Virtuální simulace – způsob, jak vyrábět kvalitní výrobky s nízkými náklady, čím předstihnout konkurenci, či jakým způsobem optimalizovat výrobní program. Umožní modelovat reálné chování výrobku během provozu i během výrobního procesu přímo v počítači, a dosáhnout tím výrazného nárůstu produktivity, zvýšení kvality a urychlení inovačního procesu.
Nadnárodní společnost ESI Group, jíž je společnost MECAS ESI součástí, je lídrem a největším světovým novátorem v oboru počítačových simulací. Její aktivity směřují k vývoji integrovaného výpočetního prostředí, ve kterém lze simulovat kompletní zkoušky prototypů (např. nárazové zkoušky), technologické procesy (lisování, svařování, lití, tepelné zpracování apod.) a samozřejmě jejich vzájemné interakce. ESI Group cíleně a soustavně rozšiřuje své produktové portfolio a integruje jej do tzv. VirtualTryOutSpace. Díky této strategii může nabídnout i simulace v oblasti vibroakustiky, elektromagnetické kompatibility, biomechanické modely, nebo dokonce i multifyzikální simulace s vlivem chemických reakcí a biologických procesů. Cílem společnosti je postupný přechod ke kompletnímu virtuálnímu vývoji výrobku, prototypu či výroby. Kromě nejmodernějšího softwaru zabezpečuje firma zákazníkům kvalitní technickou podporu od předprodejního servisu a instalace programových souborů přímo na pracovišti uživatele přes úvodní školení, až po odbornou pomoc na telefonické „horké lince“. Tým inženýrů MECAS ESI poskytuje technickou podporu a konzultace v oblasti pasivní bezpečnosti, výrobních procesů tváření, lití, svařování, ale také např. proudění a elektromagnetické kompatibility. Zákazníkům je k dispozici nejen v sídle společnosti v Plzni, ale i v kancelářích v Brně a Mladé Boleslavi.
V oblasti numerických simulací se společnost ESI Group, resp. pobočka MECAS ESI, mimo jiné zaměřuje na následující procesy:
- Lití (produkty ProCAST a QuikCAST)
- Plošné tváření (produkty PAM-STAMP2G, PAM-TUBE)
- Svařování a tepelné zpracování (produkty SYSWELD a PAM-ASSEMBLY)
Numerická simulace slévárenských procesů
Numerická simulace slévárenských procesů si v posledních letech vybojovala pevné místo mezi nástroji používanými pro optimalizaci navrhovaných technologií výroby odlitků. Ačkoli vlastní zkušenosti technologa jsou stále nezastupitelné, simulační software může být v jeho rukou mocným nástrojem, který mu umožní optimalizovat procesy, zvýšit využití kovu, snížit procento neshodných výrobků a tím zefektivnit výrobu. Cílem matematického modelování je doladění navrhované technologie ve fázi přípravy výroby tak, abychom se vyhnuli nákladnému experimentálnímu zkoušení. Velice silnými a účinnými nástroji v této oblasti jsou programy QuikCAST a ProCAST. Program QuikCAST je uživatelsky příjemný a jednoduchý program, který je určen k velice rychlým výpočtům a optimalizaci fáze plnění a tuhnutí odlitku včetně predikce slévárenských vad. Program pokrývá široké spektrum slévárenských technologií. Program ProCAST je založen na metodě konečných prvků a umožní precizní řešení technologií gravitačního lití do písku, lití za zvýšených sil, přesného lití, metody LostFoam, Thixocasting a dalších. Program nabízí komplexní rozbor od nalití kovu do formy, po konečné zchladnutí odlitku. Výpočet umožňuje analyzovat proudění a ochlazování taveniny v průběhu zaplňování slévárenské formy, dále řeší problematiku přestupů tepla během tuhnutí a chladnutí odlitků a v neposlední ředě nabízí výpočty mikrostruktury, napjatostí a deformací. Na základě provedených analýz umožňuje rovněž predikovat výskyt slévárenských vad typu zahlcený vzduch, studené spoje, trhliny a další.
