Centrum för CTS CTS. Centrum för. TillverkningsSimulering. vid IVF. IVFs målsättning med CTS. IVFs målsättning med CTS. IVFs målsättning med CTS

Transkript

1 Centrum för TillverkningsSimulering CTS Ramin Moshfegh Centrum för TillverkningsSimulering vid IVF Plåtformning Smidning Planerat CTS Nätverk Värmebeh. Fogning Svetsning Robotsim. IVF Industriforskning och utveckling AB Workshop -Tillverkningssimulering - 8 April Bild Bild Bild Bild 4 Föra ut kunskap från FoU-projekt kring simuleringsteknik till företag Föra ut kunskap från FoU-projekt kring simuleringsteknik till företag Bevakning av teknikutveckling inom området Bild 5 Bild 6 Ramin Moshfegh

2 Föra ut kunskap från FoU-projekt kring simuleringsteknik till företag Bevakning av teknikutveckling inom området Företagets förväntningar och målsättning med CTS? Föra ut kunskap från FoU-projekt kring simuleringsteknik till företag Bevakning av teknikutveckling inom området Företagets förväntningar och målsättning med CTS? Bild 7 Bild 8 Forskningsfront inom plåtformning Behov av CTS och NTS för plåtformning Återfjädring Dragvulster Veckbildning Midjebildning Material Friktion Återfjädring Dragvulster Veckbildning Midjebildning Material Friktion Varmform. Flerstegsform. TB-form. Adaptivitet Optimering FGK Varmform. Flerstegsform. TB-form. Adaptivitet Optimering FGK Bild 9 Bild FEA av Formnings- och Värmebehandlingsprocesser Dragning i flerstegsoperationer Sträckpressning Hydroformning av plåt Förformning och hydroformning av rörprofiler ( Structural frame part) Flexformning Rullformning Bockning Flänsning Varmformning Processparametrars inverkan på mikrostruktur, hårdhet, härddjup och restspänningar Kylning av genomvärmda detaljer (Termisk- Metallurgisk- Mekanisk) Induktionshärdning (Elektromagnetisk-Termisk- Metallurgisk-Mekanisk) Utveckling och Rådgivning inom CTS Utveckling av rutiner för transformering av FE-resultat mellan olika FE-program Framtagning av processparametrar Rådgivning avseende materialval för olika formningsapplikationer Parameterstudie kring olika materialmodeller och processegenskaper mha FE-teknik Prediktering av instabilitet Midjebildning Veckbildning Brott Simulering av erhållna egenskaper Dent, flex Återfjädring Bild Bild Ramin Moshfegh

3 Aktuella projekt inom tillverkningssimulering Företagsuppdrag inom ramen för CTS (Plåtformning, Värmebehandling) IMS-RPD- (Hybrid Prototyping) EVEN (European Virtual Engineering Network) VAMP (Formning av sammanfogat ämne) Svetssimulering med avseende på formriktighet In-linehärdning av stålkomponenter Gaskylning för miljöanpassad härdning Beredning av värmebehandlingsprocesser m h a enkla simuleringsverktyg (D) Planerade projekt inom tillverkningssimulering IMS-EURobust Sekventiell och stokastisk simulering för robust konstruktion Produkt- och processoptimering IMS-Virtual Heat Treatment Simuleringsbaserade beslutshjälpmedel för värmebehandlingsprocesser Bild Bild 4 Ramin Moshfegh

4 Simuleringsaktiviteter Industriell Produktion KTH Aktiviteter inom Integrerad produktframtagning Konstruktionsutformningar Modalanalys Flöden och värmetransport Process-simuleringar Skärande bearbetning Plastisk bearbetning Inriktning mot Grundutbildning Användning av kommersiella programvaror Forskning/forskarutbildning Utvärdering av kommersiella programvaror Utveckling av nya programvaror Grundsyn - simulering för produktframtagning Tillverkningskostnader i % av totalkostnad Konsept Konstruktion Simulering Concurrent Engineering Testning Process Planering Ackumulerad kostnad Påverkbar Kostnad Direkta utgifter Ledtid Önskad utveckling Tillverkning Bild Bild Integrerad produktframtagning VISP Virtuell Integrerad Simuleringsstödd Produktframtagning Projektmål Att utveckla en effektiv, flexibel och industrirelevant modelleringsoch simuleringsmetodik, samt en informationsplattform som möjliggör integrerad framtagning av kundanpassade, högpresterande modulära produkter och produktprogramkonfigurerade tillverkningssystem. som möjliggör integrerad framtagning av: kundanpassade, högpresterande modulära produkter produktprogramkonfigurerade tillverkningssystem Samlad erfarenhet hos deltagarna Integrerad produktframtagning VISP Referensmodell WP State-ofthe-art WP Simuleringsmetodik WP5 Simuleringsplattform WP4 Informationsplattform WP Demonstrator WP6 Analys - slutsatser & fortsatt arbete WP7 Teknikspridning & rapportering WP8 Förstudiefas Utvecklingsfas Verfieringsfas Analysfas Budget: MKr på år Bild Bild 4 Integrerad produktframtagning Datorsystem för Konstruktion och Tillverkning Informationsplattform baserad på STEP integrerad mot simuleringssystem för flödessimulering. Separerade produkt-, berednings-, process- och tillverknings-systemdata Ändringar som görs i en produktionsberedning, en process eller en anläggning spars direkt i ett "Manufacturing Data Management System Från detta MDM System förses olika simulerings och andra tillämpningar med aktuella data. Data matas således aldrig direkt in i ett simuleringssystem för att där ändras och underhållas Samverkan med Chalmers inom projektet "Digital Plant" för simulering av tillverkning. Konstruktionsutformningar Modalanalys (KTH/System R/VINNOVA/EU) Utformning av verktygsinfästningar och fixturelement för maximal dämpning Flöden och värmeöverföringar (KTH/HTU) Studier av högtryckskylnings inverkan vid borrning Utformning av borrar och simulering av värmetransport i borrhål Bild 5 Bild 6 Bo Lindström

5 Frame 5 Apr No Dataset X(mm) Max Shear Stress (MPa).6E+.49E+.6E+.4E+.E+ 9.9E+ 8.68E+ 7.45E+ 6.E+ 4.98E+.75E+.5E+.8E TIME Temperature (C) Konstruktionsutformning - Experimentell Modalanalys och Simuleringar Undersökning av dynamiska egenskaper hos ett mekaniskt system Utvärdering av modala parametrar (frekvens, vibrationskurvans utseende, dämpningen samt den dynamiska- och statiska styvheten) Chuck Konstruktionsutformning - Modalanalys X Z Work piece Y 9 Pallet 7 8 Points, & 5 4 Macro Pallet System -Discretised in 5 points for modal analysis and mode shape animation Undamped Damped Simulering av dynamiska egenskaper för konstruktionen Modes in Y-Direction UNDAMPED SYSTEM VS. DAMPED SYSTEM Mode - Rotation Bild 7 Bild 8 Flöden och värmeöverföringar - borrning Statiska trycklinjer Dynamiska trycklinjer - rotation Borrutförande - flöden Process-simulering - Skärande bearbetning Utvärdering av kommersiella program Jämförelse simulering - verklighet Utvärdering av skärtekniska brister Bättre modeller Skärkrafter, temperatur Programvaror Third Wave Systems AdvantEdge ANSYS» Max skjuvspänning» Skärkraft - tid» Temperatur Third Wave AdvantEdge Y (mm) FX, FY Third Wave AdvantEdge Y (mm) X (mm) Bild 9 Bild Process-simulering - Plastisk bearbetning Arbetsmaterial Plastisk deformation Materialegenskapers inverkan Deformationer av micro- och macroinneslutningar Eliminering av ytsprickor vid valsning Verktyg/material Förslitningsmodeller Friktionsmodeller, inverkan av smörjning, min. av energi Miljöpåverkan Smörjningsegenskaper och miljöpåverkan Simuleringsprogram Kommersiella: ABAQUS, LS-DYNA, DEFORM, Q_FORM 9 st egenutvecklade för: Sänksmidning, Valsning, Rör- och tråddragning Extrusion och tråddragning Vision om framtida verksamhet inom IIP/KRH Utveckling av VISP-projektet (hela produktframtagningskedjan) Utveckling av olika moduler till VISP Utveckling av bättre processmodeller för integrering i hela produktframtagningen Bild Bild Bo Lindström

6 Temperature (C) Simulation and Control of Industrial Processes Simulation and Control of Industrial Processes An R&D profile for HTU-T The overall strategy of the group is: To develop, from industrially identified problems, new methodologies for integrated process design in simulation and control of manufacturing processes, using advanced sensor systems and applied information technology. Staff Researchers Lars Pejryd (Professor) Per Nylen (PhD ProductionTechnology) Anita Hansbo (PhD Mathematics) Niklas Järvstråt (PhD Mechanics) PhD students Fredrik Danielsson (DMU Leicester, Mechatronics) Robi Bandyopadhyay (LTH, Material Technology) Tomas Beno (KTH, Material Process Design) Mikael Eriksson (LTH, Production Technology) Martin Friis (LTH, Material Technology) Michael Nordström (CTH, Mechanics) R&D Engineers Alice Boussagol Jerome Lemaitre Xavier Guterbaum Technicians Mats Blomstrand Mats Högström Stefan Björklund Ulf Hulling Kjell Hurtig Trainee François Arniaud Laboratory Resources A fully automated lab. including material lab., CNC & CMM machines, 7 robots, high pressure drilling, Rapid Prototyping... A robotised TIG welding cell A robotised YAG-laser welding cell is under installation A Thermal spray cell including flame, plasma and HVOF is planned for Parallell Computer cluster with UG, Marc, Ansys, Fluent, IGRIP, RobCAD... Different levels of Manufacturing Simulation Factory level Component Third Wave AdvantEdge Y(mm) Process level Off-line Programming of Robots X (mm) Machine level Component level Niklas Järvstråt

7 Distortion control in TIG-Welding Mikael Ericsson Drilling with high pressurised cutting fluid Tomas Beno Robot kod ex Rapid (ABB), utan I och v Trajektoria IGRIP CAD/ CAM Geometri ex IGES Parameterised CAD model directly linked to CFD simulation Translator Fullständig robot kod IRB Controller Optimering FEM av I och v I, v för full penetration struktur, HAZ.. (distortion) Bra och optimal svets Simulation of Plasma and Flame Spraying Alice Boussagol, Robi Bandyopadhyay Current Intensity, Plasma flow Objectives: Argon flow rate Injection Particle in-flight characteristics Coating properties properties Substrate parameters Develop and and validate a gas gas and and particle flow flow model Study process parameter sensitivity Optimise process conditions Influence of the Plasma Spray Process on the Coating Microstructure Martin Friis Objectives: Investigate and optimize the relationships between: The process parameters and the particle characteristics. The particle characteristics and the coating microstructure. Investigation of the relationships between process parameters and weld characteristics in TIG welding Xavier Guterbaum Objectives: Process parameters (I, VW) Melt properties (T, T ) Weld properties (geometry, mechanics, microstructure) Develop deeper knowledge about the the TIG TIG process. Define a control strategy and and develop an an on-line control system. Shape defects in sheet metal forming Michael Nordström Objectives: a better understanding of of long long waved, short short amplitude finish problems from from sheet sheet metal forming formulate a criterion for for when this this happens. Form defect Niklas Järvstråt

8 ,5,,5, Strain (%) Validation_Bodner.mdf (Test) Validation_Bodner.mdf (Model) Parameters Log Number of Function Calls E N KK Material Modelling for Manufacturing Simulation (Not started) Component similar test design Constitutive modelling Numerical parameter optimisation FE analysis Testing Stress (MPa) ( ε& ε& ) σ& = E p R+ σ ( T ) σ X f ( T ) ε& Sinh p = ε& e Sign( ) ( ) σ X f T R& = H R ( T ) ε& p, X& = H X ( T ) ε& p Parameter Value Parameter Values: Name Minimum Initial Maximum Final Units E MPa Ny NA D 59. Sec- N None A Sec- A NA KK MPa Z MPa Z MPa Z MPa M 5.55 MPa- M MPa- R None R None Simulation and Control of Industrial Processes Conclusion An interdisciplinary manufacturing process simulation and control research group has been created at the University of Trollhättan/Uddevalla. The research is concentrated at machine and process levels, in thermal spray, TIG welding, drilling and sheet metal forming. Niklas Järvstråt