Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР РАБОТ ПО ВОПРОСАМ ИСШДОВАНИЯ Ю
1.1. Состояние автоматизации проектирования технологии ковки на прессах 10
1.2. Конструирование прессовых поковок валов и расчет нормы времени на ковку 15
1.3. Анализ работ по исследованию деформаций при протяжке заготовок круглого сечения плоскими бойками 20
1.4. Обзор работ по расчету режимов протяжки заготовок круглого и квадратного сечения 26
1.5. Постановка задачи -. 31
2. РАЗРАБОТКА И ПРОГРАММ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПОКОВОК ВАЛОВ И РАСЧЕТА НОРШ ВРЕМЕНИ НА КОВКУ 35
2.1. Алгоритм конструирования прессовых поковок валов общего назначения 37
2.2. Алгоритм расчета минимальных напусков на поковку • 45
2.3. Анализ качества работы подсистемы конструирования прессовых поковок валов 54
2.4. Разработка алгоритмов и программ автоматизированного расчета технической нормы времени на ковку поковок валов 59
2.5. Укрупненный анализ затрат на изготовление деталей валов в зависимости от сложности поковок 66
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЮДЕЛЬ ФОРЮИЗМЕНЕНЙЯ ЗАГОТОВКИ ПРИ ПРОТЯЖКЕ ВМОВ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ПЛОСКИМИ БОЙКАМИ 71
3 1. Допущения и граничные условия -
3.2. Компоненты тензора деформации и вектора перемещения 73
3.3. Приращение работы деформации 76
3.4. Описание программы для проведения вычислительного эксперимента 82
3.5. Результаты вычислительного эксперимента 86
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ПРОТЯЖКИ ВЫРЕЗНЫМИ И ПЛОСКИМИ ВЭЙКАМИ ЮО
4.1. Аппроксимация зависимости формоизменения заготовок при протяжке валов круглого сечения плоскими бойками ЮО
4.2. Аппроксимация зависимости вытяжки заготовок круглого сечения при протяжке вырезными бойками и заготовок квадратного сечения при протяжке плоскими бойками
4.3. Методика расчета режимов протяжки заготовок круглого сечения плоскими бойками
4.4. Методика расчета режимов протяжки заготовок круглого сечения вырезными бойками и квадратного сечения плоскими бойками 126
5. ВНЕДРЕНИЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 138
5.1. Общие вопросы внедрения подсистем САПР ковки 138
5.2. Привязка, внедрение и эксплуатация подсистемы конструирования поковок и расчета нормы времени на ковку 141
5.3. Промышленное опробование методик расчета режимов протяжки 143
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 145
ЛИТЕРАТУРА 146
ПРИЛОЖЕНИЯ 1
Введение к работе
Государственным планом развития народного хозяйства СССР предусматривается в одиннадцатой пятилетке обеспечить опережающее развитие машиностроения и металлообработки, увеличить выпуск продукции этих отраслей не менее чем в 1,4 раза. При этом производительность труда на конец пятилетки должна возрасти на 31»•.33%.
Планируется повысить эффективность машиностроительного производства за счет совершенствования его технологии и улучшения организации Важная роль при этом отводится расширению автоматизации проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ с применением электронно-вычислительной техники [і]. Задача со-вершвнствования проектирования технологических процессов (ПШ) в кузнечно-прессовом производстве является частью этой более общей задачи.
Вузнечно-прессовое производство - заготовительная база энергетического, химического, тяжелого и транспортного машиностроения. Ковкой на прессах в СССР перерабатывается около 3 млн. т. стали в год [l06, 114 J .Из них на предприятиях Минтяжмаш около 500 тыс.т. [і20,І4б]. Спецификой кузнечно-прессового производства является мелкосерийный и единичный тип производства, высокая иеталло-, энерго- и трудоемкость изготовления поковок Коэффициент использования металла (КИМ) при производстве поковок из слитков низок и составляет в среднем по стране 0,35...0,45 [21,53,82,146]. В течение ряда лет этот показатель не повышался [2,104]. В I980-I98I гг. партией и правительством был принят ряд постановлений, направленных на эффективное использование металла в народном хозяйстве страны [2-4]. Важное место среди предусмотренных мер занимает совершенствование и автоматизация технологического проектирования с целью разработки и внедрения малоотходных технологических процессов.
