel cloud computer, salvare automaticamente tutti i dati (compresi istantanea restante spessore del rivestimento e il coefficiente di attrito) in file formattati 'ASCII.
   15. Caricare e visualizzare lo spessore del rivestimento rimanente e frictiil coefficiente per gli elementi rilevanti del software di simulazione FE (come da punto 3.1.17).

Risultati

KBC-FE simulazione per Necking previsione

In un processo di stampaggio a caldo, l'uso di uno sbozzato di forma ottimizzata non solo di risparmiare il costo materiale ma anche contribuire a ridurre la presenza di difetti quali strizione, cracking, e rughe. La forma del pezzo grezzo iniziale influisce sul flusso di materiale notevolmente durante la formatura, e quindi un disegno sensibile della forma del pezzo grezzo è fondamentale per il successo del processo di stampaggio a caldo e la qualità dei prodotti finali. Per ridurre gli sforzi di esperimenti per tentativi ed errori per determinare la geometria vuoto ottimale, la simulazione KBC-FE è stato dimostrato di essere un metodo altamente efficiente ed efficace per ridurre al minimo le zone con collarino. Utilizzando questa tecnica, ogni simulazione richiede circa 2 ore, mentre il parallelo di calcolo del modulo di cloud per la previsione necking è completata entro 4 ore.

Figura 4 mostra l'evoluzione della forma del pezzo grezzo utilizzato nella stampa a caldo, un esempio di componente interno porta automobilistico. La forma vuoto iniziale, adottata da un processo di stampaggio a freddo convenzionale, è stata la prima nella simulazione KBC-FE. I risultati sperimentali in figura 4 (a), mostrano che gran fallimento (incrinatura o collarino) aree sono visibili dopo la stampa a caldo. Dopo una iterazione dell'ottimizzazione forma del pezzo grezzo, che può essere visto in Figura 4 (b) che un gruppo quasi completamente successo è formata con molto meno necking, rispetto all'utilizzo forma vuoto iniziale. Si può notare che c'è ancora un'indicazione necking at tasche in alto a destra e sinistra angoli del pannello. Dopo ulteriore ottimizzazione nella figura 4 (c), la forma del pezzo grezzo ottimizzato è stato finalmente ottenuto senza necking visibile sul pannello. La forma vuoto ottimizzata determinata dalla simulazione KBC-FE è stato verificato sperimentalmente attraverso la stampa a caldoprove condotte su una linea di produzione completamente automatizzata offerta da un produttore del sistema produttivo.

KBC-FE simulazione per la vita Strumento previsione

Convenzionali simulazioni FE di processi di formatura di metallo vengono eseguiti per un singolo ciclo. Tuttavia, in un ambiente di produzione, più cicli di formatura vengono eseguite su un determinato strumento, dove si è constatato che un aumento del numero di cicli di formatura comporta una maggiore differenza tra i componenti formati. Questa variazione durante multi-ciclo attrezzo caricatore è il risultato della modifica topografia superficiale. Ad esempio, il carico multi-ciclo di utensili con rivestimenti funzionali formando porterà ad una riduzione dello spessore del rivestimento a causa dell'usura. Inoltre, la composizione del rivestimento sarà influenzato anche formando parametri, quali il carico / pressione, formando velocità, etc. La tecnica KBC-FE consentesimulazione del foglio processi di formatura in condizioni di carico a cicli multipli di metallo, che è essenziale per l'in-service life previsione di utensili con rivestimenti funzionali avanzati formatura.

Per studiare gli effetti della forza di tenuta vuoto sulla durata dell'utensile, i valori di forza che tiene in bianco di 5, 20, e 50 kN sono stati esaminati per una velocità la formazione costante di 250 mm / s. La Figura 5 mostra la distribuzione dello spessore del rivestimento strumento restante con diverse forze azienda vuoto dopo 300 cicli di formatura. Essa indica chiaramente che lo spessore del rivestimento rimanente diminuisce con un aumento della forza di presa vuoto.

La figura 6 mostra la distribuzione di spessore pressione e rivestimento rimanente con forze azienda vuoto di 5, 20, e 50 kN rispettivamente, lungo la distanza curvilinea dello stampo dopo 300 cicli di formatura. Dal momento che la regione AB rappresenta il ent stamporegione rance durante il processo di piegatura ad U, la pressione e la distanza relativa usura in questa regione molto superiori rispetto ad altre regioni dello stampo. Di conseguenza, l'usura del rivestimento avvenuta soprattutto in questo settore. Ci sono due valori di picco di riduzione dello spessore del rivestimento a 20 kN e 50 kN, che corrispondono ai due picchi sotto pressione. Nel frattempo, lo spessore del rivestimento rimanente diminuisce con l'aumento della forza di tenuta vuoto. I più bassi spessori di rivestimento rimanente con le forze azienda vuoto di 5, 20, e 50 kN, sono stati 0.905, 0.570, e 0,403 micron, rispettivamente, in cui lo spessore del rivestimento iniziale era 2,1 micron.

