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FORGE

La migliore soluzione di simulazione per la forgiatura

Prodotto da Transvalor S.A.
Distribuzione EnginSoft
Contatti info@enginsoft.it
Descrizione La simulazione dei processi di forgiatura dei metalli, in particolare quelli di stampaggio, si e' affermata come uno dei più validi aiuti per l'ottenimento di sensibili risparmi nella progettazione degli stampi ed il miglioramento della qualità dei pezzi stampati. Il software F.E.M. FORGE della francese Transvalor consente di ridurre i tempi di avviamento della produzione, offrendo al progettista la possibilità di simulare diverse soluzioni progettuali per la realizzazione degli stampi e del processo, prima della lavorazione delle attrezzature e della fase di campionatura. FORGE fornisce ai progettisti la possibilità di ottimizzare il processo consentendo all'azienda sensibili risparmi economici, legati al miglioramento qualitativo dei pezzi e alla riduzione degli scarti in produzione.

La simulazione dei processi manifatturieri per deformazione di metalli (ferrosi e non-ferrosi) si è affermata come uno dei più validi aiuti per l'ottenimento di sensibili risparmi nella progettazione delle attrezzature  e dell’intero processo, migliorando la qualità dei prodotti e la riduzione degli scarti. Il software FORGE è da 30 anni nel mondo la soluzione software per la simulazione dei processi caldi e formatura a freddo, soddisfando le esigenze delle aziende produttrici di parti forgiate per una varietà di settori industriali: automobilistico, aerospaziale, difesa, energia, edilizia, medicina, ecc.  Attraverso modelli numerici fem, Forge permette di ridurre i tempi di avviamento della produzione, offrendo al progettista la possibilità di simulare diverse soluzioni progettuali per la realizzazione degli stampi e del processo, prima della lavorazione delle attrezzature e della fase di campionatura.

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L’ultima release 2014 è FORGE ® NxT, il sw consente la simulazione di deformazione metallica a caldo ed a freddo (Coldform ®) con ogni tipo di cinematica e processo: forgiatura a stampi chiusi (closed-die forging) ed aperti (open-die forging), laminazione (rolling, reducer rolling, cross wedge rolling, shape rolling, ring rolling, flow forming,…), forgiatura rotativa (rotary forging, swaging, orbital forging,…), idroformatura (hydroforming),  estrusione (extrusion), trafilatura (wire drawing), stampaggio lamiera (sheet metal forming, deep drawing,…), tranciatura (blanking cutting, shearing, trimming, piercing,…), etc comprese alcuni processi non convenzionali (fastening, thread rolling, superplastic forming, glass forming,…). FORGE ® NxT offre la possibilità di simulare i trattamenti termici, come il riscaldo a induzione, la tempra, la cementazione ed il rinvenimento. Tutti i processi sono compresi all’interno del pacchetto sw.

Con le sue tecnologie innovative, ampie funzionalità e prestazioni senza pari, unita ad una interfaccia grafica facile e intuitiva, FORGE ® NxT è il più adatto per valutare nuovi processi, convalidare ed ottimizzare sequenze di forgiatura, progettare innovativi prodotti forgiati ad alta tecnologia.

Caratteristiche generali e vantaggi

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FORGE ® NxT è l'investimento giusto quando si vuole:

  • ridurre significativamente la fase di progettazione, i costi di sperimentazione ed i materiali
  • progettare componenti complessi, non prodotti prima
  • ridurre il time to market
  • ottimizzare i processi produttivi attuali
  • estendere la vita delle attrezzature
  • mantenere e consolidare la conoscenza e le competenze nella vostra azienda.

FORGE ® NxT fornisce una visione veloce e precisa dell’intero processo e prodotto, consentendo di progettare e validare le sequenze di forgiatura prevedendo con precisione:

  • Nel prodotto: geometria finale e dimensioni precise, compreso il ritorno elastico, difetti, mancanze di riempimento, materiale in eccesso, ripiegature, deformazione e rapporto di riduzione, criteri di danneggiamento e rottura, tensioni residue, microstruttura, e molti altri (temperatura, velocità di deformazione, deformazione equivalente, usura e possibilità di aggiungere variabili utente).
  • Negli stampi e nelle attrezzature: distribuzione di usura, danneggiamento termo-meccanico, sollecitazione e rischio di rottura, temperatura in ogni momento del processo, scelta di attrezzature adeguate grazie alla previsione accurata del carico pressa, dell’energia e della deformazione.

