QFORM – это уникальная по простоте использования и эффективности программа для моделирования, анализа и оптимизации объемной штамповки. Программа предназначена для технологов и конструкторов штампов. Она позволяет получить большой экономический эффект за счет сокращения времени разработки технологии, исключения пробных штамповок и экономии металла.

QFORM прекрасно интегрируется с любыми CAD системами, имеет интуитивно понятный пользовательский интерфейс и позволяет моделировать самые сложные процессы трехмерной деформации металлов.

QFORM является лидером среди программ в своем классе и пользуется заслуженной популярностью как при решении производственных задач, так и для целей обучения.

При разработке технологии обработки металлов давлением необходимо уметь правильно рассчитывать требуемые усилия, характер течения металла, напряжения и деформации, как в деформируемой заготовке, так и в штампах. Нелинейность задачи исключает возможность нахождения «простых» аналитических решений и требует применения сложного математического аппарата. В основе расчетного ядра конечно-элементной программы QFORM лежит моделирование процессов обработки металлов давлением с использованием теории течения. Данный подход к моделированию деформации металлов развивался проф. Г.Я. Гуном и его сотрудниками, зачиная с 70-х годов в МИСиСе. Дальнейшее развитие эти работы получили при разработке компьютерных программ моделирования таких процессов как прокатка, экструзия и штамповка.

Полностью автоматизированное математическое моделирование стало доступным для использования в условиях производства с выходом первой в России коммерческой программы FORM-2D предназначенной для конечно-элементного моделирования объемной штамповки. Программа была выпущена в начале 1991 года фирмой "Квантор" (Москва).

При ее создании были поставлены и решены следующие задачи:

Это было особенно важно, потому что зарубежные аналоги в то время ориентировались исключительно на использование дорогостоящих рабочих станций работающих под UNIX и предполагали высокую квалификацию пользователя в области конечных элементов, поскольку требовали ручного управления перестройкой сетки элементов.

FORM-2D работала под MS DOS и обеспечивала расчет осесимметричного и плоского течения металла, что полностью покрывало потребности моделирования круглых в плане поковок и моделирование поперечных сечений удлиненных поковок. Программа также эффективно рассчитывала напряжения и деформации в инструменте. FORM-2D несла в себе очень важные новаторские идеи, которые предопределили развитие в этой области на годы вперед.

Во-первых, были использованы треугольные конечные элементы высокого порядка. Их криволинейные границы значительно более точно аппроксимируют сложные контуры штампов и поковки по сравнению с линейными элементами при том же количестве узлов. При этом усложнение алгоритмов с лихвой компенсируется более высокой точностью решения по сравнению зарубежными аналогами, использующими линейные элементы.

Во-вторых, в качестве главного правила было принято, что пользователь ни при каких обстоятельствах не должен вмешиваться в процесс решения. Программа должна работать как "черный ящик", куда пользователь задает понятные ему технологические параметры и тут же получает результат. Для этого были разработаны эффективные методы автоматического построения конечно-элементных сеток. Основанный на адаптивном принципе генератор сетки конечных элементов строит сетку исходя из множества параметров, могущих влиять на точность решения в каждой точке (геометрическая форма, градиенты полей, близость деформирующих инструментов и многие другие). Это позволило строить сетки элементов с размерами, распределенными наиболее эффективным образом, сгущая их в зонах высоких градиентов и делая крупные элементы там, где градиенты невелики и не будет ущерба для точности решения. Высокое же быстродействие алгоритмов позволило строить новую сетку для каждого шага по времени, распределяя вычислительные ресурсы оптимальным образом.

Премьера FORM-2D на международной арене состоялась в ходе независимого тестирования, проведенного в рамках международной конференции по моделированию в процессах обработки давлением в Баден-Бадене (Metal Forming Process Simulation in Industry, Baden-Baden, Germany, 28-30 September, 1994) . Неожиданно для других участников теста FORM-2D показала одни из лучших результатов, как по точности, так и по быстродействию. При этом она была единственной программой работающей на персональных компьютерах, а не на рабочих станциях. Понятный интерфейс, надежная работа и высокая точность быстро завоевали признание пользователей и программа нашла применение на многих заводах в России и за рубежом.

