Обработка металлов давлением (ОМД) является основной частью технологических процессов различных отраслей промышленности. Прокаткой обрабатывает примерно 75-80% всего выплавляемого черного металла и до 60% цветного; ковкой 20-25 % черного металла; прессованием 40% цветного металла; объемной штамповкой 15-20 % выплавляемого металла. Штампованные изделия составляют 60-85% массы тепловозов и электровозов, автомобилей, самолетов, тракторов и др.

Основные процессы обработки металлов давлением:

  • горячая и холодная объемная штамповка;
  • ковка;
  • осадка заготовки;
  • прессование, формовка, выдавливание, экструзия;
  • прокатка;
  • прокатка фасонных профилей;
  • волочение проволки;
  • волочение труб;
  • вытяжка заготовки с уточнением стенки;
  • листовая холодная штамповка;
  • гибка;
  • гибка с растяжением, с торцевым поджатием, эластичной средой;
  • изготовления гнутых профилей - профилирование заготовки (традиционное профилирование, СИ, МИД);
  • волочение профилей в фильерах и роликах;
  • вытяжка заготовки без утонения стенки;
  • раздача труб;
  • редуцирование, обжим;
  • отбортовка;
  • разделительные операции (рубка);
  • деформирование биметаллических заготовок

Одно из направлений развития процессов ОМД - использование математического моделирования. Математическое моделирование является наиболее совершенным и эффективным методом моделирования, открывая путь для применения современных мощных методов математического анализа, вычислительной математики и программирования при исследовании и оптимизации технологических процессов. В настоящее время количественные методы исследования проникают практически во все сферы человеческой деятельности, а математические модели становятся средством познания основных закономерностей реального мира.

Моделирование позволяет оптимизировать температурно-скоростные, учитывающие напряжённо-деформированное состояние, условия процессов, проектировать оптимальные технологии. Этому способствует адекватность моделей технологического процесса, а также точное описание реологического поведения металла в условиях горячей деформации.

Современная форма математического моделирования - это моделирование на компьютере с использованием математических методов. Вычислительные машины дали учёным мощное средство для математического моделирования. Математические модели являются основой моделирования. Развитие методов математического моделирования и оптимизации технологических процессов обработки металлов давлением в сочетании с широким внедрением персональных компьютеров позволяют создавать уникальные программы, позволяющие в автоматизированном режиме моделировать процессы пластического формоизменения, исследовать напряжённо-деформированное состояние, температурные поля при обработке металлов давлением.

Для решения задач обработки металлов давлением наиболее эффективным в настоящее время является применение программ, основанных на методе конечных элементов. К таким программам можно отнести LS-DYNA, ABAQUS и др.

Примеры применение программы Ls-dyna в процессах обработки металлов давлением

Галерея решенных задач по применению программы Ls-dyna в процессах обработки давлением

Еще одно из направлений в применении программы LS-DYNA в машиностроении - это применение ее в процессах обработки материалов резанием, в анализе вырезки металла и образования стружки [1]. Данный процесс может быть проанализирован в программе LS-DYNA различными методами: лагранжевым методом, Ейлеровым методом и методом SPH . Процесс может быть проанализирован при различных параметрах: силы трения, скорости движения инструмента и др. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными.

1. Prediction of Cutting Forces in Metal Cutting, Using the Finite Element Method, a lagrangian Approach. Morten F. Villumsen, Torben G. Fauerholdt. LS-DYNA Anwenderforum, Bamberg 2008, metallumformung III