Поксеваткин М.И. Проектирование и оптимизация процессов малоотходной горячей штамповки

Подождите немного. Документ загружается.

модуль 2 выбора и расчета магазинного компенсатора; модуль 3

выбора и расчета деформационного компенсатора; модуль 4 выбора

типоразмера оборудования при компенсации избытка металла за счет

упругой деформации системы пресс-штамп; в модуле 5 осуществляют

минимизацию объема заготовки; этот модуль является основным оп-

тимизационным модулем системы. Общее технологическое условие

минимизации избытка металла можно описать соотношением

рег

≥V

рас

≥V

фак

, (3.2)

где

рег

,, V

рас

,, V

фак

– соответственно регламентируемый, расчетный и

фактический относительные объемы заготовки

заг

В модуле 6 осуществляют минимизацию технологической себе-

стоимости изготовления поковки; в модуле 7 минимизируется механи-

ческая обработка поковки и в модуле 8 проводят выбор оптимального

ТП с минимальной технологической себестоимостью детали.

3.2 Параметрическая характеристика поковок

Идентификация поковок при автоматизированном проектирова-

нии технологических процессов МГШ осуществляется на основе пара-

метрической классификации поковок [23,24].

Параметрическая классификации поковок включает ряд призна-

ков (модулей), достаточных для идентификации поковки, например,

геометрический образ (его информационное отображение, описывае-

мое соотношениями размеров, формулами, методом распознавания

образов и т.д.), степень сложности, массу и объем

поковки, технологи-

чески обоснованный объем избытка металла и место его размещения

на теле поковки, поверхность разъема штампа, класс точности поков-

ки, условную технологическую себестоимость поковки и т.п. Конкрет-

ные значения параметров этих признаков для данной поковки в сово-

купности образуют её параметрическую характеристику.

Выбор компенсатора заключается в верификации параметров по

ковки по соответствующим параметрам всех возможных типов КУ и

оценке степени соответствия идентифицированных типов КУ как па-

раметрической характеристике поковки в целом, так и каждому от-

дельно взятому параметру характеристики поковки с учетом их ком-

плексного влияния.

Значения верифицируемых признаков и их количество для поко-

вок КУ может синхронно меняться

в рамках адаптации используемой

САПР к условиям конкретного производства по усмотрению техноло-

га, ведущего разработку штамповой оснастки.

Значения параметров каждого признака параметрической класси-

фикации поковок заданы интервалами реальных величин, что обеспе-

чивает программную реализацию автоматизированного выбора КУ по

заданным конкретным параметрам поковки.

В качестве примера в таблице 3.1 приведена параметрическая ха-

рактеристика осесимметричной полой поковки

с фланцем.

Конкретная поковка имеет определенный геометрический образ и

может быть описана соотношениями размеров (отношением высоты

поковки

) к её диаметру (D

) (H

), соотношениями диаметров

отверстия

) и поковки (D

) (d

), отношением диаметра поковки

) к диаметру фланца (D

) (D

), толщиной фланца (t

) и т.д.).

Исходя из геометрических соображений для такой поковки можно на-

значить определённый тип компенсатора, соответствующий её геомет-

рическому образу. Другая поковка того же типа может иметь соотно-

шения размеров, не соответствующие КУ, выбранному по геометриче-

скому образу для предыдущей поковки.

Учитывая сложность параметрической характеристики поковки,

всё пространство признаков

разбито на подпространства, каждое из

которых описывается совокупностью кодированных параметров. В

процессе кодирования параметры признаков конкретной поковки про-

ецируются в набор подпространств (модулей) параметрической клас-

сификации поковок. По кодированным значениям каждого модуля ус-

танавливается обобщенный код поковки.

Множество параметров каждого модуля целесообразно предста-

вить в виде гибридной матрицы в i-мерном

пространстве:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

→→→

ijijjjjj

yxyxyx

...

............

...

2211

2222221212

1121211111

, (3.3)

где x

– значение входного параметра (задается интервалом значений),

j=1…m – номер значения входного параметра, m – количество значе-

ний входного параметра, y

– код интервала значений параметра, Y

–

код параметра модуля (код интервала значений, в который попадает

величина входного параметра), получаемый после проецирования

входных данных конкретной поковки в набор параметров признака,

p=1…k – номер признака (модуля), k – количество признаков модулей.

Таблица 3.1 – Параметрическая классификация осесимметричных по-

лых поковок с фланцем

Признаки по-

ковки

Параметры признаков поковки

1 2

1 Геометриче-

ский образ

0,3…1,0 0,1…0,2 0,5…0,6 3…5

1,05…2,

0,21…0,3 0,61…0,7 5,1…6,5

2,05…3,

0,31…0,4 0,71…0,8 6,6…8,0

3,05…4,

0,41…0,5 0,81…0,9 8,1…9,6

4,05…5,

0,51…0,7 9,7…12

12,1…15

2 Степень слож-

ности (отноше-

ние массы по-

ковки к массе

описывающей

поковку фигуры

С=М

/М

)

= С1 х

=С2 х

=С3 x

=С4

1 ÷ 0,63 0,62

0,33 0,32

0,16

<0,16

3 Поверхность

разъема штампа

по:

верхне-

му торцу

поковки

верхней

поверхно-

сти флан-

ца

нижней

поверхно-

сти флан-

ца

нижнему

торцу

поковки

4 Точность по-

ковки

(К

=М

/М

)

→Т1 х

→Т2 х

→Т3 х

→Т4 х

→Т5

0,84

0,86

0,87

0,89 0,90

0,92 0,93

0,95

0,96 ÷

0,98

Для обобщенного кодирования поковки формируется матрица из

кодов параметров модулей по каждому признаку

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

ipii

YYY

...

