МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
НАО «КАРАГАНДИНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет: МиМ
Специальность: ТОМД Группа: ТОМД -17к-1
Пояснительная записка к курсовой работе
По дисциплине: Математическое моделирование оборудования и процессов прокатки и волочения
Тема:
Руководитель работы:
ст. пр., доктор PHD: Панин Е.А
Темиртау, 2020
Министерство образования и науки Республики Казахстан
НАО «Карагандинский индустриальный университет»
«УТВЕРЖДАЮ»
Факультет_____МиМ_______ Зав. кафедрой_____________
Кафедра_____ОМД__________ «____»_______________2020г.
КУРСОВОЕ ЗАДАНИЕ
Студенту____Смайлова У.Т.. ____________________Группы___ТОМД-17к-1
1. Тема: Построить модель прокатки квадратной стали в последнем проходе. Построить график усилия при прокатке и показать распределение температуры и деформации
2. Исходные данные: согласно утвержденным вариантам исходных данных ___________________________________________________
3. Содержание расчетно-пояснительной записки _____23 стр. _______
Перечень подлежащих разработке вопросов
1) Введение; 2) Общие сведения о компьютерном моделировании; 3) Исходные данные; 4) Создание геометрии модели; 5) Создание модели для расчета; 6) Результаты расчета модели; 7) Заключение
4. Перечень графического материала__-__________________
С точным указанием обязательных чертежей
5. Срок сдачи проекта руководителю____10.12,2020._____________________
6. Дата выдачи задания____________________________________
7. Руководитель проекта _____________________Панин Е.А.______________
8. Задание принял к исполнению________________________________
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ОМД
1.1 Сведения о программе DEFORM 3D
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
3. СОЗДАНИЕ ГЕОМЕТРИИ ЗАГОТОВКИ И ИНСТРУМЕНТА
4. СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА
5. РЕЗУЛЬТАТ РАСЧЕТА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы все больше внимания уделяется моделированию различных технологических процессов, в том числе и процессов обработки металлов давлением (ОМД), для их реализации в производственных условиях. компьютерный моделирование давление заготовка
Разработка новых технологий, запуск нового оборудования, освоение новых видов продукции в производстве являются трудоемкими и затратными процедурами [1]. Моделирование же позволяет решать основную задачу промышленного производства - получение максимальной прибыли при минимальных затратах. При этом исследования и эксперименты в реальном производстве имеют следующие недостатки:
1) большие энергозатраты и риск получения некачественной продукции;
2) невозможность или высокая стоимость изменения параметров процесса в широких диапазонах;
3) вероятность аварии и поломки оборудования и др.
Поэтому внедрение процессов ОМД для получения новых видов продукции или же вообще новых видов деформационной обработки немыслимо без применения различных методов моделирования.
В связи с этим становится выгодно провести сначала эксперименты виртуально или в меньших масштабах и найти приемлемые границы изменения параметров или выйти на область параметров, которая бы приводила к достижению наилучшего соотношения затрат на исследования и полученной от внедрения прибыли.
Так же стоит отметить что немаловажным требованием к программному обеспечению для моделирования процессов ОМД является простота пользовательского интерфейса. Моделирование уже на протяжении 25 лет широко используется в различных научно исследовательских институтах и университетах во время научных исследований. Поэтому такие понятия, как размер элемента условия сходимости, граничные условия и т.д. исследователям знакомы и понятны.
Моделирование находи все более широкое применение не только в сфере образования, но и на предприятиях.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ОМД
Моделированием, как правило, называется представление объекта в некоторой форме, отличной от его реальных параметров [2]. Применение моделирования позволяет понять, как устроен реальный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром, научиться управлять объектом (или процессом), определять оптимальные способы управления им при заданных целях и критериях, а также прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.
В процессе моделирования модель может быть представлена как копия объекта, выполненная из другого материала, в другом масштабе или с отсутствием некоторых деталей, а также выражена в абстрактной форме (математическая модель). Математическая модель выражает существенные черты объекта или процесса языком уравнений и других математических средств.
Для математического моделирования процесса штамповки изделий сложной формы необходимо учитывать его основные особенности:
-нестационарность поля скоростей течения металла на протяжении всего процесса (от начала деформирования исходной заготовки до получения готового изделия);
-нестационарность температурного поля;
-переменный характер кинематических, силовых и температурных граничных условий для краевых задач определения соответствующих величин.
Необходимо также учитывать максимально полный перечень факторов, определяющих получение регламентированной структуры и точность прогнозирования нсразрушаемости заготовки в заданных деформационных условиях.
Успехи в развитии численных методов и наличие современной вычислительной техники дают возможность строить математические модели, которые позволяют на основе оптимально выбранной совокупности экспериментальных данных достаточно полно описать процессы формоизменения, протекающие при штамповке.
Величины, характеризующие процесс, рассчитываются постадийно, с учетом совокупности условий, переходящих от стадии к стадии.
Каждая из них характеризуется совокупностью своих кинематических, динамических и температурных граничных условий. Конечные значения ряда величин (например: температуры, накопленной степени деформации сдвига), полученные на каждой стадии, используются как начальные при расчете процесса на следующей стадии.
Методика расчета процессов внутри каждой стадии, согласно работе, включает:
-отображение области течения на каноническую область с использованием аппарата теории аналитических функций;
-решение температурной задачи, построение полей скоростей и скоростей деформаций, вычисление распределения накопленной степени деформации в канонической области;
-перенос и фиксирование результатов решения в исходной области.
