Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технологических процессов изготовления баллонов высокого давления и средств автоматизации технологической подготовки производства
1.1 Актуальность и проблемы использования методов холодной обработки металлов давлением в современном производстве 12
1.2 Содержание процессов глубокой вытяжки 17
1.3 Анализ диссертаций по проблеме исследования 20
1.4 Компьютерные средства исследования технологических операций обработки металлов давлением 24
1.4.1 QFORM3D 24
1.4.2 AutoForm 29
1.4.3 DEFORM 35
1.5 Выводы. Цель и задачи исследования 40
2 Методика анализа процесса глубокой вытяжки 42
2.1 Моделирование операции первой вытяжки 45
2.1.1 Операция первой вытяжки 49
2.2 Вычислительные эксперименты, направленные на получение адекватного процесса моделирования 53
2.2.1 Определение скорости движения пуансона 54
2.3 Выявление зависимости параметров процесса первой вытяжки от коэффициента трения 60
2.4 Оценка величины шага решения 63
2.5 Моделирование последующих вытяжек
2.5.1 Вторая вытяжка 67
2.5.2 Третья вытяжка 67
2.5.3 Четвертая вытяжка 68
2.6 Проверка адекватности процесса моделирования 68
2.6.1 Измерение готового изделия 68
2.6.2 Описание методики анализа процесса глубокой вытяжки [87] 73
2.7 Выводы по второй главе 76
3 Разработка компьютерных средств автоматизации технологического процесса глубокой вытяжки 77
3.1 Автоматизация расчетов заготовки для операции глубокой вытяжки 78
3.2 Автоматизация расчета параметров инструмента вырубки заготовок для вытяжных операций 87
3.3 Автоматизация расчета параметров полуфабриката и инструментов для вытяжных операций 90
3.4 Автоматизация определения числа вытяжек 101
3.5 Организация информационных потоков взаимодействия компьютерных средств автоматизации технической подготовки процессов глубокой вытяжки 107
3.6 Выводы и результаты по третьему разделу 109
4 Автоматизация подготовки управляющих программ 111
4.1 Определение опорных точек контура обработки матрицы, содержащей сопряжения линий и дуг 111
4.2 Определение опорных точек контура обработки матрицы, содержащей сопряжения дуг
4.3 Автоматизация процесса формирования управляющих программ 117
4.4 Проверка правильности формирования УП 123
4.5 Методика автоматизации технической подготовки производства стальных баллонов высокого давления 125
4.5.1 Верификация методики автоматизации технической подготовки
производства стальных баллонов высокого давления 128
4.6 Выводы по четвертой главе 131
Заключение 132
Список использованных источников
- Компьютерные средства исследования технологических операций обработки металлов давлением
- Моделирование последующих вытяжек
- Автоматизация расчета параметров полуфабриката и инструментов для вытяжных операций
- Методика автоматизации технической подготовки производства стальных баллонов высокого давления
Введение к работе
Актуальность темы. Метод глубокой вытяжки представляет собой необратимую деформацию металла, при которой заготовке с помощью специального вытяжного инструмента придаётся требуемая форма. При этом соответственно степени деформации изменяются структура и механические свойства металла полуфабрикатов изделий.
Изготовление изделий методом глубокой вытяжки находит широкое применение за счёт обеспечиваемой точности, экономичности, сравнительно небольшой станкоёмкости, высокого коэффициента использования металла.
В качестве технологических инструментов используются пуансоны, продав-ливанием которыми материалов через матрицы на прессах последовательно приобретается требуемая форма изделий.
Наиболее затратными по времени, материальным и финансовым ресурсам являются изготовление новых образцов технологических инструментов, отладка технологии изготовления изделий и производственные испытания.
Необходимость многократного выполнения данных этапов связана с тем, что существующие методики расчёта геометрии технологического инструмента имеют большие погрешности, которые вызываются различиями производственных процессов и неоднородностью материалов. Данные различия нивелируются за счёт ввода в методики расчёта уточняющих коэффициентов, диапазон значений которых может иметь значительный разброс.
В большинстве случаев использование уточняющих коэффициентов приводит к тому, что окончательные решения по изготовлению новых технологических инструментов и отладке технологии принимаются только после длительной серии изготовления опытных образцов изделий.
