Phần mềm mô phỏng giúp giảm thời gian sản xuất ống liền mạch

Chương trình tối ưu hóa quá trình lăn chéo, giảm hai lần chuyển thành một

Ứng suất gây ra bởi quá trình cán chéo gây ra các vết nứt xuất hiện ở trung tâm của nguyên liệu nạp, một phôi rắn; một trục gá khai thác hiện tượng này, biến phôi thành sản phẩm hình ống. Phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn hiện đại giúp tối ưu hóa quá trình này.

Trong nhiều thập kỷ kể từ khi phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) bắt đầu thay thế các quy tắc trượt, các công ty kỹ thuật đã được hưởng lợi rất nhiều từ việc giảm thời gian phát triển các sản phẩm mới. Các tính toán dài dòng và tốn công sức đã trở thành lĩnh vực của phần mềm, giải phóng thời gian của các kỹ sư để tạo ra nhiều sản phẩm hơn hoặc tinh chỉnh những sản phẩm hiện có. Trong khi đó, phần mềm mô phỏng quy trình đã cung cấp cho các kỹ sư một công cụ khác, một công cụ đánh giá và xác minh khả năng của các quy trình và các biến thể của quy trình.

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được các nhà máy công nghiệp sử dụng rộng rãi để mô phỏng các hoạt động sản xuất, bao gồm cả các hoạt động tạo hình kim loại. Trong khi FEM đã được chấp nhận rộng rãi trong ngành công nghiệp, nhiều chương trình mô phỏng theo truyền thống chỉ tập trung vào biến dạng phôi, coi dụng cụ là cứng. Tuy nhiên, đối với các quá trình tạo hình có liên quan đến lực tiếp xúc lớn giữa phôi và dụng cụ, độ chính xác của ứng suất và biến dạng dự đoán thường được cải thiện khi phần mềm coi dụng cụ là có thể biến dạng. Việc sử dụng các hệ thống như vậy làm cho việc phát triển các sản phẩm mới dễ dàng hơn và giảm chi phí, cho phép dự báo các điều kiện ngoài đặc điểm kỹ thuật và giúp xác định các rủi ro có thể xảy ra trong hoạt động hình thành.

Các nhân viên tại Vyksa Steel Works, Vyksa, Nga, đang nghiên cứu các gói phần mềm để giúp công ty phân tích quy trình cán chéo của mình khi tìm thấy QForm, một mã phần tử hữu hạn đánh giá nhiều kịch bản sản xuất, bao gồm cả cán chéo. Phần mềm sử dụng lưới Lagrangian để dự đoán sự biến dạng của các vật thể mềm dẻo, bao gồm cả công cụ.

Các nhân viên tại Vyksa đã tìm kiếm một quy trình đơn giản hóa việc sản xuất một số sản phẩm của mình, cụ thể là bằng cách giảm quy trình hai lần thành quy trình một lần. Một mô phỏng phần mềm chính xác sẽ giúp nhân viên xác định liệu thiết bị có thể xử lý căng thẳng bổ sung hay không và liệu chất lượng sản phẩm có đạt yêu cầu hay không.

 

Mô hình hóa quy trình xuyên cuộn chéo

Quá trình mô phỏng được sử dụng bởi chương trình là một quá trình ba giai đoạn.

Trong giai đoạn đầu tiên, người soạn thảo hoặc kỹ sư sử dụng hệ thống CAD để tạo mô hình 3-D của các công cụ và phôi và xuất chúng sang QForm, công cụ này chuẩn bị mô hình bằng cách định vị các cơ thể rắn tương đối với nhau, loại bỏ mọi khuyết tật hình học hiện có. , chia lưới các mô hình, xác định các trục và hướng quay của các cuộn, và thiết lập bất kỳ thuộc tính đối xứng cần thiết nào (xem Hình 1 ).