Данная работа выполнена автором в коллективе и по тематике отраслевой научно-исследовательской лаборатории Минтяжмаш "Автоматизация проектирования технологии ковки и штамповки" кафедры "Обработка металлов давлением" Уральского политехнического института им. С.М.Кирова. Работа выполнена в соответствии с научно-технической программой Минтяжмаш по проблеме САПР Ш на 1981-1985 гг. и в соответствии с заданием 2 Минвузовской целевой комплексной программы исследований на I98I-I985 гг. по проблеме САПР, согласно приказа Минвуз СССР 535 от 20 мая 1981 года.
В настоящее время коллектив отраслевой лаборатории решает задачи, связанные с автоматизацией проектирования и прогнозирования качества поковок, изготовляемых ковкой на молотах и прессах. К этим задачам относятся: анализ состояния производства по-ковок; обобщение, унификация и стандартизация методов проектирования технологических процессов ковки; разработка, внедрение и авторский надзор за САПР Ш ковки; подготовка и переподготовка кадров технологов и другие задачи.
В данной работе областью исследования является проектирование технологических процессов ковки прессовых поковок. Объект исследования - поковки валов общего назначения, изготовляемые ковкой на прессах и ковочных комплексах с программным управлением.
На предприятиях Минтяжмаш основную долю выпуска поковок составляют поковки общего назначения. Анализ производства прессовых поковок на одном из ведущих предприятий министерства показал [ 152], что поковки общего назначения составляют около 60$ объема выпуска поковок, причем среди них около 40$ составляют поковки типа валов. Валы имеют большой удельный вес в выпуске поковок и на других предприятиях Минтяжмаш. Шенно поэтому они были выбра - 6 ны в качестве объекта исследования.
Цель данной работы заключается в совершенствовании и автоматизации конструирования прессовых поковок валов общего назначения, расчета технической нормы времени на ковку поковок валов, расчета режимов протяжки валов на ковочных комплексах с программным управлением, что позволяет снизить массу поковок и повысить производительность труда технологов.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать формоизменение заготовок валов при протяжке плоскими и вырезными бойками и разработать методику расчета режимов протяжки.
2. Разработать типовой алгоритм конструирования прессовых поковок валов общего назначения с учетом опыта работы ведущих предприятий отрасли.
3. Разработать эффективный по быстродействию алгоритм расчета минимальных по массе технологических напусков на поковку.
4. Разработать подсистемы автоматизированного конструирования прессовых поковок валов общего назначения и расчета технической нормы времени на ковку валов.
5. Внедрить результаты работы на предприятиях отрасли.
В процессе работы были получены следующие результаты. Создан типовой межзаводской алгоритм и на его основе пакет прикладных программ (ШШ) конструирования прессовых поковок валов общего назначения. Разработан ПШ расчета технической нормы времени на ковку валов. Выполнен теоретический анализ формоизменения заготовки при протяжке валов круглого сечения плоскими бойками. С использованием разработанной автором математической модели проведены вычислительные эксперименты по определению вытяжки, уширения и других характеристик формоизменения заготовок круглого сечения при протяжке плоскими бойками за несколько проходов с кантовкой заготовки между проходами на 90°. Кроме того, с использованием математической модели [73] , предложенной Р.А.Вайсбурдом и А.В.Коноваловым, выполнен вычислительный эксперимент по определению вытяжки при протяжке заготовок круглого сечения вырезными бойками и квадратного сечения плоскими бойками. Результаты вычислительных экспериментов для всех схем протяжки аппроксимированнн степенными функциями. Разработаны методики расчета режимов протяжки заготовок круглого и квадратного сечения плоскими и вырезными бойками. Методики опробованы в лабораторных и промышленных условиях.
