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FORGE® NxT - 둘러보기
단조산업을 위한 동급 최강의 시뮬레이션 솔루션
FORGE® NxT는 열간 및 냉간 성형공정해석을 위한 소프트웨어 솔루션으로, 거의 30년 동안TRANSVALOR 사의 주력 상품이며 전 세계 고객들에 의해서 사용 되어 오고 있습니다. FORGE® NxT는 자동차, 항공, 방위산업, 에너지, 건설, 의료 등 여러 산업 분야에서 단조품을 생산하는 기업들의 요구를 충족 시켜주고 있습니다.

FORGE® NxT는 밀폐단조, 자유단조, 롤링, 리듀서 롤링, 크로스 웨지 롤링, 스레드 롤링, 형상 롤링, 링 롤링, 로터리 포밍, 플로 포밍, 하이드로 포밍, 점진적 단조, 오비탈 포밍, 마찰 용접, 압출, 패스닝, 신선, 딥 드로잉, 전단 변형, 판재성형, 피어싱, 유리성형, 블랭킹, 초소성 단조, 트리밍, 뿐 아니라 정형화 되어있지 않은 공정들까지 대부분의 열간성형공정에 대한 시뮬레이션이 가능합니다. 그리고 유도 가열, 퀜칭, 침탄 그리고 템퍼링과 같은 열처리 해석도 가능합니다. 또한 냉간 공정 또한 FORGE® NxT에서 해석 할 수 있습니다. 냉간 공정에 대해서는 COLDFORM® 섹션에서 좀 더 많은 정보를 얻을 수 있으며, 이 모든 공정은 FORGE® NxT 내에 포함되어 있습니다.

직관적이고 사용하기 쉬운 그래픽 사용자 인터페이스와 결합 된 혁신적인 기술 및 광범위한 기능과 타의 추종을 불허하는 뛰어난 성능과 함께 FORGE® NXT는 새로운 제품에 대한 시도, 단조 시퀀스 입증, 현장 문제 확인, 단조 회수율을 향상시키고 혁신적으로 디자인을 개선하기 위해 적용해 볼 수 있는 프로그램입니다.
"나는 많은 단조 시퀀스 시뮬레이션을 위해 2008 FORGE®을 사용합니다. 정확성과 신뢰성 때문에 이 소프트웨어를 강력히 권장합니다. FORGE® 뒤에 Transvalor의 팀이 시뮬레이션 프로그램에 더 많은 성공을 가져올 수 있는 일을 하고 있습니다. 계속 사용할겁니다!"

Mohamad Cherri
Tool Design and Engineering
Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG
Herzogenaurach, Germany

전반적인 기능과 장점

FORGE® NxT는 다음과 같은 항목들을 원하는 경우에는 정확한 투자입니다.:
· 설계단계의 현저한 감소
· 시험 및 재료비 절감
· 제안서를 제출하고자 할 때
· 이전에 생산되지 않았던 복잡한 부품
· 시장출시 시간의 단축
· 현 제품공정의 최적화
· 금형 수명 연장
· 회사의 공정지식과 전문성을 유지하고 확보하고자 할 때
FORGE® NXT는 당신의 제품 및 프로세스에 신속하고 정확한 통찰력을 제공합니다. 이는 단조 공정을 정확하게 예측함으로써 설계와 단조공정을 검증할 수 있게 합니다.:
소재의 경우:
정밀한 제품의 성형을 위한 탄성 스프링 백을 포함한 최종 형상, 치수, underfillings, 과도한 소재 양, 접힘, 소재의 유동과 변형률 분포, 손상과 파단의 기준, 잔류응력, 미세조직 그리고 기타, 온도, 변형률 속도, 상당 변형률, 마모 그 외 추가 사용자 변수 등
금형의 경우:
마모, 손상, 응력의 분포와 파단의 위험, 공정 시간에 따른 온도 분포
장비의 경우:
단조하중, 프레스 잼 과 편향의 정확한 예측으로 적합한 장비의 선택
겹침/접힘 분석 : 철강 부품의 정확한 겹침 및 접힘 예측. 겹침/접힘 영역은 틀 내의 예시와 같이 붉은색으로 표시된다.
6기통 크랭크축 해석의 최종 공정(등가 변형률)과 성형하중(기계프레스)

