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

Подождите немного. Документ загружается.

3.4 Автоматизация выборки компенсационных устройств

3.4.1 Автоматизация выборки компенсационных устройств

на основе параметрических характеристик поковок

Процесс формирования выборки КУ штампов МГШ на основе ве-

рификации параметрических характеристик поковок и компенсаторов

в общем случае описывается модульным идентификационным алго-

ритмом, представленным в виде блок-схемы (рис. 3.2 [17, 2, 3]).

Алгоритм описывает процесс расчета и верификации параметров

поковки по всем признакам классификации в иерархической последо-

вательности, а также регламентирует процесс и определяет

принцип

идентификации соответствующих заданным параметрам поковки ком-

пенсаторов с присвоением определенного значения весового коэффи-

циента каждому параметру рассматриваемых КУ с нахождением сум-

марного весового коэффициента для каждого компенсатора по всем

верифицированным параметрам.

Алгоритм состоит из четырех модулей (рис. 3.2). В модуле М1

осуществляют ввод исходных данных и расчет параметров поковки, во

втором модуле М2 определяют количество диапазонов для каждого

верифицируемого параметра, в третьем модуле (М3) проводят верифи-

кацию параметров посредством перебора их значений по всем диапа-

зонам и присвоением весового коэффициента для идентифицирован-

ных по данному параметру компенсаторов, в четвёртом модуле (М4)

осуществляется вывод на печать суммарных весовых коэффициентов

для всех КУ

, значение суммарного весового коэффициента которых

больше или равно 80%.

Процесс функционирования алгоритма начинается с ввода исход-

ной информации о геометрических размерах поковки, точности ис-

пользуемой заготовки, виде деформации, поверхности разъема штампа

и программе выпуска изделий (блок 1.1). В автоматизированном режи-

ме информация вводится по запросу программы (при расчете на ЭВМ).

Во втором

блоке первого модуля начинается автономное функ-

ционирование алгоритма – описывается количество верифицируемых

параметров

i = 1..n, где i – номер верифицируемого параметра, n –

количество верифицируемых параметров (блок 1.2).

В блоке 1.3 проводится расчет параметров поковки N

. Первые

шесть параметров

,…,N

) рассчитываются по формулам исходя

из геометрических размеров и в совокупности составляют отдельный

признак классификации – геометрический образ поковки.

Рисунок 3.2 – Блок-схема идентификационного модульного алгоритма

Остальные параметры задаются вариантами характеристики по-

ковки в текстовом виде (при работе на ЭВМ вводятся номера вариан-

тов характеристики по запросу программы).

Количество диапазонов для разных параметров поковки неодина-

ково, поэтому чтобы задать это количество для каждого параметра в

алгоритмическом виде, во втором модуле в блок-схему алгоритма вве-

дено

несколько условий. Так, например, если в первых четырех пара-

метрах число диапазонов равно трем, а в большинстве остальных –

двум, то имеет место условие 4 < i < 10 (блок 2.1), при неудовлетворе-

нии которого (для

, N

) осуществляется переход к блоку

2.2, в котором задается

m – количество диапазонов равное трем, а при

удовлетворении – к блоку 2.3, в котором

m = 2 (для N

, N

). После

этого осуществляется переход к следующему блоку (блок 2.4), который

является условием

(i = 8), при удовлетворении которого (для N

) осу-

ществляется переход к блоку 2.2, так как восьмой параметр имеет три

диапазона. При неудовлетворении условия блока 2.4 проверяется усло-

вие

i = 9 (блок 2.5), при удовлетворении которого работает блок 2.6 –

m = 4 (для N

), а при неудовлетворении m остается равным двум (для

, N

), после чего осуществляется переход к блоку 2.7, где огова-

ривается принцип верификации параметров путем перебора диапазо-

нов начиная с 1-го, заканчивая 2-м, 3-м или 4-м в зависимости от номе-

ра параметра

– j = 1..m, где j – номер диапазона. На этом заканчивает-

ся действие второго модуля алгоритма, после которого осуществляется

линейный переход к третьему модулю.

