Бенчмарк по экструзии алюминия 2017
С 20 по 24 июня 2017 года в конгресс-центре PalaExpo итальянского города Вероны совместно прошли 10-й Конгресс Алюминий 2000 и 6-я Конференция по экструзии алюминия+Бенчмарк-2017. Эти два мероприятия были настолько переплетены друг с другом, что невозможно было понять, где еще Конгресс, а где уже Конференция. Все четыре рабочих дня Конгресса и Конференции были заполнены докладами, презентациями и дискуссиями, а также мастер-классом по анодированию и посещением соседней специализированной алюминиевой выставки METEF.
См. подробнее По итогам Конгресса и Конференции+Бенчмарк-2017
Наука и техника алюминия
Научно-техническая часть Конгресса и Конференции проходила параллельно в четырех конференц-залах и охватывала следующие темы:
- Рынки алюминиевой продукции, стратегии развития, логистика
- Анодирование и окрашивание алюминия
- Экструзия алюминия и «бенчмарк» компьютерных программ
- Применение экструдированного алюминия
- Слитки для экструзии алюминия
- Матрицы и другой инструмент для экструзии алюминия
- Инновационные технологии в экструзии алюминия
- Микроструктура экструдированного алюминия
- Завод по производству экструдированного алюминия
- Оптимизация процесса экструзии алюминия
- Ковка алюминия
- Разливка и литье под давлением алюминия
- Алюминиевые профили для поглощения энергии удара
- Производство и обработка алюминиевого листа для автомобилестроения
- Обработка поверхности алюминия
- Очистка стоков алюминиевых предприятий
- Сварка алюминия
Бенчмарк-2017
Бенчмарк – состязание компьютерных программ
Одним из самых интересных событий на Конгрессе и Конференции было представление результатов «бенчмарка» – «слепого» тестирования лучших компьютерных программ по моделированию процесса экструзии алюминия и сравнение результатов их расчетов с результатами промышленного эксперимента. Английское слово benchmark включает понятия «тестирование», «сравнение с эталоном» и не имеет прямого аналога в русском языке. Поэтому для удобства так и будем его называть «бенчмарк».
Подобные тестирования компьютерных программ для моделирования экструзии алюминия – бенчмарки – проходят уже несколько раз. Их цель – оценивать возможности компьютерных программ на основе метода конечных элементов в моделировании реальных промышленных экспериментов по экструзии алюминия, а также стимулировать их развитие и совершенствование.
Прессовый инструмент и профили
Производилось моделирование экструзии алюминиевого сплава 6005А на матрице портхол с двумя зеркальными С-образными отверстиями для двух полых профилей (рисунок 1).
Рисунок 1 – Основные размеры алюминиевых экструдированных профилей А и В в холодном состоянии [1, 2]
Главной задачей Бенчмарка-2017 являлось изучение изменения температуры матрицы и другого прессового инструмента в ходе экструзии (прессования) сложных полых профилей.
Комплект прессового инструмента состоял из семи частей (рисунок 2) [2]:
- рассекатель/оправка (1),
- матрица (2),
- подкладка (3),
- матричное кольцо (4),
- больстер (5),
- больстерное кольцо (6) и
- суббольстер (7).
Рисунок 2 – Все «в сборе» для компьютерного моделирования:
алюминиевая заготовка, профили А и В, матричное кольцо с рассекателем/оправкой, матрицей и подкладкой (1, 2, 3),
больстерное кольцо с больстером (5, 6) и суббольстер (7) [1]
Измерение температуры
Для измерения температуры прессового инструмента применялись 7 термопар, две из которых были установлены вблизи рабочих поясков матрицы обоих профилей (профиля А и профиля В), а остальные 4 – в различных местах матричного кольца (рисунок 3).
Рисунок 3 – Расположение термопар в матрице и матричном кольце [1]
Кроме того, работал бесконтактный пирометр на выходе из матрицы. Он был направлен на профиль А на расстоянии 630 мм от наружного торца суббольстера.
