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FORGE® NxT pour l'industrie énergétique

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Avec la demande croissante en énergie ainsi que la « révolution verte », il y a un besoin plus marqué vers les procédés de forge libre. Dans ce domaine, TRANSVALOR a anticipé cette évolution et propose des fonctionnalités uniques qui permettent de satisfaire les exigences des industries nucléaire, éolienne, du pétrole en termes de qualité, de « time to market » et de réduction des coûts.

 

"En 2009, Buderus Edelstahl GmbH a introduit l’outil de simulation FORGE® et une nouvelle technique de mesure pour le forgeage libre.  Les raisons qui nous ont poussé à choisir une licence FORGE® 32-coeurs sont :

  • Un solveur d’éléments finis très stable et rapide,
  • Une technologie de pointe pour le calcul HPC,
  • Un pre- et postprocesseur multifonctionnel et convivial,
  • La très bonne qualité des résultats,
  • La possibilité de créer une interface liant FORGE® à notre système de mesure Lacam Forge II qui est installé à la presse 80/100MN.

Après 3 années d’expérience avec FORGE®, la simulation est devenue partie intégrante de notre technologie de production :

  • Analyser et améliorer les techniques existantes de forgeage,  contrôle de qualité et planification de la production « just-in-time » grâce à la capacité de calcul élevée.
  • Economies réalisées lors du développement de nouveaux produits et matériaux grâce à la haute précision des résultats."

Andreas Tewes
Buderus Edelstahl GmbH
Wetzlar, Allemagne

 

Cinématique réaliste

Pour les procédés de forge libre tels que l’étirage de barre, le bigornage, l’étirage sur mandrin, tous les nombreux mouvements subis par la pièce entre coups peuvent facilement être validés, les passages au four et le dimensionnement de l’équipement de presse nécessaire peuvent être prédis.

Grâce au fichier multi-passes, tous les déplacements et rotations imposés à la pièce (par exemple par les manipulateurs dans le cas de l‘étirage de barre) peuvent être définis facilement. La simulation de l’intégralité du procédé avec tous les coups est effectuée dans un seul calcul.

 

Pour le laminage circulaire, un pilotage amélioré reflétant les conditions cinématiques réelles assure une simulation précise. Le mouvement de recul des galets coniques ainsi que l’action des galets de centrage peuvent être prises en compte.

 

Traitements thermiques

La capacité en traitement thermique de FORGE® NxT permet de simuler la chaîne de procédés dans leur ensemble jusqu’à la trempe et le revenu, de façon à prédire la dureté, les changements de phases métallurgiques, les distorsions et les contraintes résiduelles. Différentes conditions de trempe peuvent être simulées :

  • Coefficient de transfert thermique non homogène,
  • Prise en compte de la descente dans le bain,
  • Trempe par spray.

Le modèle de trempe de FORGE® NxT supporte l’application des courbes TTT et TRC.

Simulation de l’opération complète de trempe d’un anneau creux en acier standard, incluant la phase de descente dans le bain. La distribution de température est représentée dans une plan de coupe.

  

Temps CPU optimal

Le temps CPU est un des challenges de la simulation des procédés incrémentaux très présents dans le secteur énergétique. Aussi, pour lever ce problème, une technique numérique innovante a été intégrée dans FORGE® de façon à réduire significativement les temps CPU tout en améliorant la précision des résultats de calcul. Cette méthode dite de bi-maillage est basée sur l’utilisation automatique de 2 maillages : un maillage fin pour le calcul thermique et le stockage des variables d’histoire et un second maillage adapté au calcul mécanique et aux déformations localisées. Cette méthode est entièrement compatible avec le calcul parallèle.

 
Prédiction de la taille de grain moyenne (ASTM) dans le plan de coupe et sur la surface à la moitié du procédé de martelage d’un lingot de 76t en acier standard. Ce calcul a pu être fait en utilisant la méthode du bi-maillage sur un maillage très fin à 400 000 éléments, permettant ainsi une analyse précise de la taille de grain.


Ce cas représente la prédiction de taille de grain durant l’opération d’étirage d’un lingot de 76t an acier faiblement allié. L’opération d’étirage est réalisée en 23 passes. La prédiction de microstructure requiert un maillage très fin de manière à capturer avec précision les gradients de taille de grains. Un tel calcul sur un grand nombre de nœuds EF a pu être possible avec l’utilisation de la méthode du bi-maillage. Dans le cas présenté, le maillage est constitué de 400 000 éléments and le temps CPU est de moins de 1 jour sur un cluster 12 cores.

 

De la fonderie au forgeage, un avantage concurrentiel unique

TRANSVALOR est le seul éditeur de logiciels dans le domaine de la mise en forme à pouvoir proposer la simulation complète de la fonderie à la forge. Cela est possible grâce au couplage entre les 2 logiciels de TRANSVALOR, THERCAST® et FORGE®, qui partagent une même architecture et structure de données. Grâce à ce couplage, les résultats de calcul de fonderie de THERCAST® peuvent être ensuite utilisés comme conditions initiales du calcul de FORGE®. Cela permet de suivre :

  • Les porosités : prédiction de la fermeture des porosités durant le forgeage à partir de la distribution obtenue en fin de la solidification
  • Les ségrégations et éléments chimiques : les zones à haute teneur en carbone ou appauvries en carbone peuvent être suivies jusqu’à la fin du procédé de forgeage.
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Suivi des porosités durant l’opération d’étirage sur mandrin d’un anneau creux issu d’un lingot de 140t. La surface bleue représente la surface englobant la zone susceptible de contenir des porosités. Cette zone est initialisée grâce aux calculs issus de THERCAST®.

 

 

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