Первый блок третьего модуля осуществляет верификацию иссле-

дуемого параметра и представляет собой условие

iji

xNx ≤< , оп-

ределяющее, попадания значения i-го параметра в j-й диапазон значе-

ний (блок 3.1).

Здесь

x - нижняя граница j-го диапазона значений i-го парамет-

ра;

x - верхняя граница j-го диапазона значений i-го параметра. В

случае если значение параметра

не удовлетворяет условию блока

3.1, осуществляется переход к блоку 3.2, представленному в виде усло-

вия

j < m, выполнение которого означает наличие диапазонов, вери-

фикация параметра

по которым не произведена, поэтому необходим

переход к проверке следующего диапазона

j := j + 1, осуществляемый

в блоке 3.3. Невыполнение условия 3.2 означает, что верификация ис-

следуемого параметра произведена по всем имеющимся диапазонам,

но введенное значение параметра ни в один из них не попадает, следо-

вательно, соответствующее КУ для данной поковки по верифицируе-

мому параметру не подходит. Далее осуществляется переход к блоку

3.5, минуя стадию расчета весового коэффициента (блок 3.4). В этом

случае значение весового коэффициента по верифицированному пара-

метру в блок-схеме алгоритма не оговаривается и по умолчанию оста-

ется равным нулю для всех КУ.

Это может быть характерно для поко-

вок нестандартного ряда со значениями параметров, выходящих за

пределы интервалов значений, ограниченных представленной класси-

фикацией поковок, либо для случаев некорректного ввода исходных

данных о поковке.

В случае, если значение параметра

удовлетворяет условию

блока 3.1, т.е. попадает в j-й диапазон значений, осуществляется пере-

ход к блоку 3.4, в котором выполняется расчет весового коэффициента

для набора компенсаторов, идентифицированных по

i-му параметру

поковки. Расчет производится по формуле

→

·K

, где V

– весовой

коэффициент, присвоенный набору КУ, прошедшему верификацию по

i-му параметру; ψ

– уровень значимости i-го параметра; K

– набор

КУ, соответствующий

j-му диапазону i-го параметра поковки, пред-

ставленный в виде суммы обозначений компенсаторов. Например, при

i = 1, j = 2, K

= K

→

МК2+МК5+МК6+ДК3,

=5.5% расчет

весового коэффициента для второго диапазона (второго набора КУ)

первого параметра определяют по соотношению:

= ψ

·K

→

5,5·(МК2+МК5+МК6+ДК3)

После расчета весового коэффициента осуществляется переход к

блоку 3.5. Его функцией является проверка условия

i < n, выполнение

которого определяет наличие параметров, не прошедших верификацию

– в этом случае функционирование алгоритма передается на блок 3.6,

которым задается переход к верификации следующего параметра по-

ковки

i = i + 1.

В случае невыполнения условия, заданного в блоке 3.5, означаю-

щего завершение верификации всех параметров поковки и подсчета

весовых коэффициентов для каждого КУ, функционирование алгорит-

ма передается на четвертый модуль.

Четвертый модуль осуществляет подсчет суммарного весового

коэффициента и формирование выборки идентифицированных по за-

данным параметрам поковки КУ с выводом результатов расчета на

экран или на печать.

В блоке 4.1 непосредственно определяют суммарный весовой ко-

эффициент по формуле

V = ∑V

, где V – суммарный весовой коэффи-

циент. По окончании расчета результаты могут быть представлены как

сумма произведений суммарных весовых коэффициентов в виде мно-

жителей и обозначений компенсаторов, которым принадлежат эти ве-

совые коэффициенты. Для удобства использования программы резуль-

таты расчета суммарных весовых коэффициентов выводятся для каж-

дого КУ индивидуально. Данную систему формирования выборки

можно назвать рейтинговой, так как при дальнейшем проектировании

технологического процесса во внимание

будут приниматься КУ с сум-

марным весовым коэффициентом (множителем), близким к макси-

мальному, но не ниже минимально допустимого (например, не менее

80%).

