Введение к работе
Лтуалыюсть твт тссеупащт. Исследования в области автоматизации технологической подготовки кузнечно-штамповочного' производства ведутся в странах СНГ и за рубежом. По результатам исследований созданы и внедрены на ряде промышленных предприятий программные комплексы и системы. Существующая теория автоматизированного проектирования носит главным образом описательный характер приемов и процедур, свойственных традиционным "ручным" подходам к проектировании, и базируется в основном на экспериментальных данных. Это влечет ограничение "возможностей САПР, недостаточно высокое качество проектных решений и проектируемых технологий в, целом. Не используются в полную меру возможности ссзременных быстродействующих ЭВМ в части математического моделирования технологических процессов с целью оптимизации параметров и выбора лучших в некотором смысле проектных решении. Как показывает опыт, кардинальное улучшение качества проектируемых технологий возможно на базе создания оптимизационных и имитационных моделей. При этом открывается возможность на стадии проектирования исследовать технологический процесс, подобрать и проверить о помощью моделей его параметры, обеспечивающие сбалансированность и учет возможностей рассматриваемых производств и технических требований, на изготовление изделий.' С помощью оптимизационных и имитационных моделей удается проектировать более экономичные технологии, прогнозировать качество ' штампуемых поковок, сводить к минимуму технологическую доводку '. штамповочного инструмента и экспериментальную отработку и проверку проектных решений.
Промышленность Республики Беларусь располагает развитым машиностроительным комплексом с крупными кузнечно-штамповочными и холодно-штамповочными производствами, а также специализированным заводом тяжелых поковок. Выпускаемая продукция характеризуется большой металлоемкостью, низким коэффициентом использования материала, значительным энергопотреблением. Как показывает мировой и отечественный опыт, создание и внедрение средств математического моделирования кузнечно-штамповочных технологий актуально, так ::ак этим обеспечивается повышение конкурентоспособности продукции и значительные экономические преимущества.
Связь работа с крупными научными программами, темами. Работа проводилась по следующим заданиям и темам республиканской программы фундаментальных исследований, общесоюзной и республиканскими научно-техническими программами:
-
Разработать и внедрить прикладные системы сквозного автоматизированного конструкторско-технологического проектирования для выбранных классов сборочных единиц и деталей мапнкост-роительного применения на основе базовой модели автоматизированного рабочего места и системы базового программного обеспечения САПР (Республиканская комплексная программа фундаментальных исследований в области естественных наук, период выполнения теш - 1985-1987 гг.), № 01.84.0001S30 ВНТВД СССР,
-
Создать и ЕЕссти в опытную эксплуатацию в Институте технической кибернетики Академии наук Белорусской ССР на базе вычислительного комплекса коллективного пользования и терминальных станций САПР исследовательский программно-технический комплекс для моделирования и автоматизации сквозных циклов конс-трукторско-технологичэского проектирования сборочных единиц и деталей машин с выдачей информации на ГАП (задание 09.09 А), (Общесоюзная научно-техническая программа (0.80.03) на 1985-1990 гг., "Создать новые и развить действующие системы автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) в народном хозяйстве", № 01.86.008039? ВНТЩ СССР).
-
Создать и ввести в эксплуатацию в ПО "МТЗ" САПР опытных моделей универсально-пропашных тракторов "Беларусь" (гадание 01.39.А), (та же программа, № 01.86.0030394 ВНТІЩ СССР).
-
Компьютеризованные системы инженерной технологической подготовки производства в отраслях машиностроения (Республиканская научно-техническая программа "машиностроение", № 19933 Белинформпрогноз).
Исследования по указанным программам, темам и заданиям проводились при непосредственном участии автора и под его научным руководством.
Цель и задачи исследования, мелью работы является повышение качества проектных решений при автоматизированном проектировании технологических процессов и штампов кузнечно-штампозочЕого производства, расширение функциональных возможностей соответс-
твукикх САПР. Лля достижения этих целей необходимо было решить следуюплг- основные задачи:
провести анализ существующих, методик проектирования в САПР и определить направления кх совершенствования:
разработать оптимизационную математическую модель конкретного вида технологического процесса кузнечно-штамповочного производства, определить на ее базе совокупность ограничений, основные варьируемые параметры, правила оценки вариантов, связь с целевой функцией, методы решения, обобщить рассмотренные подходы на проектирование других видоз технологических процессов куэяечко-штампозочного производства;
разработать методы моделирования пластического формообразования изделий, прогнозирования появления дефектов, оптимизации переходов и интенсификации процессов горячей итампозки;
провести опенку адекватности моделей, осуществить решение ко.теретных задач автоматизированного проектирования технологических процессов, внедрить в производство.