Вместе с тем, жёсткие временные ограничения, диктуемые рынком, недоукомплектованность квалифицированными кадрами, ограниченность финансовых средств на внедрение новых технологий, необходимость сохранения и совершенствования разработанных техпроцессов вызывают острую потребность в разработке и использовании нового содержания системы технической подготовки производства (СТПП), как совокупности взаимосвязанных процессов научного поиска и обоснования возможных направлений развития и создания новой техники, технологии и организации производства, обеспечивающих повышение эффективности как в сфере производства, так и в эксплуатации.
С развитием компьютерных технологий СТПП все более интегрируется в единую автоматизированную систему технической подготовки производства (АСТПП), выполняющую роль верхнего уровня управления предприятием, обеспечивающего развитие ресурсов предприятия для выпуска всё более совершенных изделий в нужных количествах в установленные сроки и с минимальной себестоимостью.
Требуется максимальная эффективность в работе подразделений, обеспечить которую возможно лишь с использованием АСТПП, связанных с разработкой конструкторской и технологической документации на необходимые изделия, а также быстрым перепрофилированием оборудования цехов и участков предприя-
тия, занятых их изготовлением.
В этих условиях особую актуальность приобретает разработка и использование компьютерных средств для комплексной автоматизации АСТПП, включая разработку технологического процесса глубокой вытяжки, проектирование технологического инструмента, разработку управляющих программ для систем ЧПУ современного оборудования по его изготовлению и автоматизированное оформление конструкторской и технологической документации.
В связи с этим, актуальной научной задачей является разработка комплекса программных средств для автоматизации системы технической подготовки производства изделий методом глубокой вытяжки.
Цель работы – повышение эффективности производства изделий методом глубокой вытяжки на основе разработки и использования современной платформы автоматизированной системы технической подготовки производства.
Задачи:
-
выполнить анализ содержания системы технической подготовки производства изделий методом глубокой вытяжки и имеющихся средств её автоматизации;
-
разработать метод автоматизированного инженерного анализа технологических процессов глубокой вытяжки;
3) реализовать компьютерные средства автоматизации расчёта параметров
полуфабриката и инструментов для вытяжных операций;
4) предложить метод формализованного описания процесса разработки
управляющих программ систем ЧПУ станков для изготовления вытяжного ин
струмента;
5) разработать пример использования автоматизированной системы техниче
ской подготовки производства изделий, изготавливаемых методом глубокой вы
тяжки.
Объект исследования – процесс технической подготовки производства изделий методом глубокой вытяжки.
Предмет исследования – формализованное описание и программная реализация автоматизированной системы технической подготовки производства изделий методом глубокой вытяжки.
Методы исследования. Использованы основные положения теории холодной обработки металлов давлением, методы математического моделирования, математическая логика, технологии объектно-ориентированного программирования.
Для подтверждения достоверности разработанных компьютерных моделей и их программной реализации использованы методы проверки на программах-аналогах, сравнения полученных результатов с результатами экспериментальных исследований.
Научную новизну составляет метод формализованного описания технической подготовки производства баллонов высокого давления, включающий:
методику инженерного анализа процессов глубокой вытяжки, основанную на интегрированном использовании систем Компас-3D, Geomagic Studio, Deform-3D c последующей параметрической настройкой технологических процессов глубокой вытяжки на реальные производственные условия;
математическое и алгоритмическое описание последовательных этапов раз-
работки технологического процесса, включающих формализованные расчёты кружка, параметров инструмента вырубки заготовок, параметров полуфабриката и технологических инструментов, а также определение количества вытяжек;
- формализованный аппарат для подбора, настройки и построения трёхмер
ных моделей технологических инструментов;
- методику интеграции информационного и программного обеспечения
АСТПП процессов глубокой вытяжки;
- алгоритм определения опорных точек и разработки программного кода си
стем ЧПУ для изготовления контура технологического инструмента.
Практическую значимость имеют:
- технология и инструментальные средства подготовки и передачи 3D-
моделей изделий из графической системы в систему инженерного анализа для ис
следования процессов глубокой вытяжки;
- алгоритм верификации 3D-модели изделия в среде инженерного анализа
DEFORM-3D и реального изделия на координатно-измерительной машине Wenzel
XOrbit;
методика анализа процесса глубокой вытяжки в среде инженерного анализа DEFORM-3D;
программный комплекс для автоматизации расчётов технологического процесса глубокой вытяжки, включающий расчёты исходного кружка, параметров инструмента вырубки заготовок, параметров полуфабриката и инструментов, а также определение количества вытяжек;
инструкции по работе в среде автоматизированных технологических расчётов баллонов высокого давления;
компьютерное приложение генерирования управляющей программы системы ЧПУ для изготовления технологического инструмента.