쉬운 작업의 흐름

새롭고, 직관적인 그래픽 사용자 인터페이스는 부드럽고 빠른 워크 플로우를 제공합니다. 데이터 설정 시, 전처리 및 후처리 프로세서가 결합되어 있어, 특정 기능뿐만 아니라 미리 정의 된 단조 시퀀스를 처리하기 위한 액세스를 통해 쉽게 이루어집니다. 그래픽 인터페이스를 넘어, 이 플랫폼은, 회사의 표준 생산 공정을 기록 할 수 있는 가능성을 제공함으로써, 회사의 단조 지식의 저장소가 됩니다.

앞선 추적 기능

새로운 단조 부품을 설계하거나 현장 문제를 분석 할 때, 결함의 정확한 예측이 핵심입니다. 이러한 이유로, FORGE® NXT는 설정이 용이하며 단조 시퀀스 디자인에 중요한 이점을 가져올 수 있는 고유의 추적 기능을 내장하고 제공합니다.
· 표면의 겹칩은 쉽게 감지되고 시각화 될 수 있습니다.
· Fibering. Grain flow(소재 유동)은 전 공정 동안에 내부의 주름까지고 감지하고 예측하고 분석할 수 있습니다.
  최상의 정확한 데이터를 가져오기 위해 grain flow는 리메쉬될 수 있습니다.
· Underskin 결함은 유일한 표면 추적 기법 덕분에 검출될 수 있다. 내부 스킨은 내부 메쉬를 참조하여 생성이 되고 전체 성형공정에 대하여 추적된다.
  높은 정밀도를 위해 필요에 따라 리메쉬하기도 합니다.
· 전단표면추적 : 초기 빌렛의 전단면은 완전한 단조 시퀀스 동안 추적하고, 최종 형상에 편재 될 수 있습니다. 이 기능은 underskin 결함 검출과 같은 추적 기법에 따릅니다.
  전단면은 메쉬로 정의되고 추적된다.
· 플래쉬 표면 역 추적 : 최종 형상으로부터 플래시 면은 초기 역추적되고 초기 빌렛 형상에 국한시킬 수 있습니다.
자동차 부품의 최종 공정 단계에서의 파이버링 분석

금형해석

단조 과제 중 하나는 금형의 수명 예측 방법 및 금형 수명을 연장하는 것입니다. 전체 공정에서 금형의 응력레벨에 대한 예측과 이해는 중요합니다. 따라서, FORGE® NXT는 두 가지의 유연한 금형 분석 기능을 제공합니다 :
· Decoupled calculation(분리된계산) : 가공물에서부터 금형에 대한 Thermo-mechanical analysis는 독립적으로 실행됩니다. 이 방법은 2단계로 이루어져 있으며,
  매우 빠른 분석을 제공합니다. 첫번째 단계에서 단조 공정은 강성체(rigid die)로만 고려하고 실행되고, 두 번째 단계에서는 금형의 해석결과가 로딩되어 금형의 표면에
  뿌려지는데, 이때의 금형은 변형체(deformable) 금형이 됩니다. 이러한 접근법으로 금형에서의 모든 응력분포는 임의의 공정단계 뿐만 아니라, 마지막 공정단계에서의
  다이의 마모를 예측할 수 있습니다. 이 기법은 응력을 예측하는 첫 번째 단계로 추측합니다.
· Coupled calculation (결합계산) : 이 접근법에서 다이는 더 이상 단단하지 않고 다이의 변형이 고려됩니다. 따라서, 파트와 모든 다이 간의 thermo-mechanical 계산이
  수행됩니다. 이것은 deformable 바디 사이의 스마트 컨택 방법에 의존합니다. 이 경우에는 응력분포 뿐만 아니라, 다이의 변형, 온도, 손상 등을 예측할 수 있습니다.
  이 방법은 좀 더 정밀한 다이 분석을 할 수
Pre-stressed 다이는 deformable 다이의 수를 감소하게 하는 고급 간섭 맞춤법에 의해 쉽게 시뮬레이션 될 수 있습니다.
부품과 금형간의 전체 결합 열-기계적(thermo-mechanical) 분석. 금형에는 vonMises 응력 분포를 나타내고 있다.

