QForm 2D/3D

QForm 2D/3D — программный комплекс для моделирования и оптимизации процессов обработки металлов давлением. Программа основана на методе конечных элементов, разрабатывается фирмой «КванторФорм» (Россия). Разработка комплекса началась в 1991 году с выпуска программы FORM-2D.

Применение

QForm моделирует холодную и горячую объемную штамповку, ковку, продольную, сортовую и винтовую прокатки, листовую штамповку, раскатку колец, прессование профилей, термообработку и эволюцию микроструктуры. Доступны модули проектирования инструмента (САПР): создание валков (Калибр), матриц экструзии (QExDD) и инструмента предварительных операций (QForm Direct). QForm содержит базы материалов (в том числе для холодного деформирования), смазок и оборудования. Отдельные модули адаптированы под специализированные процессы.

Цели использования программы:

• снижение затрат на производстве за счет отсутствия экспериментов и пробных штамповок,
• расчёт новой технологии производства — подбор материалов заготовки и инструмента, выбор оборудования и расчёт нагрузок, количества операций, режимов нагрева и охлаждения и др.
• улучшение качества продукции — выявление и устранение дефектов, анализ и улучшение стойкости инструмента,
• оптимизация проектирования, организация цифрового производства.

Краткая техническая характеристика

Основной метод моделирования процессов — метод конечных элементов. Расчитываемая область (заготовка, инструмент) разбивается на некоторое количество элементов, имеющих форму треугольников или гексаэдров. В каждом отдельном элементе решается система уравнений.

Система уравнений включает уравнения равновесия, уравнения связи между полем скоростей материальных точек и скоростей деформаций, уравнения связи между напряженным и деформированным состоянием, условия несжимаемости, критерий пластичности, уравнения энергетического баланса. Пользователь может задать зависимость сопротивления деформированию от других параметров, рассчитываемых в подпрограммах пользователя. Материал считается изотропным и изотропно упрочняющимся. Трение на контакте между инструментом и заготовкой учитывается законом трения Зибеля, Леванова или Кулона, или смешанным.

Метод конечных элементов получил широкое распространение в практике инженерных расчетов. Однако многие пользователи идеализируют результаты расчетов, полученных с помощью этого метода. Следует иметь в виду некоторые численные допущения как в процессе постановки задачи, так и численного решения, а также помнить о неизбежно возникающих погрешностях решений. Поэтому для минимизации возможных ошибок пользователю следует понимать как функционирует программа, чтобы корректно задавать исходные данные и интерпретировать результаты расчета.

Состав программного комплекса

• Базовый расчётный модуль — универсальный программный комплекс, позволяющий моделировать основные процессы обработки давлением.
• Холодная штамповка -— специализированный модуль, дополнение к базовому расчётному модулю. Содержит базу материалов для холодного деформирования.
• Продольная и реверсивная прокатка — дополнительный модуль для быстрого задания параметров продольной прокатки.
• Винтовая прокатка — дополнительный модуль для винтовой прокатки и прошивки труб.
• Раскатка колец — специальный модуль для задания сложной кинематики процессов раскатки колец.
• Прессование профилей — комплекс для экструзии алюминиевых профилей. Включает модуль для расчёта процесса и САПР QExDD, позволяющий проектировать матричную оснастку.
• Листовая штамповка — модуль для моделирования листоштамповочных операций.
• Микроструктура — дополнение к базовому расчётному модулю для моделирования изменения размера зёрен
• Термообработка — дополнение к базовому расчетному модулю для моделирования термической обработки
• САПР Калибр — система автоматизированного проектирования инструмента и технологического процесса. Предназначена для разработки и совершенствования прокатки сортовых и фасонных профилей. Позволяет подобрать состав, тип и расположение клетей стана, спроектировать калибры, выбрать температурные и скоростные режимы, определить энергосиловые параметры. Созданные 3D-модели инструмента могут быть использованы как для моделирования процесса, так и для создания чертежей и схем.
• САПР QExDD -— система проектирования и оптимизации матричной оснастки для прессования сплошных и полых профилей из алюминиевых сплавов. Разработана на основе популярной CAD системы ANSYS SpaceClaim. Геометрия матриц генерируется на основе существующего чертежа или созданного эскиза. Модели инструментов из QExDD могут использоваться и для моделирования процесса, и для изготовления с применением CAM-систем.
• САПР QForm Direct — система автоматизированного проектирования переходов горячей объёмной штамповки позволяет проектировать инструмент для предварительных операций. Возможен прямой обмен геометрическими моделями и результатами моделирования между базовым модулем QForm и QForm Direct для проверки технологического процесса и наличия дефектов.

Преимущества

• Возможность импорта геометрических данных из большинства CAD
• Простое задание исходных данных в Мастере, не требующее от инженера знаний в области МКЭ
• Редактируемые базы данных материалов, смазок и оборудования

Недостатки

Отсутствует возможность написания пользовательских подпрограмм для постобработки данных, что ограничивает возможности использования программы в исследовательских целях.

В новой версии программы QForm 7 данная функция была добавлена.

Ссылки

Сайт QuantorForm  (неопр.). Дата обращения: 20 октября 2009.

Литература

• Герасимов Д.А., Гладков Ю.А. QForm — инструмент технолога в производстве крепежа // Крепёж, клеи, инструмент и.... — 2009. — № № 1 (27). — С. 33—35.

• Биба Н.В., Лишний А.И., Стебунов С.А. Расчёт инструмента и технологии прессования профилей с помощью программы QForm // Цветные металлы. — 2009. — № № 10. — С. 83—87. — ISSN 0372-2929.

• K. Andreeva, N. Biba, S. Stebunov. The Strategy of Flow Stress Data Securing and Distribution for the Needs of Metal Forming // International Conference on Forging & Related Technology. — April 27-28, 1998.

• N. Biba, A. Lishny, A. Vlasov. Simulation of Coupled Problem of Electric Upsetting // The Sixth International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming Processes - NUMIFORM’98. — Netherlands, June 22-25, 1998.