............

...

22221

11211

, (3.4)

где

– коды признаков.

В матрицах (3.3) и (3.4) введены текущие значения символов i, j и

p, так как их конечные значения (n, m и k) для конкретного вида поко-

вок могут быть различными.

В результате идентификации формируется обобщенный код гиб-

ридной модели поковки

NN = .

Ниже рассмотрен принцип параметрической характеристики по-

ковок и процесс формирования кода одного модуля (признака) – гео-

метрического образа поковки на примере осесимметричной полой по-

ковки с фланцем.

Поковка имеет определенный геометрический образ и может

быть описана соотношениями размеров (таблица 3.1).

Совокупность этих соотношений и образует геометрический об-

раз поковки как конкретный модуль (

признак) её параметрической ха-

рактеристики. Численные выражения соотношений размеров при этом

являются значениями параметров геометрического образа данной по-

ковки.

Расчет параметров поковки (таблица 3.1) проводят согласно при-

веденному принципу классификации:

Х1 = Нп/Dп = 130/30 = 4,33;

Х2 = dп/Dп = 10/30 = 0,333;

Х3 = Dп/Dф = 30/50 = 0,6;

Х4= tф = 9.

Геометрический образ является первым признаком параметриче-

ской характеристики поковки. В этом случае

р=1. Согласно классифи-

кации, представленной в таблице 3.1, множество параметров 1-го мо-

дуля представляют в виде гибридной матрицы в 4-х мерном простран-

стве:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

→→→

2211

2222221212

1121211111

...

............

...

ijijjjjj

yxyxyx

() ( )

(

)

(

)

()( )( )( )

()( )( )()

()( ) ()

()

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

→

→→→

→→→→

6151,12

5127,957,051,05505,4

46,91,849,081,045,041,04405,3

386,638,071,034

,031,03305,2

25,61,527,061,023,021,02205,1

15316,05,012,01,0113,0

KKK

KKKK

Первый столбец значений матрицы Z в этом случае будет являть-

ся кодом 1-го модуля, остальные столбцы – кодами 2-го, 3-го, 4-го и

т.д. модулей соответственно. Коды всех модулей параметрической ха-

рактеристики поковки формируются аналогично коду 1-го модуля. В

результате идентификации поковки по всем остальным признакам па-

раметрической характеристики матрица Z

может иметь, например, вид:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

1311

34123

45435

Обобщенный код гибридной модели поковки в этом случае будет

выглядеть следующим образом

N = 5314 321 413 54 4312, где груп-

пы чисел 5314, 321, 413 и т.д. – коды модулей, расположенные в ие-

рархическом порядке.

Для реализации автоматизированного выбора типов КУ, произво-

димого на основе представленной кодированной параметрической ха-

рактеристики поковки, построенной с использованием иерархической

гибридной модели, необходимо, чтобы характеристика соответствую-

щего КУ была построена по тому же принципу и её

обобщенный код

совпадал с кодом поковки.

Пример параметрической классификации горячештампованных

поковок по геометрическому образу представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Параметрическая классификация горячештампованных

поковок по геометрическому образу

Вид поковки/

условное обозначение

Параметры Значение па-

раметров

Код пара-

метров

1 2 3 4

Осесимметричные

сплошные типа стерж-

ня с утолщением (вы-

давливание)

П1

Dп/Нп

0,6…2,8

Dп/dп

6.5…1,3

Dп/Dc

1.2…3,6

tф/Hп

0,1…0,82

(hф+tф)/Hп

0,25…0,8

hф/Hп

0,10…0,60

Осесимметричные по-

лые, типа фланцевых

втулок (осаживание)

П2

Dп/Нп

0.5…3,5

Dп/dп

1,5…4,5

Dп/Dф

0,3…0,9

tф/Hп

0,1…0,7

(hф+tф)/Hп

0,2…0,9

hф/Hп

0,1…0,6

Продолжение таблицы 3.2

1 2 3 4

Осесимметричные по-

лые, типа стакана с

фланцем

П3

Dп/Нп

0,5…3,0

Dп/dп

1,5…4,5

Dп/Dф

0,3…0,9

tф/Hп

0,1…0,6

tq/Hп

0.1…0,7

Для идентификации КУ по соответствующим признакам поковки

разработана иерархическая гибридная модель, представленная в виде

модульного алгоритма.