유도가열

Transvalor는 국부 유도 가열 장치의 계산을 해결하기 위해 고유의 전자기 시뮬레이션 툴을 제공한다. 완전한 열처리 공정의 체인을 위해서, 유도 가열 직후에 따르는 퀜칭 공정을 시뮬레이션 할 수 있다. 또한 단조 작업 전의 빌렛 가열에도 사용할 수 있다. 본 해석의 주요 이점은, 담금질 후의 온도의 분포가 요구되는 정도에 따르는지에 대한 예측을 할 수 있는 높은 정확성이다.

유도에 의한 가열은 와전류에 의해 생성 된 주울 효과에 기인한다. 이러한 와전류는 자기장으로부터 기인(대체) 인덕터를 통해 발생되는 전류이다. FORGE® NxT의 유도 가열 용량은 전자기 계산 및 가열 해상도 간의 분할에 의존한다.
· 전자기 시뮬레이션은, 파트와 하나 또는 그 이상의 인덕터를 포함하여 세로 구리 시트와 공기같은 추가적인 오브젝트를 포함한 글로벌 메쉬에서 실행된다.
  이 메쉬작업은 설정하기 쉽고 강력한 메쉬 기술 덕분에 달성된다.
· 가열해석은 이전에 계산 된 가열 분포에서 가열 온도 분포를 제공하는 정기 열 문제 해결이다.
두 가지 해상도는 전자기 파라미터 온도 의존성을 고려하여 쉽게 결합 될 수 있다. 적절한 전자기 파라미터 데이터베이스는 상업용 패키지로 제공된다. 유도 가열 해상도는 정확한 온도 분포를 가지로 퀜칭해석을 진행할 수 있다.
위의 예제에서는 니켈기 합금 부품으로 부분적으로 유도가열되었다. 후속 성형단계는 이 가열된 영역에서 수행된다. 이 파트는 나선형 회전 코일에 위치해 있다. 온도 분포 결과는 축대칭조건이 아니므로 정확하게 계산되어질것이고, 우측 왼편의 동영상과 같이 나타날 것이다.
이 예제에서 입자의 성장모델이 추가로 사용되었다(위 우측 비디오). 이후 성형 공정 시뮬레이션에서의 정확한 온도와 입자 크기의 초기 분포에 도움이 될 것입니다.

광범위한 열처리 및 야금 기능

실제 트렌드에 맞는 사용 속성 예측에서, 성형 공정 뿐만 아니라, 열처리 및 야금 공정에 대한 예측 또한 점점 더 중요해지고 있습니다. 따라서, 이렇게 증가하는 수요를 충족시키기 위해, FORGE® NxT는 광범위한 열처리 포트폴리오를 내장하고 완전하게 열 처리 흐름을 시뮬레이션합니다.
· 침탄처리: 이 처리법은 냉각 후 마르텐 사이트상의 다량 탄소 때문에 재료의 표면을 경화시킬 목적으로, 오스테 나이트 상의 강철에 수행된다. 카본 함유량의 국부적인
  증가로 국부적으로 경화가 증가되기 대문에, 이 공정은 화학원소의 확산 시뮬레이션에 따른다. 이 계산의 경과는 제품 내의 카본의 함량을 정밀한 분포로 나타내므로
  이후 열처리 작업 흐름에 이용된다.