Figura 1: Confronto tra ceppi limite sperimentali e formano predetto a diverse temperature. I ceppi limite formano aumentano all'aumentare della temperatura, ad una velocità costante di 250 mm/ s, o equivalentemente, una velocità di deformazione di 6.26 s ^-1. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Diagramma Schema di conoscenza basata nuvola FE simulazione di un processo di stampaggio della lamiera. Commerciale software di simulazione FE, viene utilizzato per eseguire la simulazione ed esportare i risultati richiesti per i singoli moduli. I moduli, per esempio, formabilità, il trasferimento di calore, resistenza post-formatura (microstruttura), previsione vita utensile, progettazione di utensili, ecc, lavorano contemporaneamente e in modo indipendente nella nuvola, e quindi permettendo l'integrazione di conoscenze all'avanguardia da più fonti in simulazioni FE . Si prega di click qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3: La geometria del pezzo e strumenti per la U-forma sagomata simulazione. Gli strumenti, cioè, punzone, premilamiera e muoiono, vengono modellati utilizzando elementi rigidi. elementi shell sono utilizzati per gli elementi del pezzo da lavorare (vuoto). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Evoluzione della forma in bianco per la stampa a caldo di un pannello interno della porta (visualizzato nella simulazione FE). Sinistra: Le cifre in cornici verdi rappresentano forme vuote in ogni fase di ottimizzazione, e quelli in rossotelai corrispondono alla forma vuota prima sua ottimizzazione. A destra: Necking risultati di previsione, in ogni fase di ottimizzazione. (A) I primi risultati con grande fallimento (rottura / collarino mostrati in colore rosso), (b) non sono ridotti con un po 'di formazione del collo dopo la prima fase di ottimizzazione, (c) finale forma del pezzo grezzo ottimizzato senza collarino visibile. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Il restante distribuzione di spessore del rivestimento (visualizzato in simulazione FE) con forze di bloccaggio in bianco di: (a) 5 kN, (b) 20 kN, e (c) 50 kN, dopo 300 formano cicli a una velocità stampaggio costante di 250 mm / s. per favoreclicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Previsione di pressione di contatto e rimanendo spessore del rivestimento con forze di bloccaggio in bianco di: (a) 5 kN, (b) 20 kN, e (c) 50 kN, lungo il percorso curvilineo della matrice ad una velocità stampaggio costante di 250 mm / s. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Discussione

La tecnica di simulazione KBC-FE permette simulazioni avanzate per essere condotte fuori del sito utilizzando i moduli dedicati. E 'possibile eseguire moduli funzionali in un ambiente cloud, che collegano i nodi da diverse specializzazioni, per garantire che le simulazioni di processo sono condotte nel modo più accurato possibile. Gli aspetti critici nella simulazione KBC-FE possono comportare indipendenza dei codici FE, efficienza del calcolo, e l'accuratezza dei moduli funzionali. La realizzazione di ogni funzione avanzata in un modulo potrebbe basarsi sullo sviluppo di un nuovo modello e / o una nuova tecnica sperimentale. Ad esempio, il modulo limite formando è sviluppato sulla base del nuovo unificato limite formando la previsione del modello ^11, e il modulo di predizione durata degli utensili di attrito è stato attualmente sviluppato dalla implementazione del modello di attrito interattivo ^20. La tecnica di simulazione KBC-FE offre anche la funzione di computazione selettiva, cioè solo gli elementi che soddisfano la selezionecriteri sono selezionati per ulteriore valutazione nei singoli moduli. Per esempio, il modulo utensile vita previsione seleziona automaticamente gli elementi per i quali il rivestimento duro tende a ripartizione, classificando il tasso di usura di tutti gli elementi del primo formando ciclo, quindi di norma meno dell'1% degli elementi saranno selezionati per ulteriore valutazioni durata dell'utensile in condizioni di carico multi-ciclo. Nella presente ricerca, la previsione durata dell'utensile dopo 300 cicli di formatura può essere completato entro 5 min.

Conducendo le prove pertinenti e calibrare di conseguenza, il modello di limite di formatura può essere applicato a formare simulazioni di processo per determinare di conseguenza i parametri ottimali per la produzione di un componente da tali leghe successo, e senza incidenza di strizione. Il modello di predizione limite formando stato sviluppato come modulo nuvola che era indipendente dal software FE essere utilizzato, e può essere applicato a qualsiasi software FE per valutare la formabilità di un materiale duranteformando, senza subroutine complicati ^17. Importando i dati rilevanti nel modello, i calcoli possono essere effettuati per determinare se si sarebbe verificato il fallimento, nelle regioni del componente che l'utente potrebbe specificare, risparmio di risorse computazionali. Tuttavia, va notato che le curve sforzo-deformazione sono immessi nel software FE mediante una semplice tabella di look-up, può essere difficile per rappresentare appieno le proprietà del materiale a varie temperature e velocità di deformazione durante la simulazione.

Nel modulo di predizione durata dell'utensile, il comportamento di attrito durante la formatura può essere previsto importando i dati della cronologia deformazione richiesti nel modulo di attrito verificato ^20, e quindi importando i punti dati discreti calcolati dal modulo cloud per ogni elemento nuovo nel software FE. Questo assicura che il modulo di attrito advanced può essere utilizzato da tutti i codici FE, indipendentemente dalla loro capacità di incorporare user-subroutines. Inoltre, il module potrebbe essere eseguito in parallelo per ridurre ulteriormente i tempi di calcolo. Il modello di attrito / usura interattivo assume l'assenza di particelle di usura durante iniziale scorrimento, e di conseguenza, sarebbe ragionevole aspettarsi un valore iniziale del coefficiente di attrito costante 0,17 ^20. Anche se questo modello ha rivelato l'evoluzione della distribuzione attrito, il comportamento di attrito durante un processo di formatura è molto complicato, ed è difficile integrare completamente il comportamento attrito complesso dal modulo nuvola nella simulazione FE.

Come tecnologia del futuro, la simulazione KBC-FE si baserà sullo sviluppo di pacchetti software di simulazione FE basati su Internet dedicato e robusto, che richiederebbe un modello di business molto redditizio, ma completamente diverso da stabilirsi da parte degli sviluppatori di software. Inoltre, una rete interna dedicata deve essere costruita all'interno delle parti di collaborazione per garantire la sicurezza dei dati e l'affidabilità del controllo del sistema industriale.

Materiali

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