Технологические условия
- Пресс: промышленный (SAPA), 30 МН (3000 тонн);
- Внутренний диаметр контейнера: 210 мм;
- Длина контейнера: 1055 мм;
- Диаметр заготовки: 203 мм;
- Длина заготовки: 810 мм;
- Скорость пресс-штемпеля: 9,86 мм/с;
- Рабочий ход пресс-штемпеля: 792 мм (810 мм длины заготовки минус 18 мм длины пресс-остатка);
- Тянущее усилие пуллера (два профиля одновременно): 110 кг (1100 Н);
- Первые 4 заготовки – с 1 по 4: для стабилизации температуры прессового инструмента;
- 4 заготовки – с 5 по 8: промышленные эксперименты с охлаждением профилей воздухом (1 ºС/с);
- 4 заготовки – с 9 по 12: промышленные эксперименты с охлаждением профилей водой (100 ºС/с);
Начальная температура
- Температура пресс-шайбы: 350 ºС;
- Температура контейнера: 410 ºС;
- Температура заготовки: 465 ºС передний торец, 360 ºС задний торец (перепад 105 ºС по длине заготовки);
- Температура матрицы: в печи – 480 ºС, остывание до 451-470 ºС в ходе загрузки в пресс.
Материалы
- Алюминиевый сплав: 6005А-О;
- Материал матрицы и другого прессового инструмента: сталь AISI H-11, 45-47 HRC.
Представление результатов
Результаты моделирования экструзии всех участников бенчмарка-2017 были представлены в следующем виде:
- Расчетное усилие прессования
- Температура обоих профилей на выходе из матрицы
- Скорость профилей на выходе из матрицы
- Температура матрицы в семи заданных точках
- Отклонения языков матрицы в направлении экструзии
- Расположение продольных сварных швов в профилях
- Размер зерен микроструктуры профилей при воздушном охлаждении
- Размер зерен микроструктуры профилей при водяном охлаждении
- Протяженность следов «старой» заготовки от места остановки пресса при смене заготовки
- Искривление профилей по отношению к номинальной форме.
Результаты промышленного эксперимента
Некоторые интересные результаты промышленного эксперимента:
- Градиентный нагрев заготовки обеспечивает изотермическое прессование профилей: постоянную скорость 24 м/мин на выходе из матрицы и постоянную температуру около 580 ºС (рисунки 4 и 5)
- Температура на рабочих поясках матрицы постоянна и составляет около 575 ºС (рисунок 6)
- Температура матрицы вблизи матричного кольца составляет около 360-380 ºС (рисунок 6)
Рисунок 4 – Скорость профилей А и В на выходе из матрицы
Рисунок 5 – Температура профилей А и В на выходе из матрицы
Рисунок 6 – Температура матрицы вблизи поясков (Т1 и Т2) и
вблизи матричного кольца (Т3-Т6)
- Максимальное отклонение языков матрицы в ходе экструзии составляет около 0,5 мм (по результатам моделирования).
Участники Бенчмарка-2017
В Бенчмарке-2017 приняли участие 6 компьютерных программ различных компаний из различных стран.
См. подробнее Программа Конгресса и Конференции+Бенчмарк-2017 (Room Verdi, 20-21 июня 2017).
Одним из участников этого бенчмарка являлась компьютерная программа QFORM VX компании QuantorForm Ltd. QuantorForm Ltd является одним из мировых лидеров в области разработки и внедрения компьютерного моделирования обработки металлов давлением.
Победила дружба
Результаты «слепого» моделирования шестерых участников этого состязания, а также результаты промышленного эксперимента, были представлены на общее обозрение всем участникам Конгресса и Конференции. Кроме того, все участники бенчмарка сделали доклады по результатам своих вычислений.
Не вдаваясь в подробности, отметим, что результаты расчетов весьма близки к результатам промышленного эксперимента.
Особенностью этого бенчмарка, как и всех предыдущих, являлось то, что вследствие сложности решаемой задачи, он не считался официальным соревнованием, турниром или чемпионатом компаний-разработчиков программ. Напротив, это мероприятие является уникальной возможностью – дружественной и благожелательной – уточнить некоторые моменты в практике моделирования экструзии алюминия для каждого его участника. Поэтому победитель этого «состязания» официально не объявлялся.
Источники:
- ICEB2017-Benchmark Settings – Donati L., A. Gamberoni, B. Reggiani, L. Tomesani – University of Bologna – 10thAluminium Two Thousand World Congress – 6th ICEB International Conference, 2017.
- BENCHMARK EXPERIMENTAL RESULTS – Donati L., A. Gamberoni, B. Reggiani, L. Tomesani University of Bologna10th Aluminium Two Thousand World Congress – 6th ICEB International Conference, 2017.