Для определения конфигурации области пластического течения на разных стадиях процесса предложена достаточно простая экспериментальная методика. Разработанные в настоящее время математические модели включают конформное отображение области формоизменения, которое осуществляется с помощью метода конечных элементов [2]. Температурная задача решается локально-одномерной схемой с возможностью точечного задания типа граничного условия Модули построения поля скоростей в канонической области реализованы на базе метода конечных элементов и обеспечивают возможность работы как со сжимаемыми, так и несжимаемыми средами. Предусмотрен обширный набор модулей, облегчающих подготовку исходных данных и обеспечивающих удобство и наглядность представления выходных данных расчета по модели.
В настоящее время для моделирования различных процессов обработки давлением широко применяются математические модели, основанные на методах конечных и граничных элементов, в которых учитываются нелинейности (нелинейные свойства материала и граничные условия).
Основы математического моделирования методом конечных элементов процессов обработки металлов давлением с использованием теории течения были заложены профессором Г.Я. Гуном и его сотрудниками в работах, выполненных в 70-80 годах в МИСиС Эти работы стали основой для разработки компьютерных программ моделирования.
За последние десять лет программы для моделирования претерпели качественные изменения. В середине 90-х годов точность результатов, получаемых конечно-элементным моделированием процессов течения металла при холодной и горячей объемной штамповке, достигла уровня, приемлемого для начата их промышленного применения В настоящее время конечно-элементные программы моделирования процессов объемной штамповки стали повседневным инструментом для оптимизации серийных и разработки новых технологий |4].
Основные требования, предъявляемые к современным программам моделирования процессов объемной штамповки, которые обеспечивают повышение выхода годного при штамповке и коэффициента использования материала, экономию электроэнергии и времени на разработку и оптимизацию технологии, можно сформулировать следующим образом:
-максимальная автоматизация процессов моделирования для оперативного решения технологических проблем, возникающих в производстве;
-графический интерфейс программы должен быть доступен и понятен пользователю любого уровня компетенции;
-минимальное влияние человеческого фактора на точность получаемых результатов;
-самые сложные конфигурации технологических инструментов должны легко импортироваться из большинства CAD систем.
Компьютерное моделирование позволяет проводить анализ технологического процесса штамповки на этапе се разработки и вносить необходимые корректировки для достижения требуемого качества заготовок. Моделирование помогает определить оптимальную предварительную форму поковки при многопереходной технологии с целью минимизации усилий и повышения стойкости штампов, оптимизировать количество переходов.
Адаптация программ компьютерного моделирования процессов обработки давлением к серийному производству позволяет посредством предварительного моделирования технологической цепочки определить, на каком оборудовании необходимо изготовлять заготовку, се оптимальную форму и массу, количество переходов по всем операциям технологического процесса - для достоверной оценки трудоемкости и стоимости изготовления заготовки. Программа также позволяет оценить производительность процесса и стойкость инструмента, что обеспечивает обоснованную оценку себестоимости производства.
1.1 Сведения о программе DEFORM 3D
DEFORM - специализированный инженерный программный комплекс, предназначенный для анализа процессов обработки металлов давлением, термической и механической обработки [3]. DEFORM позволяет проверить, отработать и оптимизировать технологические процессы непосредственно за компьютером, а не в ходе экспериментов на производстве методом проб и ошибок. Благодаря этому существенно сокращаются сроки выпуска продукции, повышается ее качество и снижается себестоимость. Разработан американской компанией Scientific Forming Technologies Corporation (SFTC), являющейся лидером в области моделирования процессов обработки металлов давлением.
DEFORM позволяет моделировать практически все процессы, применяемые в обработке металлов давлением (ковка, штамповка, прокатка, прессование и др.), а также операции термической обработки (закалка, старение, отпуск и др.) и механообработки (фрезерование, сверление и др.).
DEFORM применяется по всему миру, как на промышленных предприятиях, так и в научно-исследовательских институтах и технических университетах, является самым распространенным программным комплексом для моделирования процессов обработки металлов давлением.
Преимущества DEFORM:
универсальность - программа DEFORM позволяет моделировать широкий круг технологических процессов, применяемых на производстве;
совместимость с большинством программных пакетов для создания геометрических моделей и генерации конечно-элементной сетки;
большие возможности по самостоятельной генерации конечно-элементной сетки;
возможность использования различных моделей пластичности материала;
большая база данных по характеристикам материалов и кузнечно-прессового оборудования, а так же широкие возможности по их редактированию и добавлению;
возможность моделирования различных условий трения между заготовкой и инструментом;
широкие возможности моделирования различных видов движения инструмента;
простой и удобный интерфейс;
Программный комплекс DEFORM имеет гибкую модульную структуру, позволяющую пользователю выбрать и приобрести оптимальный набор модулей под номенклатуру решаемых задач.
Основные модули DEFORM
DEFORM-3D - модуль, предназначенный для моделирования трехмерных процессов обработки металлов давлением;
DEFORM-2D - модуль, предназначенный для моделирования двумерных процессов обработки металлов давлением (осесимметричные и плоские задачи) ;
DEFORM-F3 - модуль, предназначенный для моделирования трехмерных процессов обработки металлов давлением. Является «облегченной» версией DEFORM 3D;