Результаты, выносимые на защиту:
метод сквозной автоматизации системы технической подготовки производства изделий методом глубокой вытяжки;
методика компьютерного моделирования и инженерного анализа процессов глубокой вытяжки, включающая использование систем 3D-моделирования различного назначения и параметрическую настройку модели технологического процесса глубокой вытяжки;
формализованное описание этапов разработки технологического процесса, включающих расчёты кружка, параметров инструмента вырубки заготовок, параметров полуфабриката и инструментов, а также определение количества вытяжек;
- методика интеграции применяемых и разработанных компьютерных
средств автоматизации АСТПП глубокой вытяжки;
- алгоритм определения опорных точек и разработки программного кода си
стем ЧПУ для изготовления вытяжного инструмента.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению в АО «Механический завод» (г. Орск), в АО «НПО “СПЛАВ”» (г. Тула) в виде программного продукта и инструкций по использованию, в учебный процесс кафедры систем автоматизации производства ОГУ в виде программного кода процедур и инструкций по их использованию.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и получили одобрение:
на международных научно-практических конференциях «Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов» (Москва, 2012), «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» (Ульяновск, 2012); «Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах» (Магнитогорск, 2012), «Решение проблем развития предприятий: роль научных исследований» (Краснодар, 2014), «Виртуальное моделирование, прототипи-рование и промышленный дизайн» (Тамбов, 2015), «Современное общество, образование и наука» (Тамбов, 2015), «International Research Journal» (Екатеринбург, 2015), «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (North Charleston, USA, 2015);
на всероссийских конференциях «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве» (Орск, 2011), «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» (Оренбург, 2011, 2013, 2015); «Теоретические вопросы разработки, внедрения и эксплуатации программных средств» (Орск, 2013), «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры» (Оренбург, 2015).
Результаты диссертационной работы неоднократно обсуждались на технических советах и на совещаниях по подготовке основного производства АО «Механический завод».
Публикации. По материалам диссертационной работы и результатам исследований опубликовано 26 печатных работ, в том числе 9 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент, 13 публикаций в сборниках материалов международных и всероссийских конференций, 3 зарегистрированных в Роспатенте программных средства.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка использованных источников из 122 наименований и 5 приложений; изложена на 189 страницах, включая 94 рисунка, 20 таблиц и 42 страницы приложений.
Компьютерные средства исследования технологических операций обработки металлов давлением
Вытяжка представляет собой процесс превращения плоской заготовки в полую деталь любой формы (или дальнейшее изменение ее размеров) и производится на вытяжных штампах [30]. Применение глубокой вытяжки позволяет изготавливать изделия с отношением высоты детали к ее диаметру 0,54 [31].
Основное направление рационального построения или улучшения процесса вытяжки заключается в создании наиболее благоприятных условий деформирования металла с целью снижения растягивающих напряжений в опасном сечении за счет: 1) уменьшения напряжений в начальной стадии вытяжки, 2) уменьшения сопротивления плоского фланца деформированию, 3) повышения прочности металла в опасном сечении, 4) снижения тангенциальных напряжений сжатия в деформируемом фланце или повышении его устойчивости с целью предотвращения образова ния складок.
В результате выполнения указанных условий достигают увеличения глубины вытяжки за одну операцию, уменьшения количества операций, улучшения процесса вытяжки деталей сложной формы. Необходимо указать, что при разных способах вытяжки не все из указанных выше условий будут одинаково благоприятны. Следует различать три основных способа вытяжки [30]: 1) Вытяжка полых деталей путем превращения плоского фланца в цилиндрическую или коробчатую форму при создании во фланце плоского напряженного состояния по схеме сжатие-растяжение. Сюда относится вытяжка цилиндрических, овальных, коробчатых и других деталей с вертикальными или слегка наклонными стенками. 2) Вытяжка сферических, криволинейных и сложной формы деталей в штампах с вытяжными (тормозными) ребрами. В этом случае под прижимом преобладают растягивающие напряжения и деформации, а в остальной деформируемой части заготовки возникает напряженное состояние двустороннего растяжения. 3) Вытяжка эластичной матрицей и фрикционная вытяжка, создающие проталкивание заготовки, в результате чего снижаются растягивающие напряжения в очаге деформации и облегчается процесс вытяжки.