Trong giai đoạn thứ hai, người dùng thêm các thuộc tính và thông số vật liệu cụ thể xác định quá trình hình thành, bao gồm các điều kiện biên và điều kiện ban đầu như nhiệt độ và vận tốc. Sau khi cung cấp thông tin này, anh ta bắt đầu phân tích; phần mềm sử dụng một hệ thống phương trình vi phân từng phần mô phỏng độ dẻo.

Trong giai đoạn cuối cùng, bộ xử lý hậu kỳ sẽ kiểm tra các dự đoán. Các thông số điển hình được phân tích bao gồm diện tích tiếp xúc, ứng suất và lực căng, trường vận tốc đối với vật liệu có thể biến dạng, nhiệt độ của phôi và dụng cụ, phản lực của dụng cụ và hình dạng phôi cuối cùng. Bộ xử lý hậu kỳ cũng xác định bất kỳ lỗi tính toán nào, nếu có.

Đối với các mô phỏng của quá trình xuyên liên quan đến cán chéo, kết quả quan tâm bao gồm các thông số hình học của vỏ, các bước đường xoắn ốc trên bề mặt phôi ngoài, thời gian của máy xuyên, độ xoắn phôi trong khe hở cuộn và dự đoán về độ cong của bề mặt.

Phôi, Máy xay và Lực lượng hình thành. Vyska Steel Works sử dụng một máy cán thép được chế tạo bởi EZTM, model TPA 70–270, để sản xuất các sản phẩm liền mạch cán nóng, sau đó được sử dụng để làm các khớp nối ống cho vỏ và ống. Đầu vào là phôi tròn cán nóng hoặc đúc liên tục từ 80 đến 250 mm (3,15 đến 9,84 inch) OD; đầu ra là một đường ống từ 70 đến 270 mm (2,76 đến 10,63 in.) OD với độ dày thành (wt) từ 8 đến 28 mm (0,31 đến 1,10 in.). Quy trình thông thường bao gồm hai bước. Sau khi cán chéo và xuyên phôi để tạo độ rỗng ở rãnh đầu tiên, người vận hành máy thay đổi cài đặt của các cuộn và thanh dẫn và thay thế phích cắm xuyên bằng một chốt lớn hơn cho đường chuyền thứ hai (xem Hình 2 ).

Hình 1 Các mặt hàng được mô phỏng bao gồm năm thành phần (được liệt kê từ dưới cùng bên trái và tiến hành theo chiều kim đồng hồ): bộ đẩy (ram), phôi, trục gá, guốc dẫn hướng và trục cán.

Mô phỏng dựa trên các tiêu chí sau:

  • Vật liệu phôi là C45, thép carbon với hàm lượng carbon 0,45 phần trăm trọng lượng, là một trong những vật liệu trong cơ sở dữ liệu vật liệu có thể biến dạng của phần mềm.
  • Một mô hình tăng cứng đẳng hướng đã mô phỏng tính dẻo của phôi.
  • Ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ được tính theo định luật Coulomb.
  • Việc tinh chỉnh lưới bề mặt cưỡng bức của phôi và dụng cụ đã được thực hiện trong vùng biến dạng, cải thiện độ chính xác của vấn đề tiếp xúc.
  • Kích thước của bề mặt FE không quá 7 mm (0,28 in.).

Mô phỏng dựa trên một số giả định — cụ thể là các dụng cụ cứng, hệ số ma sát là đẳng hướng và không đổi trong toàn bộ quá trình mô phỏng và truyền nhiệt giữa phôi và dụng cụ là một yếu tố, nhưng không phải là một yếu tố phức tạp vì nhiệt này quá trình chuyển chỉ diễn ra trong một lớp mỏng của phôi.