Научная вошівна. Предложен подход к проектированию технологических пооцеосоз куенечно-штамповочного производства на основе моделирования и оптимизации проектных-решений з САПР, поэво-лякгкй в отличие от традиционного подхода, заключающегося в использовании метола "проб и спибок", значительно ускорить технологическую подготовку производства новых изделий, сократить объем экспериментальных работ, получить экономию материалов и энергоресурсов.
Предложена математическая модель горячего пластического » формообразования осесимметричных поковок, штампуемых на молотах и прессах, -построенная с учетом условий наиболее адекватно отображающих реальные процессы деформирования и позволяющая, в отличие от упрошенных подходов и статистических моделей, с помощью специальной имитационной модели анализировать и прогнозировать на стадии проектирования з любой интервал времени горячей штамповки основные технологические параметры.
Впервые предложен метод автоматизированного проектирования технологических процессов горячей многоручьевой вальпоЕки, основанный на выборе оптимального варианта из множества допустимых и практически целесообразных, о точки зрения интенсификации режимов вытяжки, сведения к минимуму экспериментальной доводки
инструмента и минимизации затрат на изготовление заданного изделия.
Епервые предложен метод автоматизированного проектирования переходов формообразования, отличающийся обращением движения инструмента, оценкой равномерности процесса пластического де-формироЕания л обеспечивавший в отличие от традиционных подходов проектирование экономичных, менее металлоемких, энергосое-регагап-к технологий.
Прапттеская значимость полученных результатів. Результаты исследовании послужили основой для разработки програгашо-методических комплексов и систем автоматизированного проектирования технологических пропессоз и штампов' кузнечно-штамповочного производства. Комплексы и системы позволяют по заданному на входе описанию детали спроектировать штампуемую поковку, назначить при этом кузнечные напуски, припуски, допуски; выбрать основное штамповочное и вспомогательное оборудование; рассчитать размеры л выбрать исходную заготовку; достаточное количество технологических переходов, выбрать форму и рассчитать размеры заготовки после выполнения этих переходов; сконструировать штампы и в конечном ИТОГе СЛрОЭКТИрОВаТЬ ТеХНОЛаГИЧЄСКИЙ Процесс И ШГ2ІІПО-
зочный инструмент. S промышленности внедрены разработки:
-
Кнтегрирсваннач система автоматизированного проектирования технологических процессов и штампов горячей штамповки поковок колец подшипников в ссотзвэ подсистем: свободная ковка на молотах, горячая штамповка на молотах, горизонтально-ковочных машинах, поточно-механизированных линиях, автоматизированных комплексах, горячая раскатка на раскаточных машинах совместно с любым из вышеперечисленных видов процессов, холодная раскатка колец подшипников из трубных заготовок.
-
Системы автоматизированного проектирования технологических процессов и штампов горячей штамповки поковок обшемашиност-рсительного и специального назначения в составе подсистем горячей вальцовки фасонных заготовок под последующую штамповку поковок удлиненной формы и с перепадами поперечных сечений; горячей многопереходной-штамповки на молотах пскозок круглых в плане и близких к ним (в том числе специального назначения из высоколегированных жаропрочных металлов и сплавов);. свободной ковки на молотах цилиндрических, прямоугольных, комбинирован-
якх. полых ;i сплошных поковок, в том числе с применением подкладного инструмента; горячей раскатки фасонных колец на раска-точных мзішнах.
3. Программные комплексы для автоматизированного проектирования технологических процессов свободной ковки на молотах; поперечно-клиновой прокатки ступенчатых задов; горячей многоручьевой вальцовки фасонных заготовок. Программные комплексы используются в САПР технологической подготовки производства конс-грукторско-технологическими службами предприятий - Минского тракторного и подшипникового заводов, ПО "Минский завод автоматически.: линий", Копейского машиностроительного и Чэбаркудьско-го металлургического заводов. Переданы по контракту для внедрения в Болгарию и Чехословакию.
Эиааашыеская значимость. Повышается качество проектных решений, сводится к минимуму технологическая доводка штамповочного инструмента; ускоряется технологическая подготовка куанеч-но-шташовочного производства. Достигается экономия штампуемых материалов в среднем на 5-7 %, з в отдельных случаях до 10 ?.. Предложенные модели, методы, подходы и программные средства составляют основу новых наукоемких,- современных информационных технологий, пользующихся повышенным спросом на рынке, представлены в виде коммерческого продукта для реализации за рубежом.
Основные положения щссєртащи. выводимые на завету.
метод автоматизированного проектирования технологических процессов кузнечно-шгампозочного производства, основанный на использовании оптимизационных моделей и'имитации пластического формообразования изделий.