В первом способе вытяжки наиболее благоприятные условия деформирования заключаются в максимально возможном уменьшении сопротивления плоского фланца деформированию. Это достигается путем применения металла с пониженным значением предела текучести, отжигом заготовки, нагревом фланца, вытяжкой без прижима, эффективной смазкой, В результате снижаются растягивающие напряжения в опасном сечении, улучшается условие прочности этого сечения и становится возможной более глубокая вытяжка.
Технологические расчеты при вытяжке цилиндрических деталей состоят в определении допустимой степени деформации, нахождении требуемого количества последовательных операций вытяжки и подсчете пооперационных размеров деталей. Допустимая степень деформации находится по экспериментально установленным и практически проверенным коэффициентам вытяжки.
Коэффициенты вытяжки цилиндрических деталей без фланца выражаются отношениями: для первой вытяжки т1=d1/D, для второй вытяжки m2 = d2/dl, для последующих вытяжек тп = dn/dn-1. Установив правильную величину коэффициентов вытяжки по операциям, находят размеры последующих вытяжек: d1=m1D, (1.1) d2 = m2d1, (1.2) dn = mndn-1, (1.3) а также количество операций вытяжки. Коэффициенты вытяжки должны быть разными для деталей различной геометрической формы (прежде всего, для цилиндрических деталей с фланцем и без фланца), а также для различной относительной толщины материала, от которой зависит большая или меньшая степень устойчивости фланца заготовки.
В таблице 1.2 приведены проверенные многолетней практикой и вновь откорректированные оптимальные значения коэффициентов вытяжки цилиндрических деталей без фланца (при вытяжке с прижимом) в зависимости от относительной толщины заготовки для стали глубокой вытяжки (08, 10Г, 15Г), мягкой латуни и аналогичных им сплавов. Меньшие значения коэффициентов вытяжки соответствуют повышенной величине показателя анизотропии (Rср «1,5ч-1,7) и большему радиусу закругления на первых операциях, а большие значения - меньшей величине показателя анизотропии (Rср «1,0ч-1,2) [30].
Необходимо указать, что при выполнении проектных технологических расчетов «задаться» показателем анизотропии нельзя, так как эти показатели являются физической величиной, выявляемой лишь при испытании той или иной конкретной заготовки. Они обычно имеют разную величину даже в пределах одной партии металла той же марки. По полученному при испытании показателю Rcp можно уточнить предварительные технологические расчеты при внедрении процесса и судить о пригодности данной испытанной заготовки.
Рассматривая коэффициенты вытяжки, приведенные в таблице 1.2, необходимо указать, что при вытяжке менее пластичных металлов (стали 20 -25, Ст2, Ст3, декапированная сталь, наклепанные алюминий и латунь и т. п.) коэффициенты вытяжки следует брать на 1,5-2 % больше, а при вытяжке более пластичных металлов (стали 05, 08кп, алюминий и др.) - на 1,5-2 % меньше по сравнению со значениями, приведенными в таблице 1.2. В случае применения межоперационного отжига коэффициенты вытяжки на последующих операциях можно брать на 3-5 % меньше.
Моделирование последующих вытяжек
Предложенная системой по умолчанию конечно-элементная сетка из 32000 элементов для повышения точности расчетов была заменена на сетку из 60000 элементов. Это позволило получить элементы, минимальная длина ребра которых составила порядка 5 мм, а максимальная – около 10 мм (рисунок 2.9). Был выполнен эксперимент с количеством элементов сетки по толщине заготовки равным 5, при этом общее количество элементов составило 240000. Полученные результаты моделирования отличаются результатов с применением сетки из 60000 элементов на 0,7 % (разница в средней толщине стенки баллона – 0,026 мм, толщине дна – 0,005 мм, разнотолщинности – 0,017 мм). Поэтому принято решение выполнять расчеты на конечноэле-ментной сетке с количеством элементов 60000.