Numerické simulace plošného tváření
V oboru plošného tváření se lze často setkat se simulačním systémem PAM-STAMP 2G. Uživatelské prostředí je příjemné, intuitivně se ovládá a díky objektové konstrukci celého systému jej lze zákaznicky modifikovat. Základními moduly jsou Meshing, DIEMAKER, QUIKSTAMP Inverse a AUTOSTAMP. Řešený díl ve formátech IGS, VDA a CatiaModel se otevře v projektu PS2G. Takto otevřený model dílu nebo již navržené tažnice, obsahuje plochy a konečno-prvkovou síť. Poté se dá přepnout do režimu QUIKSTAMP a řešit odhad lisovatelnosti z geometrie dílu numerickým řešičem Inverse nebo ověřit lisovatelnost na navržené tažnici v modulu AUTOSTAMP, či zůstat v CADu a začít konstruovat technologické plochy nové tažnice. Po jejich vytvoření funkcemi DIEMAKER se konstruktér nástroje může přepnout do režimu AUTOSTAMP a řešit odhad lisovatelnosti výlisku na virtuálních nástrojích a provádět iterační kroky změn geometrie technologických ploch a nástřihu. Řešič AUTOSTAMP pracuje s kompletním modelem nářadí. Pomocí makra se z virtuální tažnice velmi jednoduše vytvoří další nářadí. Pak už stačí vybrat příslušné makro pro definování procesu a spustit řešič AUTOSTAMP. Pro konstruktéra a technologa je důležitá interpretace výsledků. PS2G nabízí post-processing vybavený funkcemi, s jejichž pomocí se dá rychle a jednoduše popsat fyzikální stav výlisku z hlediska ztenčení, resp. zhutnění plechu, napjatosti a deformace na horní a dolní ploše nebo vztažené na střednici výlisku. Hlavním přínosem PS2G je poskytování validačních výsledků, to jest výsledků shodujících se s výsledky z reálného lisování.
SYSWELD – simulace všech technologií svařování
Program SYSWELD je založen na metodě konečných prvků a slouží k provádění virtuálních numerických simulací svařování a tepelného zpracování. Výsledkem numerických analýz jsou teplotní pole, rozložení jednotlivých materiálových struktur, tvrdost v jednotkách HV, velikost austenitického zrna, celkové plastické deformace, zbytková napětí a globální distorze svařovaných celků. Program SYSWELD obsahuje tři následující moduly – tepelné zpracování, svařování a „weldingassembly“. Programem SYSWELD lze simulovat téměř všechny známé technologie svařování, jako jsou obalenou elektrodou, MIG, MAG, TIG, automatem pod tavidlem, elektrostruskové svařování, laserové svařování, svařování svazkem elektronů, bodové svařování… V oblasti tepelného zpracování lze simulovat procesy, jako jsou kalení do různých kalicích médií (voda, vzduch, různé typy olejů, polymery), dále povrchové kalení (laserem, plamenem, metodou TIG), indukční kalení. V rámci simulací tepelného zpracování lze provádět i analýzu cementace nebo nitridace. Výsledky např. nacementované vrstvy jsou dále uvažovány v numerické simulaci tepelného zpracování. Numerické analýzy svařování, resp. tepelného zpracování, se uplatňují jak v automobilovém (svařování různých rámů a konstrukcí, tepelné zpracování kroužků, ozubených kol), tak v těžkém průmyslu (svařování velkých konstrukcí, tlakových nádob, opravy svařováním, hřídelů, generátorů, tepelné zpracování desek, klikových hřídelů, kroužků velkých průměrů, obručí, oběhových kol atd.).
Autoři: Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D., Ing. Rudolf Petrmichl, Ing. Marek Slováček, Ph.D., Bc. Andrea Petříková
www.mecasesi.cz