Автоматизированное конструирование прессовых поковок валов позволяет получать технологичные поковки минимальной массы. Для расчета минимальных напусков на поковку используется метод динамического программирования.
Основу алгоритма расчета технической норш времени на ковку составляют общеотраслевые нормы времени на ковку под парогидравлическими прессами и руководящие технические материалы математическая модель формоизменения заготовок при протяжке валов круглого сечения плоскими бойками основана на вариационном принципе возможного изменения деформированного состояния [67]. Вариационная задача решается методом Ритца [93]. моделирование выполняется на ЭВМ шаговым методом.
Данные, полученные в результате вычислительных экспериментов по определению зависимостей формоизменения заготовок от режимов протяжки, аппроксимированы по методу наименьших квадратов.
Результаты работы внедрены в производство. ППП конструирования прессовых поковок валов общего назначения в комплексе с другими подсистемами САПР ТП ковки внедрен на четырех предприятиях минтяжмаш и Минэнергомаш, передан для дальнейшего внедрения двум отраслевым институтам и сдан в Государственный фонд алгоритмов и, программ. ППП расчета технической нормы времени на ковку ваяов в комплексе с другими подсистемами САПР Ш ковки внедрен на Южурал-машзаводе. Промышленное опробование методики расчета режимов протяжки показало, что они могут быть использованы для ковочных комплексов с программным управлением. Методики переданы для внедрения на Шуралмашзавод.
В состав САПР Ш ковки прессовых валов кроме конструирования поковки и расчета норш времени на ковку входит еще ряд подсистем, которые разработаны сотрудниками отраслевой лаборатории А.А.Шипи-циннм, Н.С.Карповой и Л.Ф.Перской. При привязке и внедрении САПР Ш ковки работы велись в тесном сотрудничестве с представителями предприятий и институтов: С.В.Каманцев, В.В.Попов (Южуралмашза-вод, г. Орск), С.Д.Шалягин (ПО "Уралмаш", г. Свердловск), Э.И.Губарева (НИШТМАШ, ПО "НКШ", г. Краматорск), Ю.В.Трубин (ПО "ИЗ", г. Ленинград). Автор благодарит этих товарищей за сотрудничество.
Диссертация состоит из 5 глав и приложения. В главе I выполнен литературный обзор по вопросам исследования. Период охвата обзора с I960 по 1984 годы.
В главе 2 рассмотрены вопросы разработки алгоритмов конструирования прессовых поковок валов общего назначения и расчета нормы времени на ковку. Описан алгоритм автоматизированного конструирования поковок валов и алгоритм расчета минимальных напусков на поковку методом динамического программирования. Приведены результаты анализа качества автоматизированного конструирования поковок на примере Южуралмашзавода. Поставлена задача и разработана подсистема расчета нормы времени на ковку, позволяющая учитывать трудоемкость изготовления поковок. Описаны результаты укрупненного анализа изменения себестоимости изготовления детали в зависимости от конфигурации и массы поковки.
В главе 3 описана математическая модель формоизменения при протяжке заготовок круглого сечения плоскими бойками. Приведены результаты вычислительного эксперимента, которые сопоставлены с результатами лабораторных экспериментов и литературными данными.
В главе 4 выполнена аппроксимация результатов,вычислительных экспериментов по протяжке и описаны методики расчета режимов протяжки заготовок круглого и квадратного сечения плоскими и вырезными бойками. Выполнено сравнение рассчитанных по методикам размеров заготовок в процессе протяжки с результатами лабораторных и промышленных экспериментов.
В главе 5 изложены результаты внедрения работы в производство. Приведены данные о технических характеристиках разработанных подсистем САПР ТП ковки. Описан опыт привязки, внедрения и сопровождения подсистемы конструирования поковок прессовых валов и подсистема расчета нормы времени на ковку.
Суммарный долевой экономический эффект от внедрения результатов работы в производство составляет 229 тыс.руб. в год, в том числе фактический эффект 54 тыс.руб.