Рисунок 2.9 – Заготовка, разбитая на конечные элементы При помещении в рабочую область полученных моделей их необходимо правильно расположить в пространстве с помощью группы команд Object Роsitiоn (Позиционирование объекта). Для точного позиционирования объектов друг относительно друга выбран метод Interference (Интерференция), в котором один объект перемещается строго до соприкосновения с другим объектом в указанном направлении с наложением 0,0001 мм, чего вполне достаточно для решения большинства задач.
После позиционирования объектов необходимо определить взаимосвязи объектов, определяющие как те или иные объекты взаимодействуют между собой. Если взаимосвязи не заданы или заданы неверно, то система может, например, проигнорировать наличие прижима. При указании пар взаимодействующих объектов были выбраны: Пуансон – Заготовка, коэффициент трения по Зибелю 0,12; Матрица – Заготовка, коэффициент трения – 0,06, Прижим – Заготовка, коэффициент трения – 0,06.
Различные коэффициенты трения объясняются тем, что на заводе для снижения трения применяется фосфатирование особо нагруженных поверхностей с последующим нанесением мыльной эмульсии. При выборе коэффициентов трения использованы результаты экспериментов, представленные в работе [51].
Полученное расположение инструмента и заготовки представленное на рисунке 2.10 полностью соответствует заданной схеме расположения.
В работе [49] указано, что величина шага должна составлять примерно 1/3 длины ребра конечного элемента, для высоконагруженных операций -1/10, для проведения эксперимента выбрана величина шага равная 0,5 мм. Больший шаг приводит к искажениям в результатах моделирования и к разрыву заготовки.
Для изготовления баллонов использована заготовка из стали 3. Проведенные на заводе испытания образцов позволили установить механические свойства материала, значения которых сопоставимы с литературными [52]. Некоторые расхождения обуславливаются неоднородностью материала, различиями в проведении экспериментов. Установленные значения механических свойств (изменение предела текучести в зависимости от степени деформации, модуль Юнга - 206754 Па, коэффициент Пуассона - 0,3; тепловое расширение - 12Х10-6 К-1) были занесены в DEFORM-3D при помощи табличного способа, специально предназначенного для ввода экспериментально полученных данных (рисунок 2.11). Так как процесс выдавливания происходит без нагрева, то механические свойства заданы для одной температуры, равной 20 С [54]. Рисунок 2.11 – Механические свойства материала заготовки (Сталь 3)
Для получения результатов моделирования процессов глубокой вытяжки адекватных реальным производственным результатам необходимо провести вычислительные эксперименты на предмет выявления параметров производственного процесса, соответствующих заданным данным.
Часть производственных данных задана жестко, например свойства материала заготовки, а некоторые параметры остаются неясными. Так, например, в условиях производства не представляется возможным определение значения коэффициента трения между пуансоном и заготовкой, и между заготовкой и матрицей. Некоторые параметры, например величина шага моде лирования, касаются только вычислительного эксперимента, и не используются в реальном производственном процессе. Эксперименты с варьированием таких параметров необходимы для определения значений, при которых наиболее точно производится процесс моделирования.
Помимо определения значений параметров процесса глубокой вытяжки, позволяющих выполнять адекватное моделирование, проведение вычислительных экспериментов позволяет подобрать оптимальные режимы процесса первой вытяжки. Так, например, можно рекомендовать скорость движения пуансона, тип смазки и другое.
В работе запланировано провести следующие вычислительные эксперименты, определяющие зависимость результатов моделирования: - от скорости движения пуансона; - от коэффициента трения; - от величины шага моделирования.
Для определения скорости движения пуансона, при которой достигаются наиболее адекватные результаты моделирования, проведена серия экспериментов из 20 циклов моделирования. Шаг изменения скорости варьировался в зависимости от величины, малые значения скорости исследовались на предмет оценки адекватности работы программы, при более высоких скоростях исследовалось влияние значения скорости на процесс моделирования.
Автоматизация расчета параметров полуфабриката и инструментов для вытяжных операций
При определении числа вытяжек следует учитывать, что с ростом степени холодной пластической деформации усиливаются прочностные свойства металла (увеличиваются пределы прочности и текучести, твердость), а пластические свойства ослабевают (уменьшаются относительное удлинение, сужение, ударная вязкость). Холодная пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки металла — образованием новых дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате искажений кристаллической решетки и появления остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например, уменьшаются электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости от направления преимущественного течения металла.
