Моделирование процесса горячей деформации поковки сложной формы

Цель работы: Научиться подготавливать исходные данные для моделирования трёхмерной задачи, состоящей из 3-х технологических переходов. Освоить работу с редактором 3D геометрии системы QForm.

Теоретическая часть

Исходная 3D геометрия создаётся в системах твёрдотельного моделирования, таких как Компас 3D или Autodesk Inventor и экспортируется в формат STEP. Далее, как и в случае 2D задачи, необходимо подготовить геометрию для моделирования. Для этого используется специальный модуль QForm под названием Редактор 3D геометрии. Чтобы его вызвать, нужно нажать на кнопку на панели инструментов.

Рассмотрим основной алгоритм работы с этим редактором на примере.

1. Открываем файл геометрии в формате STEP. Для этого используем команду главного меню Файл/Открыть или кнопку . Находим и открываем файл заготовка.stp

2. Далее необходимо выбрать в окне Модель объект Shell 0 (1). При этом в окне операции станут доступны две операции: Генерация сетки и диагностика. Сначала рекомендуется провести диагностику модели (2), при этом система выведет возможные ошибки в исходной геометрии, которые буду препятствовать успешному моделированию. Если диагностика не выявила проблем (как в нашем случае), можно перейти к генерации сетки. Для этого нажимаем на кнопку с одноимённым названием (3). Контурное изображение в окне просмотра должно смениться конечно-элементной моделью половины заготовки, а название Shell 0 на Solid 0.

3. Далее как и в 2D случае нужно указать системе является ли это тело заготовкой или инструментом для этого, при выделенном в окне Модель Solid 0, в окне операций выбрать пункт Преобразовать… и в появившемся списке выбрать WPIECE(…). После этого нажмите кнопку Назад в окне операций.

4. Следующим шагом является выравнивание геометрии. Вертикальная ось заготовки и инструмента должна быть параллельна оси Z системы координат. В нашем случае это не так. Чтобы изменить положение тела, надо воспользоваться командой Позиционирование/Измен ение в окне Операции. Поверните заготовку так, чтобы её продольная ось была параллельна оси Z.

5. Для ускорения моделирования симметричных заготовок можно использовать половину или даже четверть заготовки и инструмента. В нашем случае мы используем половину заготовки. Для правильного расчёта необходимо указать плоскость симметрии. Для этого выделим плоскость симметрии (1) и в окне Операции выберем команду Задать плоскость симметрии (2). При этом выбранная плоскость окрасится в оранжевый цвет.

6. Теперь нужно сохранить обработанный файл в формат SHL. Для этого воспользуемся командой Файл/Сохранить SHL.

Обработав подобным образом всю геометрию нужно собрать наборы инструментов для каждой операции. Рассмотрим примерную последовательность действий:

1. Открыть SHL-файл 1-го инструмента 1-й операции. Необходимо обратить внимание, что открывать следует именно SHL, а не STP файл.

2. Воспользоваться командой главного меню Инструменты/Вставить SHL и добавить по очереди заготовку и второй инструмент.

3. Если взаимное положение заготовки и инструментов не совпадает, необходимо это скорректировать. Для этого в окне Модель выбираем соответствующее тело (TOOL 1, TOOL 2 или WPIECE) и при помощи команд меню Позиционирование/Измен ение окна Операции сдвигаем или поворачиваем тела. Необходимо следить, чтобы плоскости симметрии инструментов и заготовки совпадали.

4. Сохранить файл с инструментами и заготовкой в SHL формат под именем «Операция №.shl», где № - номер перехода.

Заметим, что для второго и третьего переходов не нужно добавлять заготовку в набор, так как поковка нужной формы берётся с предыдущей операции.

Важно следить, чтобы плоскости симметрии на каждой операции совпадали, иначе правильный расчёт невозможен!

 

Практическая работа

Подготовить исходную геометрию для моделирования согласно теоретической части. Сохранить файлы с геометрией по переходам в отдельную папку.

Подготовить QFM файл для моделирования деформации за 3 перехода со следующими параметрами:

Й переход

Тип технологического процесса: деформация в механическом прессе;

Тип формы заготовки: Произвольная (трёхмерное моделирование)

Необходимость моделирования инструмента: не моделировать

Файл геометрического описания: Операция 1.shl

Охлаждение на воздухе: 5 сек

Охлаждение в инструменте: 2 сек

Технологическое оборудование: пресс усилием 25 МН

Конечное расстояние: 115 мм в точке, определяемой автоматически

Температура заготовки: 1000 °С

Материал заготовки: сталь 20xghm

Температура 1-го инструмента: 150 °С

Смазка 1-го инструмента: gw-st-h

Температура 2-го инструмента: аналогично 1-му инструменту

Смазка 2-го инструмента: аналогично 1-му инструменту.

 

Й переход

Тип технологического процесса: деформация в механическом прессе;

Способ задания формы заготовки: использовать расчёт предыдущей операции

Способ задания инструмента: Задать инструмент в текущей операции

Тип формы заготовки: произвольная (трёхмерное моделирование)

Необходимость моделирования инструмента: не моделировать

Файл геометрического описания: Операция 2.shl

Охлаждение в инструменте: 2 сек

Ручное позиционирование разворот

Технологическое оборудование: пресс усилием 25 МН

Конечное расстояние: 5 мм в точке, Х=90 мм, Y=90 мм

Температура заготовки: рассчитанная на предыдущем шаге

Температура 1-го инструмента: 150 °С

Смазка 1-го инструмента: gw-st-h

Температура 2-го инструмента: аналогично 1-му инструменту

Смазка 2-го инструмента: аналогично 1-му инструменту.

Й переход

Тип технологического процесса: деформация в механическом прессе;

Способ задания формы заготовки: использовать расчёт предыдущей операции

Способ задания инструмента: задать инструмент в текущей операции

Тип формы заготовки: произвольная (трёхмерное моделирование)

Необходимость моделирования инструмента: не моделировать

Файл геометрического описания: Операция 3.shl

Охлаждение в инструменте: 2 сек

Технологическое оборудование: пресс усилием 25 МН

Конечное расстояние: 5 мм в точке, определяемой автоматически

Температура заготовки: рассчитанная на предыдущем шаге

Температура 1-го инструмента: 150 °С

Смазка 1-го инструмента: gw-st-h

Температура 2-го инструмента: аналогично 1-му инструменту

Смазка 2-го инструмента: аналогично 1-му инструменту.

 

Моделирование данного технологического процесса проводится в два этапа: сначала рассчитывается первый переход, после этого система останавливается и ожидает реакции пользователя, нужно нажать на кнопку «» и вручную развернуть заготовку на 180° относительно горизонтальной оси. Далее расчёт запускается снова.