Flusso di lavoro facile

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La nuova release del Forge NxT ha anche una nuova grafica (Workbench) intuitiva ed offre un flusso di lavoro veloce e semplice. L’implementazione dei dati di simulazione (Pre) e la visualizzazione dei risultati (Post) è facile ed immediata attraverso un’unica interfaccia, la scelta di setups preimpostati per diversi processi, prodotti, funzioni specifiche, nonché sequenze predefinite di forgiatura. La possibilità di registrare i processi di produzione standard della società fa di Forge NxT il data-base di “Forging Intelligence” della società.


Funzionalità avanzate di “monitoring&tracking”

Nella progettazione di nuovi componenti fucinati  e nell’analisi di problematiche di produzione, la previsione accurata di difetti è fondamentale. Per questo motivo, FORGE ® NxT incorpora funzioni di monitoring&tracking uniche e facili da impostare, che apportano importanti benefici alla progettazione.

  • Ripiegature di materiali superficiali ed interne possono essere facilmente individuate e visualizzate
  • La fibratura del materiale può essere prevista ed analizzata durante il processo completo (la nuova funzionalità di remesh ne aumenta la precisione di predizione)
  • I difetti sottopelle possono essere rilevati attraverso monitoring&tracking della superficie
  • La superficie di taglio della billetta iniziale può essere seguito durante la sequenza completa di forgiatura e localizzata nella geometria finale.
  • Il tracking dei difetti può essere utilizzato in maniera diretta o inversa (dalla geometria del prodotto forgiato finale, il difetto può essere rintracciato e localizzato nella geometria iniziale della billetta).

Analisi delle attrezzature e degli stampi

forgeUna delle sfide nei processi di forgiatura è la previsione della vita degli stampi e come estenderla. Prevedere e comprendere il livello di stress nelle stampi durante l'intero processo è importante. FORGE ® NxT offre una flessibile capacità di analisi stampo, con due approcci disponibili:

  • disaccoppiato: metodo consigliato per una predizione di primo livello dello stress sugli stampi attraverso analisi termomeccanica indipendente da quella sul pezzo. Questo metodo offre una rapida analisi: sugli stampi deformabili vengono applicati i carichi risultanti, dopo aver svolto lo studio del processo di forgiatura a stampi rigidi.
  • accoppiato: il metodo permette un’analisi più fine degli stampi ed è raccomandata soprattutto per componenti ove è richiesta altissima precisione dimensionale finale. Tale approccio termo-meccanico accoppiato tra il prodotto e tutti gli stampi si basa su una procedura intelligente di contatto tra corpi deformabili. Non solo la distribuzione delle sollecitazioni può essere prevista, ma anche la deformazione degli stampi, la temperatura, il danneggiamento, i difetti, ecc.

È possibile inoltre studiare la corretta interferenza per calettamento a caldo o forzato di matrici ed inserti, potendo prevedere la reazione di precompressione indotta anche con configurazioni geometriche complesse, attraverso una metodologia avanzata di implementazione di interferenza che permette di ridurre significativamente il numero degli stampi deformabili da considerare, riducendo i tempi di calcolo.


Riscaldo ad Induzione

Forge NxT offre la possibilità di studiare il riscaldo ad induzione (della billetta iniziale o del forgiato finale prima della tempra) attraverso la modellizzazione elettromagnetica del processo. Il vantaggio principale è l’elevata precisione della distribuzione locale della temperatura necessaria per il calcolo termomeccanico di tutto il processo e per una buona previsione delle caratteristiche del metallo dopo tempra.
Il riscaldo per induzione è dovuto all'effetto Joule prodotto dalle correnti parassite di un campo magnetico dovuto a correnti alternate nell'induttore. FORGE® NxT risolve il problema di elettromagnetismo ed applica la soluzione alla simulazione di riscaldo:

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  • La simulazione di elettromagnetismo viene eseguita su una mesh globale che comprende la billetta, uno o più induttori, oggetti aggiuntivi come ad esempio un foglio di rame verticale e l'aria. La mesh globale è ottenuta grazie ad un facile set-up ed una potente tecnologia di meshing.
  • La simulazione di riscaldo è l’applicazione del flusso termico indotto e calcolato precedentemente, permette di definire la distribuzione puntuale di temperatura.

Le due simulazioni sono facilmente accoppiate nello stesso progetto per tener conto della dipendenza della temperatura dai parametri elettromagnetici. Il database dei parametri elettromagnetici appropriati viene fornito con il pacchetto commerciale.