При неполной холодной пластической деформации с нагревом чистого металла до температур (0,25 ...0,30)Tпл, где Tпл – абсолютная температура плавления, одновременно с процессом упрочнения металла возникает явление, называемое отдыхом или возвратом. Оно обеспечивает частичное снятие остаточных напряжений, небольшое восстановление пластических свойств и повышает сопротивление металла коррозии [78].
При холодной объемной штамповке обработка материалов происходит в условиях холодной деформации, что неразрывно связано с упрочнением, благодаря которому физико-механические свойства и структура приобретают более высокие показатели. Так, в зависимости от степени деформации предел текучести увеличивается в несколько раз, а удлинение уменьшается (рисунок 3.26). Деформационное упрочнение и низкая шероховатость поверхности повышают износостойкость и усталостную прочность деталей [76].
Поверхность изменения ударной вязкости от накопленной деформации и схемы напряженного состояния с учетом коэффициента Лоде-Надаи (коэффициент выражения величины среднего главного напряжения через величины двух крайних главных напряжений) приведена на рисунке 3.27. где F0 – площадь поперечного сечения полуфабриката до вытяжки; Fi – площадь поперечного сечения полуфабриката после вытяжки.
На рисунке 3.28 и 3.29 представлены разработанные диаграммы Гантта, основанные на механических свойствах материалов, для числа вытяжек от 1 до 4 и от 5 до 8, соответственно. По горизонтальной оси диаграммы расположена величина степени деформации, по вертикальной – количество вытяжек.
Каждый блок горизонтальной оси отображает величину степени суммарного наклепа в зависимости от процента деформации.
Данные диаграммы получены на основании кривых упрочнения, проведенного моделирования и натурных экспериментов и позволяют визуально оценить зависимость количества вытяжек от степени деформации заготовки.
При дискретизации данных, получаемых на основании эксперимента или аппроксимации на основе механических свойств материалов, следует проводить проверку порядка получаемых значений на соответствие формуле где n - количество вытяжек; KS- суммарная степень деформации; Кс - средняя операционная степень деформации.
Для автоматизированного определения числа вытяжек на основании деформации заготовки, необходимо использование базы данных, содержащей инфорацию по суммарному наклепу с определенной степенью дискретизации. Оконная форма модуля расчета инструмента с результатом расчета количества вытяжек представлена на рисунке 3.30. Схема данных базы представлена на рисунке 3.31 и состоит из двух таблиц, связанных отношением «один-ко-многим» по полям «Id» таблицы «Вытяжки» и «Вытяжка» таблицы «Деформации». Для комплексной автоматизации, целесообразно также установить 104 связи с ранее используемыми таблицами механических свойств материалов, по полю «Материал изделия».
Организация информационных потоков взаимодействия компьютерных средств автоматизации технической подготовки процессов глубокой вытяжки
Информационными потоками называют физические перемещения информации от одного компонента системы к другому. Система информационных потоков — это совокупность всех физических перемещений информации. Наиболее общая система информационных потоков — это сумма потоков информации, которая позволяет вести автоматизацию какого-либо процесса.
Применительно к процессам глубокой вытяжки, в качестве компонентов можно выделить следующие: - модуль расчета параметров заготовки; - модуль расчета параметров инструмента вырубки; - банк данных; - система моделирования процессов обработки металлов давлением DEFORM; - модуль расчета параметров инструментов вытяжки; - модуль расчета числа вытяжных операций. Модель организации информационных потоков представлена на рисунке 3.33. Модуль расчета параметров заготовки и модуль расчета параметров инструмента вырубки объеденены в блок «Автоматизация расчета параметров технологического процесса вырубки». На выходе блока – 3D-модель заготовки, вырубных матриц и пуансона. Блок автоматизации технической подготовки процесса вырубки связан с банком данных, представляющим собой автоматизированную информационную систему централизованного хранения и коллективного использования данных. В состав банка данных входят несколько баз данных, СУБД на базе MS Access, а также СУБД на Delphi с использованием механизмов ADO. Кроме того, в состав могут входить данные в виде книжных и электронных справочников. Неотъемлемой частью модели является система моделирования процессов обработки металлов давлением DEFORM, на основе моделирования в которой составляется таблица с данными по параметрам вытяжных операций. Кроме того, система позволяет провести моделирование с использованием инструментов, полученных на этапе автоматизированного расчета параметров вытяжных инструментов.