На основе алгоритма разрабатывают компьютерную программу

выборки КУ штампов МГШ, согласно которой процесс выбора наибо-

лее подходящих типоразмеров компенсаторов сводится к вводу исход-

ных данных (параметров поковки) и дальнейшему

автоматизирован-

ному функционированию программы, результатом работы которой

становится выборка из всей параметрической классификации только

тех компенсационных устройств, которые способны наиболее рацио-

нально обеспечить формирование поковки и своевременное удаление

избытка металла. Компенсаторы в выборке целесообразно располагать

в иерархическом порядке (в порядке убывания суммарного весового

коэффициента).

3.4.2 Автоматизация выборки компенсационных устройств

на основе алгоритмической модели процесса верификации

параметров поковки [25]

Выбор КУ определенной параметрической характеристики непо-

средственно связан с параметрами поковки и условиями конкретного

производства. В общем случае эту связь можно описать идентифика-

ционным модульным алгоритмом (моделью), который прогнозирует

выборку наиболее целесообразных компенсаторов. Для реализации

автоматизированной выборки компенсационных устройств алгоритм

необходимо представить в виде компьютерной программы, а поковка

должна быть параметрически

описана.

Информационное функционирование алгоритма базируется на

параметрическом классификаторе КУ, в котором каждое КУ характе-

ризуется совокупностью универсальных нормированных признаков,

позволяющих идентифицировать КУ по соответствующим параметри-

ческим признакам проектируемой поковки.

Каждому признаку присвоены порядковые номера (коды) и весо-

вые коэффициенты.

Для функционирования алгоритма введены следующие величи-

ны: параметры признаков поковки в численном виде

; параметры

КУ, причем признаки КУ характеризуются нижним

(К

) и верхним

(К

) уровнями значений; i = 1..n, где i – номер признака, n – количе-

ство признаков

; j = 1..m, где j – номер КУ, m – количество КУ в мас-

сиве; для каждого признака поковки установлен нормированный весо-

вой коэффициент

, который должен быть верифицирован с фактиче-

ским весовым коэффициентом конкретного признака КУ

; нормиро-

ванный суммарный весовой коэффициент признаков задан величиной

Q при 10-ти процентном уровне значимости (Q = 0,9).

Алгоритм содержит три модуля (рис. 3.3), [23].

В первом модуле (М1) вводят исходные данные о поковке

(её пара-

метрическое описание по каждому признаку) – блок 1.1. Затем описы-

вается количество признаков и количество компенсаторов (блок 1.2).

Во втором модуле (М2) проводится верификация параметрической

характеристики КУ с параметрической характеристикой поковки (блок

2.1). Верификация параметров признаков каждого компенсатора осу-

ществляется по соответствующим параметрам признаков поковки

(проверяется условие блока 2.1). Интервал значений параметра

при-

знака КУ, по которому данный компенсатор удовлетворяет поковке,

обязательно включает значение соответствующего параметра признака

поковки. Если условие (2.1) удовлетворяется то показателю значимо-

сти

i-го признака j-го КУ присваивают весовой коэффициент η

принятый для этого признака (2.2), и осуществляют переход к верифи-

кации КУ по следующему признаку (блоки 2.3 и 2.4). Если условие

(2.1) не выполняется, то проверяется условие (2.5). В случае выполне-

ния условия (2.5), показателю значимости

i-го признака j-го КУ не

присваивают значение весового коэффициента, и он, по умолчанию,

остаётся равным нулю. Если условие (2.1) для j-го КУ не выполняется,

то последний исключается из формирования выборки, так как первые

два признака являются базовыми (например, геометрический образ

поковки и ее степень сложности), им придаются высокие весовые ко-

эффициенты, и

без любого из них невозможно обеспечить условие

(3.2), установленное для фактического суммарного весового коэффи-

циента КУ

(θ

В третьем модуле (М3) формируют выборку КУ, соответствую-

щих условию (2.1). После суммирования значений показателей значи-

мости

(ψ

) отдельных признаков по каждому КУ (блок 3.1) проверяет-

ся условие соответствия

нормированному суммарному весовому

Рисунок 3.3 - Блок-схема алгоритма выбора КУ, построенного на ос-

нове алгоритмического модели поковки

коэффициенту

Q (блок 3.2). Если условие (3.2) выполняется, то КУ с

соответствующим номером передается в печать (блок 3.3). Блоки (3.4 –

3.6) обеспечивают проверку всех признаков каждого КУ.