Следующим этапом развития методов компьютерного моделирования процессов ОМД явилась разработка и выпуск компанией «Квантор-Софт» в1998 программы QFORM. Это полностью объектно-ориентированная и глубоко интегрированная программная система, предназначенная для работы в среде Windows. В отличие от программ конкурентов изменения не свелись к написанию Windows интерфейса к существующему ядру. Программа была спроектирована заново и были переписаны все коды, что потребовало около двух лет. При этом был учтен весь опыт и результаты исследований, накопленные к этому времени , а также самые современные технологии программирования появившиеся с повсеместным распространением Windows. Зато результат превзошел все ожидания. Впервые представленная на выставке Forging International в Бирмингеме (Англия, май 1998), QFORM вызвала большой интерес.

Совершенно изменился программный интерфейс. Он стал полностью интерактивным и графическим. Исчезли сами понятия пре- и пост-процессора поскольку подготовка данных, расчет и визуализация совмещены и синхронны во времени. Деформируемая заготовка и штампы показаны в виде реалистической трехмерной графики, причем форма заготовки непрерывно меняется на экране синхронно с ходом расчета. Не прерывая расчета, пользователь может переключать режимы и выводить различные поля и другие интересующие его результаты, анализируя протекание процесса не дожидаясь завершения моделирования.

Впервые в мировой практике пользователь получил возможность автоматического моделирования всей последовательности переходов штамповки как единой технологической цепочки, включая промежуточные операции охлаждения или нагрева. При этом, изменяя один или несколько параметров, пользователь может просчитать всю цепочку заново, легко создавая тем самым новые варианты технологии в рамках единого технологического проекта.

Дальнейшее развитие получила расчетная модель. Развитие конечно-элементного ядра позволило эффективно моделировать образование складок, когда свободная поверхность приходит в соприкосновение сама с собой и отслеживать историю деформирования этих дефектных образований через последующие переходы штамповки вплоть до конечного изделия.

С накоплением опыта и усовершенствованием алгоритмов были созданы предпосылки для создания программы для трехмерного моделирования процессов формоизменения металлов. Этому способствовал и рост популярности программ FORM-2D и QFORM, что позволило привлечь к разработке коллективы из разных стран с целью объединения усилий для такого сложного проекта. Усилиями международного консорциума и была выпущена программа QFORM3D. С российской стороны разработка с 2002 года велась компанией «КванторФорм», которая теперь распространяет программу на территории СНГ.

При разработке трехмерной программы важно было обеспечить простоту использования, возможность подготовки всех данных для расчета в течение нескольких минут, проведение расчета от начала до конца в полностью автоматическом режиме без вмешательства пользователя и получение гарантированно точного результата даже при отсутствии у пользователя специальных знаний в области теории конечно-элементного моделирования.

Для достижения этих целей было разработано и применено несколько совершенно новых решений. Вот основные из них:

QFORM3D объединяет двумерное и трехмерное моделирование в одной программе. С точки зрения пользователя это огромное преимущество. Программа полностью сохранила широчайшую функциональность, простой и привычный интерфейс своей двумерной предшественницы. Для перехода к трехмерному моделированию необходимо лишь выбрать в качестве исходной геометрической информации не двумерные контуры поперечных сечений, а твердотельные модели штампов и заготовки. Все остальные данные задаются также как и для двумерного расчета с использованием удобного и наглядного Мастера Подготовки Данных (Data Preparation Wizard), сводящего к минимуму возможность случайных ошибок.

Интеграция двумерного и трехмерного моделирования в одной программе дает уникальную возможность эффективно моделировать технологические цепочки, состоящие из нескольких штамповочных переходов, первые из которых обладают осевой симметрией и могут быть быстро решены в двумерной постановке (например, осадка и предварительные переходы), а последующие требуют полномасштабного трехмерного моделирования. Объектно-ориентированная структура программы создает очень комфортную и полностью интегрированную пользовательскую среду. Подготовка данных происходит параллельно с их отображением для визуального контроля, а расчет сопровождается одновременным графическим выводом результатов. Таким образом, "компьютерный эксперимент" заменяет натурные эксперименты, экономя трудовые и временные затраты на "доводку" технологии инструмента.

