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;
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.
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