Strona główna / Badania naukowe » Działalność naukowa » Modelowanie matematyczne i fizyczne procesów przeróbki plastycznej

Modelowanie matematyczne i fizyczne procesów przeróbki plastycznej

Problematyka modelowania matematycznego obejmuje następujące główne zagadnienia:

W ostatnich pięciu latach pod kierunkiem prof. J. Osiki prowadzono prace badawcze nad nową koncepcją procesu walcowania rur na zimno w walcarkach pielgrzymowych nowej generacji. Nowy proces pielgrzymowy polega na walcowaniu rury walcami w nieruchomej klatce. Natomiast rura wraz ze stożkowym trzpieniem znajduje się na saniach wykonujących ruch posuwisto – zwrotny. Jak wykazała wstępna analiza takie rozwiązanie pozwoli zwiększyć odkształcenie i prędkość walcowania, co pozwoli na dalszą intensyfikację tego procesu. Dzięki znacznemu zmniejszeniu mas wykonujących ruch postępowy oczekiwać należy zarówno korzyści energetycznych jak i uprościć rozwiązanie konstrukcyjne.
Badania prowadzone były przy współpracy międzynarodowej z zespołem pod kierunkiem p. prof. Heinza Palkowskiego z Technische Uniwersytet w Clausthal (Niemcy). Po wstępnych badaniach i próbach przemysłowych przystąpiono do realizacji wspólnego polsko – niemieckiego grantu badawczego DAAD pt. „Badania płynięcia materiału w procesie walcowania pielgrzymowego na zimno”. Wobec braku rozwiązań nowego procesu na skalę nawet półtechniczną zdecydowano się prowadzić badania metodami modelowania fizycznego i matematycznego. Modelowanie fizyczne prowadzono w modelowej walcarce pielgrzymowej nowej generacji. Opracowano metodę stereofogrametryczną do pomiaru przestrzennych pól przemieszczeń. W ramach modelowania matematycznego okazało się konieczne zaprojektowanie od początku modelu matematycznego nowego procesu pielgrzymowania rur na zimno. Prof. J. Osika jest autorem własnych programów komputerowych do obliczeń klasycznego procesu pielgrzymowego, wykorzystywanych m. in. do projektowania kalibrowania walców walcarek pielgrzymowych.

Modelowanie procesów przeróbki plastycznej na gorąco, w tym wyciskania, realizowany jest w oparciu o pakiety DEFORM™ 2D i DEFORM™ 3D, umożliwiające symulacje procesów osiowosymetrycznych i trójwymiarowych. Jest to program będący w użyciu od kilku lat i pozwalający na dokonanie obliczeń procesów przeróbki plastycznej, takich jak kucie czy wyciskanie. Typowy proces modelowania numerycznego obejmuje założenie geometrii procesu wraz z opisem zachowania się materiału w warunkach odkształcenia, podanie parametrów samego procesu (prędkość narzędzi, kierunek ich ruchu itp.). Przetwarzania i analizy obliczeń można dokonać przy pomocy tzw. postprocesora. Postprocesor dostarczany w pakiecie DEFORM™ posiada wiele funkcji umożliwiających wizualizację wyników. Obok możliwości przedstawienia rozkładu prędkości, naprężeń i odkształceń można również przeprowadzić „wirtualną wizjoplastycznośc” dzięki funkcji FLOWNET. Niemal wszystkie prace badawcze oraz prace doktorskie, dotyczące procesu wyciskania obejmowały także etap modelowania numerycznego, jako poprzedzający prace projektowo – konstrukcyjne, związane z nową technologią lub doborem geometrii narzędzi kształtujących. Istniejące w Katedrze laboratorium modelowania komputerowego dysponuje sprzętem obliczeniowym dużej mocy, umożliwiające prowadzenie symulacji skomplikowanych procesów przeróbki plastycznej


Porównanie płynięcia metalu w procesie wyciskania, a) modelowanie fizyczne, b) modelowanie numeryczne

  • Komputerowe wspomaganie obsługi procesów produkcyjnych
Zrealizowane projekty:

Komputerowy system planowania, harmonogramowania i nadzorowania produkcji walcowni zimnej Huty im T. Sendzimira (obecnie ArcerolMitta)l w Krakowie (2001-2003)

System współpracuje z nadrzędnym systemem SAP i rozwiązuje problemy operacyjnego sterowania produkcją od przejęcia zamówienia, poprzez dobór ścieżki technologicznej, planowanie zasobów i harmonogramowanie produkcji w kolejnych etapach przetwarzania, wizualizację stanu realizacji zamówień do wypracowania sygnałów sterujących w oparciu o symulację pracy linii. System jest oryginalnym osiągnięciem zespołu, rozwiązuje bowiem problem planowania i harmonogramowania w warunkach procesów fazowych z kampaniami, istotnie różniących się od procesów montażowych, standardowo oprogramowywanych w systemach rynkowych. Konieczność organizowania kampanii powoduje zmianę kolejności przetwarzania jednostek produkcyjnych przed każdym agregatem, co uniemożliwia proste przewidywanie terminu wykonania wszystkich operacji i wymaga zaangażowania specjalnych metod, opracowanych przez autorów. System jest stale rozwijany i doskonalony.

Ekspercki system doskonalenia procesów wytwarzania części silników lotniczych z wykorzystaniem strategii Six Sigma (2006 – 2008, PZL WSK Rzeszów)

System jest zbudowany w precyzyjnej odlewni krytycznych części lotniczych, w tym łopatek sprężarek silników turboodrzutowych. Formy odlewnicze otrzymywane są, przez nakładanie wielu warstw ceramiki na woskowe modele (wytapiane w kolejnych operacjach), suszenie i wypalanie. Odlewanie realizowane jest w piecu próżniowym. W praktyce istnieje duże ryzyko pojawiania się wad, dyskwalifikujących wyroby. W celu ograniczenia ilości wad podejmuje się szereg działań w zakresie nadzorowania procesów, wykorzystania metod i technik jakości, wpisujących się w System Doskonalenia Konkurencyjności, obowiązujący w konsorcjum UTC. Wady struktury, objętościowe i powierzchni odlewów są bowiem poważnym zagrożeniem nie tylko w odniesieniu do bezpieczeństwa eksploatacyjnego wyrobu, jak i efektywności produkcji.
Podstawowe funkcje systemu związane są z monitorowaniem procesów technologicznych oraz dedykowaną analizą, skojarzonych ze sobą danych pozyskiwanych z pomiarów parametrów procesów (dane procesowe), śledzenia akcji na jednostkach produkcyjnych (wyniki śledzenia) oraz pomiarów stanu półwyrobów i wyrobów.
Wyniki pomiaru procesów i wyrobów są lokowane w bazach danych. Statystyczne i fizykochemiczne modele pozwalają na poszukiwanie przyczyn niekorzystnych zdarzeń i określanie optymalnych zbiorów parametrów poszczególnych jednostkowych procesów.
   
W obszarze modelowania fizycznego prowadzone są badania nad nowymi materiałami modelowymi, służącymi do wspomagania projektowania technologii oraz konstrukcji narzędzi do przeróbki plastycznej (prof. K. Świątkowski). Rozwój tych badań wiąże się utworzeniem przed kilkunastoma laty w ramach Katedry Centrum Transferu Technologii, sfinansowanego z programu europejskiego TEMPUS, a także z nawiązaniem współpracy naukowej z Technical University of Denmark oraz Strathclyde University w Glasgow.
Prace badawcze prowadzone są w laboratorium modelowania fizycznego i obejmują projektowanie materiałów modelowych na bazie wosków i plasteliny oraz wyznaczanie ich podstawowych własności technologicznych. Przygotowane materiały są stosowane do modelowania procesów wyciskania, kucia a także walcowania rur. Badania dostarczają m.in. informacji na temat płynięcia materiałów w różnych warunkach prowadzenia procesu oraz przy zmiennej geometrii narzędzi.
 

Powrót