Эффективный импорт геометрической информации обеспечен надежным интерфейсом со всеми системами твердотельного моделирования. Программа поддерживает импорт IGES и STEP файлов, что исключает потерю точности по сравнению с использованием данных в STL-формате. Кроме этого она имеет прямой интерфейс с SolidWorks (SolidWorks Corp.), что значительно ускоряет работу. Поверхностные модели штампов, полученные при помощи PowerShape (Delcam Plc) также могут быть эффективно импортированы в QForm при помощи специально разработанной опции.

Используя в качестве исходных данных полную и точную геометрию штампов и заготовки, а также имея опыт применения нелинейной аппроксимации при решении двумерных задач, в QFORM3D впервые среди коммерческих программ удалось применить квадратичную конечно-элементную аппроксимацию для решения трехмерных задач. Это позволило существенно повысить точность решения, снизить потерю объема и добиться высокой надежности решения и достоверности предсказания дефектов штамповки. Описание поверхностей нелинейной конечно-элементной моделью позволяет производить перестройку сетки так часто как необходимо без «подрезания» поверхности в местах высокой кривизны, что характерно для линейных элементов.

Программа автоматически строит конечно-элементную сетку на поверхности и в объеме штампов и заготовки и перестраивает ее в процессе решения по мере необходимости. Поскольку в основе лежит нелинейная аппроксимация, то это позволяет применять наиболее сложные и эффективные полностью автоматические адаптивные алгоритмы построения сеток. Сетка сгущается в местах наибольшей кривизны поверхности и высоких градиентов решения и максимально разрежена в местах, где течение металла неинтенсивно (жесткие зоны) для экономии вычислительных ресурсов. В конечном итоге автоматически построенная сетка гарантирует высокое качество решения и его точность независимо от квалификации пользователя в области конечных элементов.

В настоящее время QFORM3D является одной из наиболее совершенных программ для моделирования процессов трехмерной деформации металлов, которая динамично развивается.

По сравнению с очень хорошо зарекомендовавшей себя предыдущей версией QForm 4.1 (2006 год) нам удалось:

Быстродействие повышено за счет: :

Для импорта исходной геометрии создана новая программа QShape,
включенная как компонент в состав QForm. Она позволяет:

Открывать любые геометрические файлы в стандарте STEP

Новые функциональные возможности:

При разработке версии 4.3 основные акценты ставились на совершенствование модуля QShape, уточнение моделей оборудования, разработку нового функционала. Перечень изменений в версии 4.3.

• Расчет упругой деформации при охлаждении заготовки.
• Использование до 20 инструментов. Моделирование прокатки.
• Задание произвольного направления движения приводов инструментов в спецоборудовании.
• Уточнение модели работы гидравлического пресса при усилии свыше номинального.
• Уточнение моделей работы винтового пресса и молота.
• Компоненты силы, момента и возможность оценки бокового сдвигающего усилия на инструментах.
• Новый пакетный режим работы.

• Импорт поверхностных IGS-файлов (QShape).
• Переразбиение сетки инструмента (QShape).
• Задание контура обрезки из DXF и IGS файла (QShape).
• Создан новый инструмент «бокс» для задания локальных условий на заготовке.
• Выбор расчётной сетки для инструмента.
• Управление сведения инструмента и заготовки при автоматическом позиционировании.
• Расчётпористыхматериалов

Расширен ряд моделируемых процессов:

• Раскатка колес
• Раскатка колец
• Поперечно-клиновая раскатка
• Прессование профилей
• Винтовая прокатка
• Моделирование индукционного нагрева
  

Расширен функционал инструмента «бокс»:

• Задание локальных граничных условий
• Управления сеткой

Программа может работать как 64х разрядное приложение:
сняты все ограничения по сложности решаемых задач.


Программа работает на компьютерах, имеющих до 8-и процессоров.

Добавлена функция моделирование формирования структуры (QForm-MS)

• Динамическуюрекристаллизацию
• Статическую рекристаллизацию
• Рост зерен
  

Новый подход к лицензированию программы:
рабочая программа может быть настроена по потребностям пользователя.
Для функциональных возможностей (или опций)

• Включение/выключение

• Задание времени работы