· 담금질처리: 담금질을 통해 표면 담금질 뿐만 아니라, 다양한 냉각조건과 비균일한 경계조건에 대한 시뮬레이션을 고려할 수 있다. 이 해석의 주요 장점은 구성품의
  잔류 응력, 경도, 변형 및 왜곡, 야금 위상의 성분예측이다. 이 모델은 변형역학과, 기계적인 거동 그리고 열적 변화 사이의 결합에 의존합니다. 변형역한 모델은
  Johnson Mehl Avrami Kolmogorov (JMAK) 공식을 기반으로 합니다. 각각의 조직상은 고유의 열-기계 거동을 하고 상의 분율을 고려한 혼합 규칙이 사용되었습니다.

· 뜨임처리: 뜨임 열처리 단계는 잔류응력을 감소시키고 경도과 연성간의 적절한 타협을 찾을 수 있기 때문에 완전한 열처리 작업흐름을 중요합니다. FORGE® NxT로
  담금질처리에서부터 뜨임처리까지 열처리 마지막 단계에서의 제품의 경도를 예측하는 것이 가능합니다.

· 야금 성형 중의 변화 : 온간단조나 국부냉각 공정에서, 상의 변화는 나타날 수 있습니다. 이것은 스틸의 성형공정중의 상변태 모델을 통해 관찰됩니다.
TTT 다이어그램과 CCT 다이어그램 모두 FORGE® NxT 열 처리 기능에서 지원됩합니다. 내장되어 있는 그래픽 사용자 인터페이스는TTT곡선과 CCT 곡선을 시각화하고 변경할 수 있게 합니다.
높은 기술의 구성품을 위해, FORGE® NxT는 가열과 성형 중 입자크기나 재결정과 같은 미세조직 예측을 가능하게 합니다. FORGE® NxT 재결정모델은 다음을 예측할 수 있는 거시적 모델을 기반으로 하고 있습니다.
· Dynamic recrystallization,동적 재결정
· Static/Post-dynamic recrystallization,정-동적 재결정
· Grain growth.입자성장
재결정 데이터는 다양한 형태의 물성에서 폭넓게 가능합니다. (low carbon steels, austenitic stainless steels, microalloyed steels, Nickel super alloys)
"FORGE® 매우 영향력있는 금속 성형 시뮬레이션 소프트웨어입니다. FORGE는 수 년 동안 우리가 높은 수준의 자신감과 신뢰성을 가지고 새로운 성형 프로세스를 개발 할 수 있게 해주었습니다. 많은 분야에 그 용량의 지속적인 발전은, 열처리, 금속 또는 소재 데이터로서, 우리가 성형된 부품의 특성에 영향을 미치는 공정 변수의 연구를 깊이 있게 볼 수 있는 가능성을 준다. 성형 프로세스를 설계 할 때 중요한 역할을 하는 FORGE®는 우리의 일상 업무에 필수입니다"

Inaki Perez Bilbao
Research & Innovation
TECNALIA
Derio, Spain
열처리 마지막 단계에서의 경도예측

유일한 완전 자동 최적화 도구

TRANSVALOR는 지난 5년간 최첨단과 지속적으로 향상된 기능을 가진 최적화 시장의 선두주자입니다. 이와 같이, FORGE® NxT 단조 회수율을 향상시킬 수 있는 가장 좋은 상업적 해결책을 제공한다. FORGE® NXT 최적화 기능은 두 가지 목적으로 사용되는데, 단조 부품 및 공정 파라미터 식별에 대한 전자동 설계 도구로 사용됩니다.
· 단조 부품에 대한 완전 자동 설계 도구입니다. 이 응용 프로그램의 주요 장점은 초기 빌렛의 무게를 감소시킴으로써 재료 비용을 절감하고, 성형 하중을 줄임으로써
  에너지 비용을 절감하고, 금형의 스트레스 수준을 최소화하여 금형의 수명을 연장하는 등 여러 가지가 있습니다.
이 고급 기능으로, 최종 사용자는 어떠한 실험계획법도 정의 할 필요가 없다. 최적의 솔루션이 발견 될 때까지 각 파라미터 값은 입력 없이 완전히 자동으로 결정된다. 최적화 파라미터는 소재 업자가 제공하는 치수에 따라 특정한 비연속의 값들 중에서 선택될 수도 있다. 매우 안정적이고 강건한 FORGE® NxT는 최종 제품의 품질에 대한 요구 사항을 보장하는 범위 내에서 복수의 동작 시퀀스 단조 초기 빌렛 경량화한다. 이것은 완전 자동 방식으로 달성된다. 복잡한 형상의 복잡한 기하학적 매개 변수에 대한 자동 설계는 유일한 상용 CAD 패키지와의 고급 커플링 기능 덕분에 가능하다. ProE wildfire starting version 5.0 과 Creo, SolidWorks는 2012버전을 시작으로 현재 기술지원이 되고 있다.