Расчет инструментов вытяжки состоит из расчета параметров инструментов и расчета количества вытяжек. Модули позволяют в автоматизированном режиме рассчитывать и строить вытяжные инструменты и на выходе получать поэтапные модели пуансонов и параметры матриц процесса вытяжки. Механические свойства материалов для данного этапа берутся из банка данных, параметры расчета могут приниматься на основе таблицы параметров расчетов, формируемой на основе результатов моделирования в DEFORM.
Методика автоматизации технической подготовки производства стальных баллонов высокого давления
Параметры цикла обработки контура задаются на следующей вкладке. После получения технологической информации, необходимой для корректной обработки, в алгоритме запускаются процедуры: - Referent_Point – процедура автоматизации расчета точки, к которой первоначально подводится инструмент на расстояние 5 мм по обеим осям; - CYCLE_95 – процедура заполнения параметров цикла; - Traektoria – процедура формирования управляющей подпрограммы, определяющей контур. Процедура Traektoria является основной в разрабо танном алгоритме (рисунок 4.11). В процедуре выполняется перебор списка линий и дуг составляющих контур.
Для хранения элементарных объектов контура создан родительский класс TFigure с единственным свойством Tip, от которого наследуются классы TLin и TArc, предназначенные для хранения свойств отрезков и дуг траектории соответственно. Вынесение свойства Tip в родительский класс необходимо для получения возможности определения типа объекта списка по ссылке. Так как заранее неизвестно, какая из краевых точек отрезка (дуги) является начальной, а какая - конечной в системе координат станка, в процедуре перед каждым определением следующей точки выполняется проверка совпадения с краевыми. Для круговой интерполяции помимо этого выполняется определение направления дуги (по часовой стрелке или против часовой стрелки), основанное на анализе расположения конечной точки и атрибута направления создания графического элемента в системе координат КОМПАС. Представленный алгоритм позволяет формировать УП как для пуансона, так и для матрицы. Сформированная УП выводится на экран. На рисунке 4.12 представлена программа для обработки матрицы, показанной на рисунке 4.2, б.
Затем управляющая программ и подпрограмма контура были заданы в программном эмуляторе системы ЧПУ австрийской фирмы EMCO. На рисунке 4.14 представлена УП, в которой были добавлены кадры для получения отверстия, так как система EMCO не имеет возможности задавать заготовки типа «кольцо». Все остальные кадры были сформированы верно, как с точки зрения синтаксиса, так и с точки зрения корректности определения опорных точек и направлений движения инструмента. На рисунке 4.15 представлена экранная форма с визуализацией отработки сформированной УП.
Такие же действия были выполнены для эмуляции обработки пуансона. Полученные результаты подтвердили, что УП и контур, полученные разработанной системой автоматизации подготовки управляющих программ обработки вытяжного инструмента, формируются верно.
Разработанные решения по анализу процессов глубокой вытяжки, автоматизации расчетов технологических параметров и вытяжных инструментов, а также автоматизации формирования управляющих программ позволяют сформировать комплексную методику автоматизации технической подготовки производства стальных баллонов высокого давления.
В работе [3] говорится о том, что на этапе технического задания не вполне понятны подходы к проектированию изделия и его технологической реализации, а на этапе изготовления - соответствие параметров изделий в опытной партии (опытного образца изделия) требованиям чертежей. Это предопределяет необходимость выполнения при технической подготовке производства значительного объема НИОКР, испытательных работ, реализуемых на основе итерационного подхода.
Применительно к производству стальных баллонов высокого давления можно отметить, что этапы итерационной реализации технической подготовки производства, описанные во второй главе, необходимы из-за отсутствия результатов экспериментальных данных и четкой методики расчетов вытяжного инструмента и технологических режимов. В большинстве данных расчетов использование корректирующих коэффициентов приводит к тому, что окончательные решения по технической подготовке производства принимаются только после длительной серии производства опытных образцов изделия.
Представим в виде UML-диаграммы деятельности (рисунок 4.17) методику автоматизации технической подготовки производства стальных баллонов высокого, основанную на комплексной автоматизации расчетных этапов - с одной стороны, и замене производства опытных образцов моделированием – с другой. Диаграмма деятельности описывает этапы автоматизации расчета, формирования моделей и управляющих программ инструментов вытяжных операций по параметрам изделия.