Nell’esempio è stato simulato il riscaldo ad induzione parziale di un componente a base Nichel, oltre al risultato della distribuzione di temperatura (non simmetrica), si evidenzia il risultato di evoluzione microstrutturale con la definizione della dimensione del grano cristallino.


Trattamenti Termici e Metallurgia

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Con l'attuale necessità di predizione di proprietà meccaniche dei componenti in uso, non solo i processi di formatura ma anche il trattamento termico e la previsione metallurgica stanno diventando sempre più importanti in ambito computazionale. Pertanto, al fine di affrontare questa crescente domanda, FORGE ® NxT incorpora un ampio portafoglio di processi di trattamento termico:

  • Tempra: profonda o superficiale, può essere simulata tenendo conto delle diverse condizioni di raffreddamento e condizioni a contorno non uniformi. Forge NxT permette di  prevedere durante tutto il processo le tensioni residue, la durezza, la deformazione e la distorsione, le fasi metallurgiche. Il modello utilizzato si basa su un accoppiamento tra cinetica di trasformazione, comportamento meccanico, ed evoluzioni termiche (Johnson Mehl Avrami Kolmogorov - JMAK). Ogni fase metallurgica ha il suo comportamento termo-meccanico.
  • Rinvenimento: consente di diminuire le sollecitazioni residue e di trovare un compromesso appropriato tra durezza e duttilità. Con FORGE ® NxT, è possibile prevedere la durezza del pezzo al termine del processo di trattamento termico completo: tempra seguita da rinvenimento.
  • Cementazione: questo trattamento viene eseguito su un acciaio in fase austenitica, con l'obiettivo di ottenere dopo raffreddamento una fase martensitica ricca di carbonio e quindi un indurimento superficiale del materiale. L'indurimento locale a causa di aumento puntuale del contenuto di carbonio viene previsto come risultato della simulazione di diffusione dell’elemento chimico.
  • Trasformazione metallurgica durante i processi di deformazione, per forgiatura a semi-caldo o per processi con raffreddamento localizzato, si può avere la trasformazione di fase, Forge NxT consente di studiare e prevedere tale fenomeno grazie all’ausilio di specifici modelli di trasformazione di fase durante i processi di deformazione degli acciai.

Entrambi i diagrammi TTT e CCT sono supportati da FORGE® NxT per la simulazione di trattamento termico. E l'interfaccia grafica integrata permette facilmente di visualizzare e modificare le curve.
Per i componenti ad alta tecnologia, FORGE ® NxT permette la previsione microstrutturale durante il riscaldo e la deformazione. Sono disponibili per una vasta gamma di materiali (acciai a basso carbonio, acciai inossidabili austenitici, acciai microlegati, superleghe nichel,…) i dati ricristallizzazione. Le leggi di ricristallizzazione si basano su modelli macroscopici che possono prevedere:

  • ricristallizzazione dinamica,
  • ricristallizzazione statica / Post-dinamica,
  • crescita del grano cristallino.

Ottimizzazione

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FORGE ® NxT offre da 5 anni la migliore soluzione commerciale di ottimizzazione di processi di deformazione di metalli, permettendo una progettazione completamente automatica di componenti forgiati e di identificare attraverso analisi inversa i parametri di processo reali. I principali vantaggi di questa applicazione sono la riduzione dei costi del materiale diminuendo il peso billetta iniziale, risparmi su costo energetico diminuendo il carico degli stampi, aumento della vita utile delle attrezzature riducendo al minimo i livelli di stress negli stampi, ...
Ciascun valore dei parametri viene determinato in modo completamente automatico, senza alcun intervento fino a trovare una soluzione ottimale. Altamente stabile e robusto, FORGE ® NxT permette di ridurre il peso billetta iniziale per sequenze di stampaggio garantendo i requisiti di qualità del prodotto finale. I più diffusi pacchetti CAD commerciali: ProE (da versione 5.0), Creo (versione 2012) e SolidWorks (versione 2012) sono attualmente supportati per la modellizzazione geometrica parametrica complessa.

Attraverso Reverse Engineering, FORGE ® NxT permette di identificare i parametri di processo che non possono essere misurati, come il coefficiente di attrito o i parametri del modello di materiale. I parametri ottimali sono calcolati in modo completamente automatico in base alle curve sperimentali specificate come riferimento. Il vantaggio diretto è una migliorata affidabilità e precisione della simulazione mediante l'uso di parametri corretti.