Lập kế hoạch để Pierce. Các mô phỏng được coi là hai kích thước phôi và sản phẩm:

  • Phôi có đường kính 250 mm OD dài 2.800 mm để tạo thành ống có kích thước 270 mm OD x 44,7 mm wt (kích thước phôi 9,8 inch x 110 inch để tạo thành ống 10,63 inch. OD x 1,76 inch wt).
  • Phôi có đường kính 190 mm OD dài 2.850 mm để tạo thành một ống có kích thước 200 mm OD x 31,8 mm wt (kích thước phôi 7,5 in OD x 112 in. Dài để tạo thành một ống 7,9 in OD x 1,25 in. Wt

Mô phỏng được thực hiện để xác định cài đặt máy — khoảng cách giữa các cặp cuộn và giày dẫn hướng, vị trí cắm và tốc độ quay của cuộn — sẽ sử dụng một đường chuyền duy nhất cho phép độ lệch OD là ± 1 phần trăm và độ lệch wt là ± 10 phần trăm. Sự thay đổi wt tối đa trên một ống đơn không được vượt quá 3 mm (0,118 in.). Thực hiện tất cả các công việc trong một lần sẽ gây ra nhiều áp lực hơn cho các bộ phận của máy, do đó, mô phỏng phải tính đến độ cứng của máy.

Thí nghiệm bao gồm chế tạo ống từ bốn trong số các phôi lớn hơn và hai trong số các phôi nhỏ hơn. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh, các nhà điều hành đã đo OD và wt của mỗi vỏ nóng trên bảng chạy hết. Các phép đo được thực hiện bằng thước cặp Vernier cách các đầu cuối khoảng 500 mm (20 in.). Kích thước cuối cùng được đo tại ba điểm (đầu cuối, trung tâm và cuối đuôi) sau khi định cỡ và làm mát.

Để đánh giá sự thay đổi độ dày, các nhân viên đã thực hiện các phép đo OD và wt ở chín hoặc 10 mặt cắt ngang, cách nhau 500 mm, sau khi vỏ đã được định cỡ và làm nguội. Đường kính là trung bình của hai hướng vuông góc và độ dày của tường trung bình là bốn. Độ dày trong trường hợp này được đo bằng máy đo độ dày siêu âm.

Phân tích kết quả. Các giá trị đo được đồng nhất với các dự đoán (xem Hình 3 đến Hình 6 ). Sai số tương đối của OD và wt tương ứng không vượt quá 1,5 phần trăm và 2,9 phần trăm. Cần lưu ý rằng độ dày ước tính của vỏ luôn mỏng hơn thực tế một chút.

Giá trị của sự thay đổi độ dày của tường được ước tính bởi phần mềm thấp hơn khoảng 1,5 đến 2,0 lần so với giá trị thực tế. Điều này có thể được giải thích bởi sự lý tưởng hóa vốn có trong các mô hình máy tính. Các điều kiện đó bao gồm:

  1. Một hình dạng hình học lý tưởng của phôi và dụng cụ. Mặc dù các công cụ sản xuất thực tế sẽ có biểu hiện hao mòn, biến dạng đàn hồi và phản ứng dữ dội của công cụ, nhưng chúng không được xem xét trong mô hình.
  2. Tính ổn định của hệ số ma sát.
  3. Giả sử gia nhiệt đồng đều đến nhiệt độ đã cho.
  4. Tính chất cơ đẳng hướng.

Một yếu tố quan trọng là vị trí tương đối của dụng cụ và phôi trong vùng biến dạng. Sai số định vị tuyến tính có thể theo thứ tự 1 mm (0,040 in.) Trong khi các vấn đề về hình dạng như độ nặng và độ dày thay đổi được phần mềm mô phỏng dự đoán, chúng thấp hơn giá trị thực tế. Điều này là do xu hướng của trình mô phỏng đánh giá thấp tầm quan trọng của biên độ dao động của các vật thể tương tác. Trong thực tế, vị trí dọc theo chiều dài của phôi đã được chứng minh là có tác động đáng kể đến độ lớn của các khuyết tật đó, điều này không được thấy rõ trong các mô phỏng trên máy tính.

Kích thước phần tử tối ưu và bước thời gian tích hợp tối ưu có thể cải thiện độ chính xác của kết quả mô phỏng; tuy nhiên, việc tinh chỉnh lưới và giảm bước thời gian có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể chi phí tính toán tổng thể, điều này có thể trở nên không thể chấp nhận được trong một số trường hợp.