Математическая модель процесса формообразования осесиммет-ричных поковок, штампуемых на молотах и прессах, построенная с учетомусловий адекватно отображающих реальные процессы пластического деформирования и позволяющая, в отличие от традиционных подходов анализировать и прогнозировать на стадии проектирования в, лнбой интервал времени процесса горячей штамповки пластические течения и условия формообразования поковок в ручьях ковочных итампов, напряженна-деформированное состояние, температурные поля, износ и причины разрушения штампов, возможность появления в поковках различного рода дефектов, их расположение и причины возникновения, предполагаемые механические свойства
изделий, определять минимальное количество технологически-: переходов, форму и размеры заготовок в технологических переходах.
Метод оптимизации технологических переходов формообразования осесишетричньк поковок при горячей штамповке, отличающішся обращением движения инструмента и оценкой равномерности пластического деформирования.
Метод автоматизированного проектирования технологических процессов горячей многоручьевой вальцовки, основанный на ЕЫборе оптимального варианта процесса из множества допустимых по ограничениям и практически целесообразных, с точки зрения минимизации затрат на изготовление заданного изделия.
Метод минимизации количества технологических переходов горячей вальцовки и оптимизации формообразования, обеспечивающий проектирование технологических процессов с интенсивными режимами вытяжки изделия.
Программные комплексы и системы для автоматизированного проектирования технологических процессов кузнечно-штамповочного производства: свободной ковки на молотах, горячей штамповки намолотах, горячей штамповки на горизонтально-ковочных малинах, кривошипных горячешташювочных прессах в составе поточно-механизированных комплексов, автоматизированных комплексах, горячей раскатки на раскагочных машинах, холодной раскатки, горячей многоручьевой вальцовки фасонных заготовок, поперечно-клиновой прокатки.
Интегрированные системы автоматизированного проектирования технологических процессов кузнечно-штамповочного производства поковок общемашиностроительного и специализированного назначения.
Личный вклад. Отраженные в диссертации теоретические результаты получены лично автором. С помощью сотрудников лаборатории моделирования технологических процессов Института технической кибернетики АНБ А.С. Дубень, Л.В. Блиновой, Я.М. Еоголю-'бова, . А.И.,-Петровского разработаны и внедрены з производство -'системы автоматизированного проектирования и программные комплексы, выполнены экспериментальные работы. Совместно с В.А.Саф-роненко. рассмотрена и решена задача определения набора упорядоченных оптимальных схем формоизменения, с О.Л. Шведом разрабо-- тана математическая модель пластического формообразования осе-
симметричных поковок и состветствуящая программа.
Апробация уеауллшапая диссертации. Основные результаты дис
сертации доложены на научно-технических конференциях "Опыт соз
дания АСУ предприятиями и технологическими процессами" (Минск,
1985); "Автоматизация процессов технической подготовки произ
водства з условиях применения ШС" (Минск, 1986) г Y111 Коорди
национном совещании "Математическое обеспечение интегрированных
САПР-ГАП" (Устинов, 1987); IV Всесоюзном совещании по автомати
зации проектно-конструкторских работ в машиностроении (Минск,
1988); Зсесоюзной научно-технической конференции "Системы авто
матизированного проектирования в куэнечно-шташоьотнсм произ
водстве" (Москва^ 1983); . семинаре "Комплексная автоматизация
проектно-конструкторских работ" (Ленинград, 1983); Республи
канской научно-технической конференции по проблемам развития
автоматизированных систем и повышению эффективности их исполь- >
эования а народном хозяйстве республики (Минск, 1989); науч
но-технической конференции о международным участием "Актуальные
проблемы пластической обработки металлов" (Варна, 1390); науч
но-техническом семінаре "САПР в кузнечно-штамповочном произ
водстве" (Москва, 1990); школе-семинаре по системам автоматизи
рованного проектирования (Ленинград, 1990); отраслевой конфе
ренции по автоматизации проектирования в электронном машиност
роении (Ужгород, 1991); Республиканских научно-технических кон
ференциях "Теория и методы создания интеллектуальных САПГ в ма
шиностроении" (Минск, 1392, 1994); Международной конференции
"Оснастка - 94" (Киев, 1994). ' '
Опубликование результатов. По материалам диссертации опубликовано 70 печатных работ, в том числе одна монография, 39 статей, в которых достаточно полно отражены полученные результаты.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 225 страницах. Она содержит введение (4 стр.), четыре главы (145 стр., в том числе 28 рисунков), выводы ( 3 стр.) и список литературы, включающий 172 наименования (14 стр.). Приложение (50 стр.) включает акты о внедрении результатов работы и примеры автоматизированного проектирования.
