Примеры моделирования ковочно-штамповочных процессов: опыт и результаты

Современные кузнечно-прессовые производства всё чаще используют моделирование ковочно-штамповочных процессов для повышения эффективности, снижения затрат и улучшения качества поковок. Такая методика позволяет инженерам проектировать новые процессы или модернизировать существующие, выявляя проблемные зоны ещё на этапе виртуальной проработки. В этой статье разберём примеры практического применения моделирования в кузнечном производстве.

Почему моделирование становится ключевым инструментом в кузнечном производстве

С ростом конкуренции в отрасли производители вынуждены искать пути:

• снижения себестоимости продукции;

• минимизации отходов;

• повышения стабильности и повторяемости процессов.

Программные комплексы для моделирования позволяют инженерам глубже понимать процессы деформации металла, прогнозировать поведение материалов и корректировать технологические режимы ещё до запуска оборудования. Это помогает:

• сократить время на запуск новых изделий;

• снизить процент брака;

• экономить затраты на испытания и опытные партии.

Традиционные подходы к оптимизации ковки

До появления современных цифровых инструментов оптимизация ковочно-штамповочных процессов строилась в основном на ручном опыте специалистов. Метод заключался в пошаговых изменениях параметров процесса:

• формы инструментов (штампов);

• характеристик материала;

• условий нагрева или скорости удара.

Инженеры последовательно моделировали каждую новую конфигурацию, сравнивая результаты — часто по принципу A-vs.-B. Объём работы ограничивался:

• доступными вычислительными ресурсами;

• временем наладки моделей;

• трудозатратами на анализ результатов.

Такие исследования могли быть очень трудоёмкими, особенно если речь шла о сложных штампах или больших сериях изделий.

Пример №1: Оптимизация ковки гаечных ключей

Яркий пример применения моделирования описан в работе Эдгара Эспинозы. Он исследовал процесс производства гаечных ключей на заводе Green Bay Drop Forge. Исходный процесс требовал:

• большого числа ударов ковочного молота;

• значительных потерь материала из-за вспышки металла;

• высокой чувствительности к точности позиционирования заготовки в штампе.

Используя Unigraphics NX для конструирования новых инструментов и программный комплекс DEFORM для моделирования, инженеры протестировали несколько вариантов изменений конструкции штампов и технологии ковки.

Итоговый редизайн позволил:

• сократить количество ударов молота на 22 %;

• уменьшить объём вспышки;

• повысить стабильность процесса за счёт меньшей чувствительности к позиционированию заготовки.

На рисунке 1 сравниваются исходный и оптимизированный варианты кованого гаечного ключа.

 Рисунок 1. Сравнение оригинального (а) и оптимизированного (б) кованого гаечного ключа

Пример №2: Проект PRO-FAST и снижение брака

Ещё один значимый кейс — проект PRO-FAST, в котором участвовали:

• Delfasco Forge;

• SFTC;

• Консорциум кузнечно-прессового оборонного производства (FDMC);

• Агентство по логистике обороны США (DLA).

Исходный процесс ковки имел уровень брака 11 %, несмотря на строгий контроль. Инженеры использовали DEFORM для создания цифровой модели «как есть», чтобы выявить причины проблем.

Выяснилось, что неточная укладка рулонов материала вызывала непостоянство формы поковок. В ходе моделирования была предложена новая операция предварительной формовки, обеспечивающая более предсказуемый поток металла в штампе.

После внедрения изменений результаты впечатлили:

• процент брака снизился с 11 % до 3 %;

• общая экономия составила более 100 000 долларов;

• улучшилось качество продукции и стабильность производства.

На рисунке 2 показаны исходный и изменённый штампы для изготовления пластин с болтами.

Рисунок 2. Оригинальные и оптимизированные штампы для пластин с болтами»

Итоги и перспективы

Методы моделирования ковочно-штамповочных процессов стали неотъемлемой частью проектирования ковочно-прессового оборудования и технологических процессов. Их применение даёт:

• снижение затрат на производство;

• уменьшение количества брака и отходов;

• более быструю разработку новых изделий;

• повышение стабильности технологических процессов.

Сегодня такие подходы особенно актуальны в условиях жёсткой конкуренции и необходимости производить поковки сложной формы с минимальными потерями материала.

Если ваша компания задумывается об обновлении процессов или модернизации оборудования, моделирование ковочно-штамповочных процессов станет вашим конкурентным преимуществом и источником значительной экономии.