캐드 시스템에서의 자동 세팅

최적화 전(빨간색)과 최적화 후(파란색)
CAD 시스템과 연계된 최적화 기능 덕분에, 초기 빌렛 중량은 5.1 kg로 부품마다 약 10%의 무게를 절감하였다.
· 역 분석을 통한 해석 공정 파라미터 식별
FORGE® NxT는 마찰 계수 또는 소재 모델의 파라미터와 같이 측정 될 수 없는 공정 변수의 식별을 허용한다. 최적의 파라미터는 참조가 되는 특별한 실험 커브를 활용하여 자동으로 계산된다. 이 기능의 직접적인 장점은 정확한 파라미터 값의 사용으로 해석의 신뢰도와 정확도를 높이는데 있다.

타의 추종을 불허하는 CPU 시간 감소

TRANSVALOR는 계산 시간을 줄이는 혁신적인 수치 기법의 선두 주자입니다. TRANSVALOR 10 년 이상 고유의 병렬 기능을 제공하고 있는 유일한 단조 시뮬레이션 소프트웨어 편집기입니다. 이 병렬계산은 열-기계적 계산과, 리메쉬 그리고 데이터 전송이 각 영역별로 분리되는 기반으로 되어 있습니다. 병렬계산은 FORGE® NxT에 의해 계산되는 모든 옵션으로 금형 응력해석, 자동 최적화 등을 포함한 모든 공정에서 사용할 수 있습니다. 멀티 코어 시스템의 하강 비용으로 병렬 처리는 모든 사업 규모에 접근할 수 있습니다. FORGE® NxT 병렬 기능은 빠른 계산 시간에 대한 가장 높은 확장성 및 하드웨어의 최선을 얻을 수 있습니다.
스티어링 섹터 축의 완전 단조 공정(5단계)에 대한 계산 시간 대 코어의 수. 해당 해석에 대한 병렬계산 효율은 80%이다.
개방형 다이 및 점진성형 공정의 경우, FORGE® NxT는 다음과 같은 최첨단 수치 기술을 제공합니다 :
· 현저한 계산 시간 감소
· 정밀도의 향상, CPU 시간에 적합한 미세 요소사용
“bi-mesh” 법으로 알려진 이 방법은, 두 망 간의 자동 분할에 의존합니다. 하나의 미세 메쉬는 열역학을 계산하고 저장하고 모든 변수에 대해 기록합니다. 그리고 개조된 메쉬는 국부적인 변형을 모사하기 위해 기계적인 계산에 사용되어 집니다.
이 새로운 기술은 미세 메쉬를 지정하여 쉽게 설정하고, 개조된 메시가 자동으로 추론된다. 그것은 HPC 계산과 완벽하게 호환됩니다.
FORGE® NxT는 베킹, 코깅, 점진성형 등과 같이 국부적으로 성형이 되면, CPU 요구하는 공정들을 위한 “bi-mesh” 기법을 넣었다. 이러한 방법은 해석 결과의 질을 보장하면서도 CPU 시간을 현저하게 줄인다.