С использованием выбранных КУ проводят оптимизацию техно-

логических процессов по технологической себестоимости поковки с

учетом последующей механической обработки, расходу штампуемого

металла, стойкости штампа или другим критериям (см. раздел 6 [17]).

3.4.3 Корреляция выборки компенсационных устройств по

суммарному весовому коэффициенту

При распечатке результатов выборки компенсаторы располагают-

ся в порядке убывания их фактического суммарного весового коэффи-

циента θ

. Если в выборке окажется менее двух компенсаторов, то це-

лесообразно ввести в выборку несколько КУ, суммарный весовой ко-

эффициент которых наиболее близок к условию (3.2) алгоритма (рис.

3.3). Если же в выборке окажется более пяти компенсаторов, то целе-

сообразно это количество уменьшить до пяти.

Для этого в алгоритм нужно ввести четвертый модуль

, отвечаю-

щий за подсчет количества компенсаторов в выборке [23].

Количество КУ, удовлетворяющих параметрической характери-

стике поковки в выборке напрямую зависит от значения нормирован-

ного суммарного весового коэффициента Q, путем корректировки ко-

торого это количество может регулироваться.

Для подсчета количества компенсационных устройств в выборке

в алгоритме перед блоком (3.3) введен «счетчик» β

= 1, фиксирующий

наличие КУ с удовлетворительным суммарным фактическим весовым

коэффициентом (для КУ с суммарным фактическим весовым коэффи-

циентом, не удовлетворяющим условию (3.2), счетчик β

по умолчанию

приравнивается к нулю). (рис. 3.4).

Корректировка значения нормированного суммарного фактиче-

ского весового коэффициента осуществляется в зависимости от усло-

вий (4.2) и (4.3). Блоками (4.4), (4.5) задается шаг корректировки зна-

чения Q, блок (4.6) обнуляет предыдущие расчеты и передает работу

программы в начало алгоритма (рис. 3.4).

Основным условием при адаптации работы компьютерной про-

граммы выбора КУ является

сохранение принципов взаимодействия

отдельных модулей и блоков алгоритма и строгое соответствие пара-

метров поковок и КУ в используемых для верификации базах данных.

Рисунок 3.4 - Алгоритм выбора КУ с корреляцией выбора

В этом случае функционирование алгоритма будет корректным и

обеспечит формирование оптимальной выборки КУ, пригодных для

применения в производстве поковок заданной параметрической харак-

теристики.

4 Оптимизация процессов штамповки типовых поковок

4.1 Оптимизация штамповки стержневых поковок

Оптимизация процессов МГШ базируется, прежде всего, на спо-

собе формообразования поковки и методе компенсации избытка ме-

талла, так как с рационализацией метода компенсации избытка металла

непосредственно связаны трудоёмкость изготовления и качество по-

ковки, расход металла и стойкость штампа, а также трудоёмкость по-

следующей механической обработки поковок [5].

Независимо от метода компенсации

и конструкции устройства

компенсаторы должны обеспечить чёткое заполнение полости штампа

и последующее размещение колеблющегося в определенных пределах

избыточного металла.

Выбор метода компенсации избытка металла зависит от конфигу-

рации поковки, технологической схемы штамповки и последующей

механической обработки поковки, а также от возможности размещения

компенсаторов той или иной конструкции в штампе заданных размеров

[5].

Стержневые поковки могут быть с простым или фасонным тор-

цом стержня.

При выдавливании стержневых поковок с простым торцом

стержня заполняемость углов полости штампа, скруглённых радиуса-

ми

r,r

и т.д. (рисунок 4.1), может быть проверена на основании из-

вестного положения, согласно которому степень истечения в различ-

ные полости обратно пропорциональна сопротивлению деформации:

cсy

lи

⋅

(4.1)

где

- средние значения напряжений в очаге деформации,

действующих в окрестности заполняемого угла и при выдавливании в

стержневую полость;

- соответственно глубина затекания в

угол полости с момента стабилизации очага деформации в углах по-

лости

и длина стержня поковки (рисунок 4.1, a).