Hình 2 Hình 2 Mô phỏng đòi hỏi quá trình lăn chéo và đâm xuyên trên TPA 70-270 do EZTM (A) chế tạo. Điều chỉnh vùng biến dạng đã được thực hiện để tối ưu hóa đầu ra (B). Đánh giá đường ống bao gồm các phép đo sau khi nó nguội và ở điều kiện nóng (C và D).

Kết quả mô phỏng so với thực tế

Các nhân viên kỹ thuật đã so sánh các giá trị tính toán và thực tế của mômen xuyên và công suất ở giai đoạn biến dạng ở trạng thái ổn định, cả hai đều cao hơn trong tính toán so với trong quá trình thực tế (cao hơn 15 đến 20 phần trăm đối với mô-men xoắn và 5 đến 7 phần trăm cao hơn cho sức mạnh xuyên qua).

Sự khác biệt giữa các giá trị dự đoán và đo lường của các thông số này rất có thể là do sự không chính xác trong các đặc tính của phôi, bao gồm cả các giá trị nhiệt độ và hệ số ma sát của nó. Không thể so sánh lực lăn vì giá đỡ của TRP 70-270 không được trang bị ô đo, nhưng mô men lăn có thể được ước tính bằng cách đo dòng truyền động chính.

Mô hình thể hiện các điều kiện biến dạng ở trạng thái không ổn định của các phần cuối của phôi một cách thực tế theo quan điểm định tính. Nó dự đoán các sai lệch về hình dạng như vết lóa và vết chìm ở đầu và cuối của vỏ

So sánh các giá trị được tính toán và thực tế liên quan đến thông số năng lượng và lực (đầu vào) và thông số kích thước của vỏ (đầu ra) cho thấy rằng độ lệch hệ thống của kích thước và dung sai có cùng thứ tự. Các giá trị này có thể hỗ trợ xác định các thông số thiết lập thực tế.

Lưu ý rằng giá trị ước tính của các tham số năng lượng và lực cho các trường hợp quan sát được cao hơn giá trị thực tế khoảng 20 phần trăm. Sai số như vậy có thể chấp nhận được, và trên thực tế là mong muốn ở chỗ nó cung cấp một hệ số an toàn.

Lý do chính cho những sai sót này là sự không chắc chắn của dữ liệu đầu vào của mô hình; những điều này khó có thể bị giảm bớt ở các điều kiện hiện có. Kích thước phần tử hữu hạn điển hình phải có cùng thứ tự với dung sai cho các kích thước tuyến tính của đường ống.

Tóm lại, các dự đoán của mô phỏng khớp với kết quả thực tế đủ chặt chẽ để cung cấp hướng dẫn hữu ích trong việc thiết lập máy, cho phép các kỹ sư phát triển các sản phẩm mới (và các quy trình để tạo ra chúng) trong khi nén các mốc thời gian phát triển và tránh những thất bại tốn kém liên quan đến lỗi sai. những nỗ lực.

Công Ty Cổ Phần Thiết Bị và Giải Pháp Cơ Khí Automech – nhà cung cấp các dòng máy gia công kim loại tấm, hàn laser, giải pháp tự động từ những nhà cung cấp nổi tiếng JFY – member of TRUMPF group, Han’s laser, Hawacheon, EKO, Yadon, JQ laser, ABB,…. Automech đã hợp tác với nhiều đối tác thương mại lớn ở trong và ngoài nước nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất đa dạng. Hệ sinh thái sản phẩm đa dạng cùng mức giá hợp lí là điểm cộng to lớn giúp Automech ngày càng chiếm được lòng tin của khách hàng.

Thông tin về sản phẩm vui lòng liên hệ

Hotline: 0987.899.347 – Mr.Toàn

Email: info@automech.vn

Website: automech.vn

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *