Peter Segle. Tillverkningssimulering vid IM. Tillverkningssimulering - IM. Heat treatment. Tillverkningssimulering - IM

Transkript

1 Tillverkningssimulering vid IM Peter Segle, Institutet för Metallforskning Tillverkningssimulering - IM Pågående verksamhet (ex. sätthärdning, genomhärdning) smide Stansnitning Ytförtätning - P/M Riktningsoperationer - restspänningar Tillverkningssimulering - IM Program ABAQUS/Standard ABAQUS/Explicit DEFORM-2D Heat treatment DistSIMR (by A. Thuvander, SIMR) Simulation of heat treatment of steel. Prediction of distortion and residual stresses resulting from quenching. Initial heat transfer analysis gives temperature field and phase transations. Subsequent mechanical analysis gives stresses. System of software to be used with ABAQUS. Thermal conductivity Specific heat Density Latent heat from transations Temperature Heat transfer coefficients Thermal boundary conditions Temperature calculation Heat transfer coefficients Specific heat Thermal conductivity Transation heat Specific heat [J/kg/K] ASP 223 Austenite Martensite Bainite Pearlite Phase transations TTT-diagram Mechanical response Mechanical boundary conditions Coefficient of thermal expansion Transation strain Elastic modulus Poisson s ratio Flow stress data Transation plasticity constant Thermal conductivity [W/m/K] 4 35 ASP Austenite Bainite 1 Pearlite 5 Martensite Temperature [ C] Temperature [ C] Peter Segle

2 Phase transation computation TTT-diagram Temperature [ C] ASP C / 3 minutes Martensite Pearlite Bainite Ac1f = 89 C Ac1s = 815 C Time [s] Martensite transation Koistinen-Marburger: f = 1 - exp(-γ (M s - T )) Diffusion controlled transation Avrami-Johnson-Mehl- Kolmogorov: f = 1 - exp(b t n ) Non-isothermal generalisation => Phase transation computation Temperature 1% Time 99 % Mechanical computation Flow stress: Stress / strain / strain rate / temperature / microstructure Thermal expansion Transation plasticity Elastic modulus, Poisson number Distortion of ring tool Steel K326 Hardened in fluidized bed and tempered 5 mm φ1 mm 35 3 Ma rte ns ite ASP 26 Measured distortion 25 2 B a in ite 35 3 ASP 26 Aus te nite 85 C Original shape Computed distortion (x1) s -1 1 P e a rlite 1-3 s s s s -1 Aus te nite s Temperature [ C] TRUE STRAIN Damage factor Max Principal stress Peter Segle

3 mm R 13 mm 2.4 mm 8 φ 81 mm Experimental Tvergaard with fitted q1 and q2 Tvergaard with original q1and q2 Gurson model 394 mm R 13 mm Deed tube after straightening (Three-point bending) SURFACE PROFILE [mm] 41. Upper surface of tube Calculated 39.5 Measured POSITION ALONG TUBE [mm] (Displacements x 2) SURFACE PROFILE [mm] Bottom surface of tube -4. Calculated Measured POSITION ALONG TUBE [mm] Peter Segle

4 Distortion from turning Distortion from cutting the turned ring off the tube (Displacements x 1) (Displacements x 1) Distortion from heat treatment (Here soft annealing) Out-of-roundness [µm] SAE 521, Rings turned from bent tube Inner radius - peak/valley Measured Computed Measured (Displacements x 1) (Displacements x 4) Before soft annealing After soft annealing Tillverkningssimulering - IM Vision om framtida verksamhet Svetssimulering. - stelningsstudier. Plåt - konstitutiva modeller - dent/flex. Simulera flera steg i en tillverkningsprocess - överföring av resultat mellan stegen - prediktering av mekaniska egenskaper. Utveckling av konstitutiva modeller för ökad noggrannhet i resultat. Peter Segle

5

6 Statistik Enkätsvar Simuleringsverksamhet i Sverige Redovisning av enkätsvar till workshopen Tillverkningssimulering Torsdagen den 18 april 22 Scania CV AB i Södertälje Scania Service och utbildningscenter Antal personer aktiva inom tillverkningssimulering Svarsfrekvens ~7% Ca 2 olika tillverknings Antal aktiva ~5 (medianvärde) ~7 (medelvärde) Antal programvaror 36 st TPM, Mattias Söderholm Tillverknings Var & vad Smide Plåt bearbetning Svetsning Tråddragning Extrusion Riktning mfl (9 st ) Smide Plåt bearbetning Svetsning Tråddragning Extrusion Riktning Fiberlindning Formfyllnad Stelning Stål tillverkning Järntillverkning Fogning Stansnötning Luleå Piteå viken Borlänge Hagfors Enköping Stockholm Karlstad Eskilstuna Kilsta Örebro Södertälje Trollhättan Mjölby Göteborg Jönköping Olofström Lund TPM, Mattias Söderholm TPM, Mattias Söderholm Programvaror Samarbetspartners LS-Dyna MSC Marc ABAQUS FLUENT ANSYS MAGMASOFT AdvantEdge AutoForm DEFORM 2/3D NovaFlow & Solid Institut/branschorganisationer IVF IM MEFOS Jernkontoret Gjuteriföreningen Högskolorna projekt program Kunder/andra företag Egen forskning Utomlands Tyskland Spanien Storbritannien NAFEM TPM, Mattias Söderholm TPM, Mattias Söderholm Mattias Söderholm

7 Vad ska simuleras i framtiden Viktiga punkter för utveckling av simulering Alla (relevanta) tillverknings Kärntillverkning Extrusion Pulverkompaktering Ståltillverkning Plastbearbetning Produktionsflöden Ergonomi Montering Kunskap om tillverkningsprocessen Kopplingen simulering-verklig process Datakraft och optimerad programvara Materialmodeller Förståelse för ickelinjär FEM hos ingenjörer Samarbete på högskolan Mekanik- Material-Process Samarbete högskola-företag Bättre grundläggande modeller Lättanvända simuleringsverktyg Kompletta simuleringsverktyg Lägre kostnadsnivåer Kompetensförsörjning från högskola produktionsteknik beräkningsteknik examensarbete TPM, Mattias Söderholm TPM, Mattias Söderholm Mattias Söderholm

8 TillverkningsSimulering Nätverk för TillverkningsSimulering NTS Mats Werke IVF Industriforskning och utveckling AB Workshop -Tillverkningssimulering - 18 April 22 Formfyllnad Plåtn. Fogning Värmebehandl. Bild Bild Syfte NTS Gemensam simulerings resurs för svensk verkstadsindustri Mål Effektivisera svensk produktframtagning Öka konkurrenskraften hos svenska underleverantörer NTS Fokus Tillverkning - Val av tillverkningsmetod - Effektivisering av verktygsframtagning Material - Val av material/material modeller Produkt - Stöd/Verifiering av produkt ut - Prediktering av produkt egenskaper Bild Bild NTS Högskolor Institut Nordisk NTS Network of excellence EU Uppgift NTS - Marknadsplats för virtuell tillverkning - Identifiering och genomförande av FoU - Kartläggning/Omvärldsbevakning - Samlad process- och simulering kompetens - Internationell Portal Företag Bild Bild Mats Werke

9 NTS - Virtuell marknadsplats Val av tillv.metod och material NTS - Virtuell marknadsplats Sekventiell simulering Företag Verktyg CAD Simulering Detalj Geometri Egensk. Analys Val Geometri, egensk. Mtrl/verktygskost Ämnes geometri Verktygsgeometri Process parametrar s simulering Detalj geometri Makrostructure Process parametrar Värmebeh. simulering Detalj geometri Mikrostructure Restspänningar Material Komponent simulering Lastbärande Förmåga/ Livslängd FE modell FE modell Last Plåtn. FE modell Formfylln. Bild Bild Identifiering o genomförande av FoU Tillverknings Identifiering o genomförande av FoU Tillverknings Svets Löd Lim Nit Snäpp Skruv Bom Kil Pinn Press Krymp Kläm Svets Löd Lim Nit Snäpp Skruv Bom Kil Pinn Press Krymp Kläm Bild Bild Identifiering o genomförande av FoU Tillverkningssimulering Identifiering o genomförande av FoU Tillverknings Svets Löd Lim Skruv Bom Kil Pinn Svets Löd Lim Skruv Bom Kil Pinn Nit Snäpp Press Krymp Kläm Nit Snäpp Press Krymp Kläm Industriellt etablerad Industriellt tillämpbar Under utveckling Forskningsfält Bild Bild Mats Werke

10 Identifiering o genomförande av FoU Tillverkningssimulering Identifiering o genomförande av FoU Tillverkningssimulering Svets Löd Lim Skruv Bom Kil Pinn Svets Löd Lim Skruv Bom Kil Pinn Nit Snäpp Press Krymp Kläm Nit Snäpp Press Krymp Kläm Industriellt etablerad Industriellt tillämpbar Under utveckling Forskningsfält Industriellt etablerad Industriellt tillämpbar Under utveckling Forskningsfält Bild Bild Web-plats NTS Network of Excellence NTS plåts nod Plåt Formfyllnad Återfjädring Dragvulster smidning gjutning Svetsning Veckbildning Midjebildning Material Friktion Värmebeh. Produkt Tråddragn. Material Kompetens Resurs Omvärldsbev.. Flerstegs. TB-. Adaptivitet Optimering FGK Bild Bild NTS Omvärldsbevakning/Seminarier NTS portal mot Europa EVEN European Virtual Engineering Network Budget: EURO Marknadsorienterat nätverk Expertis inom simulering, visualisering, kommunikation Bild Bild Mats Werke

11 Organisation - förslag Styrgrupp - Styrgrupp (Råd), finansiering - Intressegrupp - Högskolor/Institut/Företag - Samordnare Styrgrupp Y Z Samordnare Intressent Grupp Påverka finansiärer Strategiska stiftelsen Vinnova Nutek Företag NTS Bild Bild Intressegrupp Delområdesansvariga - Utför FoU - Utför uppdrag - Utför omvärldsbevakning - Genomför seminarier - Bidrar till nyhetsbrev - Bidrar till Web-plats samordnare (ex. IVF) Samordnar NTS - Organiserar och samordnar Web-plats - Utför FoU - Utför uppdrag, samordnar uppdrag ( Virtual Enterprise Manager ) - Ansvarar för marknadsföring - Utför och samordnar omvärldsbevakning - Genomför och samordnar seminarier - Ansvarar för nyhetsbrev Bild Bild Initiativ - IVF Nordiskt Nätverk NI Europeiskt Nätverk Nationell Nod till EVEN Bild Mats Werke