혁신적인 메쉬 기술

복합적이고 획기적인 메슁 기술은 최고의 정확한 결과를 위한 가장 좋은 메쉬를 생성하기 위해 FORGE NxT에 집적되어 있습니다.

FORGE® NxT 에 의해 명시된 공정 중의 한 부분으로 멀티-머티리얼(multi-material) 공정은 다중소재를 이용한 롤링 공정이나 압출공정이 있다. FORGE® NxT는 멀티-머티리얼 메슁기술을 제공한다. 이 기능으로 가공품은 다중 소재를 포함하고 있는 특수한 메쉬로 표현된다. 이 다중소재는 기존의 다중물체 접근과는 다르며, 고유의 독립적인 메쉬에 각 고유의 물성이 있다.

액압성형, 시트 금속 성형 등과 같은 얇은 제품 성형 공정 또한 FORGE® NXT에 의해 해결된다. 전용 메쉬 기법으로, 메쉬하도록 최적화되어 있습니다 :
· 얇은 제품 전체 FE 메쉬에 대한 합리적인 노드의 수와 두께방향으로의 특정한 노드의 수를 확인
· 온도, 유효변형률, 속도의 변화도에 관한 adapted mesh를 유지
· 국소 곡률에 맞게 메쉬 적용
이 새로운 메쉬 기능은 적절한 계산 시간을 유지하기 위해 요구되는 크기의 최적의 적절한 비등방성 메쉬를 만든다.
초소성 공정을 이용한 티타늄 합금 자전거 헤드튜브

모델 및 데이터베이스

부품의 거동을 묘사하기 위해 FORGE® NxT는 여러가지 모델을 제공합니다.
· Viscoplastic laws
· Elasto-viscoplastic laws
· Elasto-plastic laws. 이것은 냉간성형해석에서 최종형상, 잔류응력과 탄성회복을 정밀하게 예측하는 진정한 elasto-plastic 모델입니다.
이러한 모델에 더하여 비등방성 소재에 대한 모델도 가능합니다. 마지막으로, kinematic hardening과 같은 복잡한 경화 또한 가능합니다.

1000가지 이상의 폭넓은 물성데이터를 제공함, 냉간공정과 열간공정에서 활용할 수 있습니다. 또한 JmatPro와 SenteSofware에서 생성된 자료를 사용할 수도 있습니다. 사용 가능한 데이터 중에 재결정 데이터와 전자기 데이터도 있습니다.

FORGE® NxT는 다양한 프레스 타입을 제공합니다. 기존 유압프레스를 포함하여, 카운터 블로우 해머 프레스, 너클 프레스, 기계 프레스, 단속 유압 프레스, 스크류 프레스의 넓은 범위를 제공하며 궤도 단조(orbital forging), 로터리-스웨이징(rotary-swagging) 프레스를 포함 링롤링 조종을 위한 링밀 등이 있습니다. 센터링 링 롤은 링의 직경이 증가하는 것에 따라 제어 될 수 있습니다.

Coulomb, Tresca, viscoplastic 뿐만 아니라 불균일한 마찰계수도 적용할 수 있습니다.

유사하게, 여러 데미지 criteria가 사용될 수 있습니다: Latham&Cockroft, Lemaitre, Oyane, Shark skin, Rice Tracey…

마지막으로 FORGE® NxT는는 사용자가 고유의 루틴의 사용을 통해 고유의 모델을 정의할 수 있도록 코드를 개방해두었습니다.

사용의 유연성

FORGE® NxT 는 다음과 같이 그 사용에 있어서 굉장히 유연합니다:
· STEP, STL, UNV, NASTRAN/PATRAN, Parasolid와 같은 포맷의 CAD 파일 가져오기
· 2D and STL DXF format, UNV, 3D Ansys 파일로 내보내기
· 공정간의 자동 연결해석
· 자동화된 해석 보고서
· 병렬로 최대 64코어의 해석 지원
· 프리-프로세서와 포스트-프로세서를 이용한 전처리, 후처리 그래픽 인터페이스 무제한 접근