Tempo di calcolo minimo

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FORGE ® NxT è il software di simulazione di deformazione di metalli per cui è stato offerto da oltre 10 anni la capacità di parallelizzare il calcolo. Il calcolo parallelo è disponibile per tutti i processi di deformazione affrontati dal FORGE® NxT e compatibile con tutte le opzioni, compresa l'analisi accoppiata e disaccopiata degli stampi e l’ottimizzazione. Con la caduta del costo dei sistemi multi-core, l'elaborazione parallela è ormai accessibile a tutte le dimensioni aziendali. Con la capacità di calcolo parallelo FORGE® NxT consente di ottenere la massima scalabilità e l’uso del miglior hardware per calcoli fini in tempi più veloci.

Per i processi di deformazione a stampo aperto e per la forgiatura incrementale, in FORGE ® NxT è stato sviluppato un modello che permette:

  • una significativa riduzione dei tempi di calcolo
  • un aumento della precisione.

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Questo approccio, facile da configurare, noto come metodo “bi-mesh”, si basa sulla scissione automatica tra due mesh: una fine per eseguire il calcolo termico e per memorizzare tutte le variabili, e una mesh adattata (meno fine) per il calcolo meccanico per catturare deformazioni localizzate.


Innovativa Tecnologia di Meshing

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Diverse tecnologie innovative di mesh sono integrate in FORGE ® NxT per generare la migliore qualità di mesh per migliori risultati accurati.  Alcuni processi simulabili da FORGE ® NxT sono i processi multi-materiale, come ad esempio laminazione multi-layer o estrusione multi-materiale. FORGE ® NxT fornisce una tecnologia di meshing multi-materiale, con cui, il pezzo viene rappresentato da una mesh unica, composto da più materiali, diversamente da un approccio multi-corpo dove ogni materiale costitutivo ha la propria mesh indipendente.
Processi di deformazione di prodotti sottili (idroformatura, lamiera, ...) vengono affrontati in FORGE ® NxT con una tecnica di meshatura dedicata, anisotropica, la mesh è ottimizzata in modo da:

  • assicurare un determinato numero di nodi nello spessore con un ragionevole numero di nodi per la mesh globale FE del prodotto sottile
  • mantenere una mesh coerente per quanto riguarda i gradienti di temperatura, tensione e velocità
  • adattare la mesh alle curvature locali

Questa nuova funzionalità di meshing permette la creazione di mesh adattiva ed anisotropa, che garantisce una mesh fine ed ottimale ove richiesto, mantenendo un tempo di calcolo accettabile.


Modelli e Databases

Per descrivere il comportamento della parte deformabile in diverse condizioni caratteristiche, FORGE ® NxT ha diversi modelli reologici:

  • viscoplastico
  • elasto-viscoplastico
  • elasto-plastica

In aggiunta a queste leggi sono presenti i modelli per materiali anisotropi e per simulare l’incrudimento dinamico (kinematic hardening).
Il Data-Base dei materiali consta  di più di 1000 metalli per deformazione a caldo ed a freddo. E 'inoltre possibile editare ed integrare i dati tabulati o importarli da JMatPro. Tra i modelli di materiale disponibili sono presenti anche i dati di ricristallizzazione ed elettromagnetismo.
FORGE® NxT offre una vasta gamma di:

  • cinematiche di deformazione e attrezzature convenzionali: presse idrauliche, magli, presse a ginocchiera, presse meccaniche, presse a vite, presse per la forgiatura orbitale, rotativa, laminatoi per anelli, etc.
  • modelli di attrito: Coulomb, Tresca, legge viscoplastica ed i coefficienti di attrito non uniformi.
  • criteri di danneggiamento e rottura: Latham & Cockroft, Lemaître, Oyane, Shark skin, Rice&Tracey...

Infine, FORGE® Nxt è un codice aperto che permette agli utenti di definire i propri modelli attraverso l'uso di routine.


Flessibilità d’uso
FORGE ® NxT offre una grande flessibilità di utilizzo grazie a:
  • importazione di file CAD in formati neutri quali STEP, STL, UNV, NASTRAN / PATRAN, Parasolid.
  • esportazione in 2D e 3D in formato STL, DXF, UNV, 3D Ansys.
  • concatenamento di operazioni.
  • reportistica  automatica dei risultati di simulazione.
  • calcolo parallelo per un massimo di 64 core.
  • accesso illimitato a interfaccia grafica per implementazione di simulazioni e visualizzazioni dei risultati per il loro post-processamento.

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Applicazioni della Sperimentazione Virtuale sulla Forgiatura


Per maggiori informazioni: info@enginsoft.it

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