Методологическую основу модели идентификации КУ штампов

МГШ составляют следующие принципы:

- адекватность признаков параметрических характеристик поко-

вок и КУ;

- возможность квалиметрии суммарной значимости признаков

КУ в процессе идентификации;

- возможность верификации признаков поковки

в иерархиче-

ской последовательности.

3.3 Принципы верификации параметров поковок и компен-

сационных устройств

В общем случае выбор компенсатора определённой характери-

стики, соответствующей параметрам поковки, описывается норматив-

ной параметрической моделью. Такая модель должна реализовать вы-

бор экономически наиболее целесообразного способа компенсации

избытка металла, обеспечивающего формирование поковки и своевре-

менное удаление избытка металла.

В качестве нормативной параметрической модели можно принять

целевую функцию вида [26]:

),...,,;,...,,,(),,(

2121 mn

yyyxxxWQYXWQ = ,(3.5)

где

Q – целевая функция; W - исходная информация, включающая

массу поковки, годовую программу выпуска, типоразмер оборудова-

ния, информацию о сложности, точности и геометрических параметрах

поковки и т.д.;

, y

,…, y

– управляемые параметры; x

, x

,…, x

–

неуправляемые параметры [16, 25, 26].

Ограничения могут быть заданы в алгоритмическом виде:

DYXWF ⊂),,(

, (3.6)

где

D – допустимая область использования параметров поковки и

технологического процесса штамповки.

Параметрическая характеристика КУ может быть представлена:

1) в виде совокупности конкретных значений параметров ком-

пенсатора, строго соответствующих параметрам поковки;

2) в виде кодированных значений параметров характеристики

КУ, соответствующих кодированным значениям параметров поковки;

3) в общем виде как взаимосвязь определенных значений (или

диапазонов значений

) параметров поковки и набора типов КУ, соот-

ветствующих данному значению (диапазону значений).

Параметрический классификатор КУ может быть описан не-

сколькими признаками: характером функционального действия, гео-

метрическим образом закрытой полости штампа, видом поверхности

разъема штампа, характером размещения компенсационной полости в

штампе, конструкцией компенсационной полости, степенью сложности

полости

(Vп/Vоф), точностью полости (Vд/Vп), рекомендуемым со-

противлением деформации в полости штампа и др.

Выбор КУ основан на характерных признаках поковки, иденти-

фицированных с соответствующими признаками КУ. Верификация

признаков того или иного КУ характерным признакам поковки являет-

ся одной из важных задач при разработке САПР ТП.

Ниже приведена методика верификации признаков поковки по

соответствующим признакам

КУ на основе оценки уровней значимо-

сти каждого признака (модуля).

Исходные данные для верификации у представлены в таблице 3.3,

расчёт результатов верификации в табл.3.4.

Таблица 3.3 – Исходные данные для верификации

Наименование исходных данных Обозначение, расчетная

формула

1 Номер признака (модуля)

i =1,...., I

2 Количество показателей каждо-

го признака

3 Уровень значимости каждого

показателя

4 Уровень значимости каждого

признака (модуля)

= k

⋅

5 Условный уровень значимости

КУ

∑

γϕ

Таблица 3.4 – Расчет результатов верификации

Наименование расчетных параметров Обозначение, расчетная

формула

1 Количество верифицированных пока-

зателей в каждом признаке

Рk

2 Уровень соответствия каждого при-

знака

∑

⋅=

ikk

3 Суммарный уровень соответствия

признаков

∑

4 Степень соответствия признаков КУ и

поковки, в процентах

%100⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Пример расчёта результатов верификации представлен в таблице

3.5.

Полученную в результате верификации параметрических призна-

ков выборку КУ, со степенью соответствия, к примеру, не ниже 83%,

исследуют по критериям оптимизации: минимизация технологической

себестоимости поковки, трудоемкости последующей механической

обработки, обеспечение повышенного качества поковок, работоспо-

собности штампа и другим критериям в соответствии с требованиями

конкретного

производства.

Таблица 3.5 – Пример расчёта результатов верификации

Расчётные параметры Обозначение Результаты верификации

1. Номер признака

I=1,…,I

1 2 3 4 5

2.Количество показа-

телей признака

5 5 4 3 4

3.Уровень значимо-

сти каждого показа-

теля (весовой коэф-

фициент

7 5 4.5 4 2.5

4.Уровень значимо-

сти каждого признака

(модуля)

⋅

35 25 18 12 10

5.Условный уровень

значимости КУ

∑

γϕ

100

6.Количество соот-

ветствующих показа-

телей в каждом при-

знаке

4 5 3 3 2

7.Уровень соответст-

вия каждого признака

в абсолютных и от-

носительных едини-

цах

∑

⋅=

ikk

8.0

1.0

75.0

5.13

0.1

5.0

8.Суммарный уро-

вень значимости со-

ответствующих по-

ковке признаков КУ

∑

с=28+25+13.5+12+5=83.5

9.Степень соответст-

вия признаков КУ и

поковки в процентах

%100

)/с(

⋅

=(83,5/100)

⋅

100%=83,5%

Принципы оценки степени соответствия признаков используются

при разработке параметрического классификатора КУ штампов МГШ.