Проект выполнен инженерами «Нова‑Инжиниринг» для НПЦ «Полюс» (г. Томск) с целью виртуального расчёта технологии листовой штамповки изделия «Кожух» и подготовки экспертного заключения о возможных дефектах техпроцесса. Ключевая задача состояла в том, чтобы избежать дорогостоящих и трудоёмких цеховых экспериментов, перенеся отработку технологии в цифровую среду.

В качестве основного инструмента использовалось ПО ESI PAM‑STAMP. Исходными данными служили чертежи инструментов и заготовки, характеристики оборудования (пресс), параметры материала (сплав 1370, толщина 1,2 мм), условия процесса (холодная штамповка, смазка — вакуумное масло ВМ1), а также технологические параметры: усилие прижима 12 кН, скорость пуансона 50 мм/с, коэффициент трения 0,12.

Особое внимание уделялось влиянию анизотропии материала на формообразование: из‑за волокнистой структуры проката в изделии могли возникать эллипсность, фестонистость и коробление. С помощью моделирования требовалось не только спрогнозировать эти дефекты, но и предложить способы их устранения — в том числе за счёт автоматической компенсации пружинения в модуле Die‑compensation и/или термообработки для снятия остаточных напряжений.

Прочитать всё

ЗАДАЧА

  • рассчитать виртуальный процесс листовой штамповки «Кожуха» и дать экспертное заключение по выбранной технологии без проведения натурных испытаний;
  • спрогнозировать возможные дефекты геометрии изделия (коробление, эллипсность, утонение, трещины) с учётом анизотропии алюминиевого сплава;
  • оценить распределение деформаций и толщин по детали, проанализировать риск разрывов по диаграмме предельной формуемости (FLD);
  • определить величину и характер пружинения (упругой отдачи) после штамповки для анизотропного и изотропного состояний материала;
  • предложить методы компенсации отклонений формы — в первую очередь за счёт коррекции штамповой оснастки и, при необходимости, термообработки;
  • учесть реальные параметры производства заказчика (оборудование, смазка, режимы) и обеспечить технологичность решения;
  • подготовить расчётные данные и рекомендации, достаточные для изготовления штамповой оснастки (в том числе в формате CAD‑модели для ЧПУ).

РЕШЕНИЕ

  • импортирована геометрия заготовки и инструментов (матрицы, пуансона) через модуль Pam Stamp Die‑Maker с использованием IGES‑файлов; из‑за симметрии детали моделирование выполнено для половины изделия;
  • в PAM‑STAMP созданы недостающие элементы штамповой сборки (заготовка, прижим, входной радиус матрицы, плоскость симметрии) и автоматически сгенерирована конечно‑элементная сетка;
  • заданы параметры процесса: усилие прижима — 12 кН, скорость пуансона — 50 мм/с, коэффициент трения — 0,12, материал заготовки — сплав 1370 толщиной 1,2 мм, холодная штамповка со смазкой ВМ1;
  • проведено моделирование для двух вариантов материала — анизотропного (Al‑Mg5‑1,2 мм) и изотропного (Al‑Mg4Si1,2‑1,8 мм) — для оценки влияния волокнистой структуры на форму изделия;
  • выполнен анализ FLD‑диаграммы для выявления зон риска трещин и разрывов, а также оценка утонения и утолщения по сечениям;
  • с помощью функции отображения нескольких состояний деформирования оценено пружинение: рассчитаны отклонения формы до и после упругой отдачи;
  • для компенсации пружинения использован модуль Die‑compensation: на основе данных о смещениях металла автоматически корректировалась форма гравюры штампа; после нескольких итераций получена оптимальная геометрия инструмента;
  • финальная CAD‑модель штампа восстановлена в iCapp PanelShop и подготовлена для передачи на ЧПУ;
  • дополнительно предложены режимы термообработки (в т. ч. с применением SYSWELD) для снятия остаточных напряжений и уменьшения коробления вертикальных стенок.

РЕЗУЛЬТАТЫ

  • выполнено виртуальное моделирование штамповки «Кожуха» в ESI PAM‑STAMP с учётом реальных производственных параметров НПЦ «Полюс»;
  • подтверждено незначительное утонение материала — не более 5 % в зоне скругления пуансона, утолщение на границах вертикальных стенок — до 16 %;
  • по FLD‑анализу установлено отсутствие риска трещин и разрывов (все точки ниже жёлтой линии), но выявлена вероятность коробления в оранжевых и малиновых зонах;
  • определены параметры отклонений формы: для анизотропного сплава Al‑Mg5‑1,2 мм параметр эллипсности составил 1,44 мм; для изотропного материала наибольшее отклонение (1,41 мм) зафиксировано на сферической части, что привело к увеличению радиуса с 385 до 401 мм;
  • разработана методика компенсации пружинения с помощью итерационной коррекции штампа в Die‑compensation module, на выходе получена CAD‑модель оснастки, пригодная для изготовления на ЧПУ;
  • предложены дополнительные меры по снижению дефектов — термообработка для снятия остаточных напряжений (возможна проработка в SYSWELD);
  • исключены риски дорогостоящих пробных штамповок: все критические отклонения и способы их устранения выявлены и учтены на этапе цифрового моделирования;
  • заказчику передано экспертное заключение с расчётными данными, рекомендациями по оснастке и режимам, позволяющее перейти к производству с гарантированным качеством геометрии «Кожуха».

Отрасль

Горнодобывающая промышленность, Машиностроение, турбомашиностроение, Наука и образование, Транспортное машиностроение

Заказчик

НПЦ «Полюс»

Используемое ПО