Моделирование процессов ковки

Перевод англоязычной статьи на сайте https://share.sandia.gov/8700/index.php
Читать оригинал статьи на английском. (Щёлкнуть "Нет" в случае появления всплывающего сообщения.)
 
Высокотемпературные, высокоскоростные процессы ковки используются в производстве поковок для резервуаров высокого давления. Предварительное тестирование показало, что долгосрочное воздействие газов ухудшает материал в процессе водородного охрупчивания. Менее чем оптимальные свойства материала, возникающие в процессе ковки могут привести к возможной аварии резервуара. Опыт показал, что лишь ограниченное число материалов, способно выжить в суровых условиях. Идеальные свойства материала будут препятствовать рассеиванию газа в стали. Крайне желательные свойства включают в себя направление волокна параллельно поверхности резервуара, равномерную силу в ковке, и предел текучести в ограниченном диапазоне. Техническое требование текучести требует увеличения прочности сталей в течение процесса ковки через теплую обработку. К сожалению, небольшой набор приемлемых материалов, в отличие от аэрокосмических и автомобильных материалов, не может подвергаться термической обработке, или старению после штамповки для повышения уровней прочности.
 
 

Типичная поковка и газовый резервуар

Проектирование процесса ковки, что приводит к требуемой прочности и микроструктуре очень трудный, дорогой и трудоемкий процесс. Как правило, требуется от четырёх до семи стадий ковки, каждая из которых требует особого набора штампов, чтобы удовлетворить техническим требованиям направления волокон и прочности. Окончательный дизайн, в конце концов достигаемый через трудоемкий процесс проб и ошибок, требующий изготовления многих прототипов отмирает. В некоторых случаях таковой приводил к подготовительным срокам, превышающим два года, и менее чем оптимальным свойствам материала.

Компьютерное моделирование позволяет существенно снизить подготовительные сроки и затраты, равно как и оптимизировать свойства материала, такие как пределы текучести и прочности, направление волокон и размер зерна. Исследование и разработка в Сандиа было сосредоточено на оптимизации уровней прочности и единообразия текучести, чтобы изготавливать высшего качества поковки для использования в резервуарах высокого давления. Предсказание окончательного состояния материала требует точной базовой модели в сочетании с кодами термомеханического анализа, перераспределяюшими и переразбивающими инструментами, передовыми моделями трения, и большой базой данных по свойствам материалов.
 
 
3D simulation of a forging process
Example of yield strength variation in a forging
 
Мы успешно применяем моделирования ковки для разработки первоначально-корректных деталей с заданными свойствами материала. Использование моделирования и симуляции в стадии проектирования показало на существенное снижение времени и затрат и повышение качества. Оптимизационные средства применяются для разработки деталей почти равномерной прочности. Модели были проверены для нескольких 304L поковок. Текущее исследование включает в себя меры по совершенствованию модели микроструктурной эволюции и распространения на другие материалы.
 
Читать оригинал статьи на английском. (Щёлкнуть "Нет" в случае появления всплывающего меню.)
Comments