CC BY
55
Автоматика. Информатика. Управление. Приборы
УДК 62-932.4
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПРЕССОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ.
ЧАСТЬ 1. ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ НИМИ
С. В. Карпушкин, К. С. Корнилов
Кафедра «Автоматизированное проектирование технологического оборудования», ФГБОУВПО «ТГТУ»; [email protected]
Ключевые слова и фразы: автоматизированное проектирование; вулка-низационные прессы; нагревательные плиты; пресс-формы; резинотехнические изделия.
Аннотация: Рассмотрены постановки задач автоматизированного проектирования элементов прессового оборудования: выбор материалов и определение геометрии нагревательных плит и пресс-форм, исходя из условий прочности и размеров вулканизируемых изделий; формирование температурного поля рабочей поверхности нагревательной плиты пресса согласно требованиям технического задания в условиях нестационарного нагрева; формирование поля температур в объеме вулканизируемых изделий для стационарного режима нагрева системы «плиты - пресс-формы - изделия»; выбор размеров элементов рамы пресса и силового гидроцилиндра, обеспечивающих выполнение условий прочности.
Определены информационные связи между задачами по исходным данным и результатам решения. Предложены структура и перечень функций системы информационной поддержки принятия решений при автоматизированном проектировании прессового оборудования.
Введение
Производство резинотехнических изделий (РТИ), согласно данным Центра развития Национального исследовательского университета - Высшей школы экономики [1], имеет устойчивую тенденцию к увеличению. В связи с этим возникает необходимость модернизации устаревшего и создания нового оборудования, выпускающего качественную продукцию с наименьшими издержками производства.
Наиболее часто РТИ изготавливаются методом горячего прессования. Для их вулканизации в металлических пресс-формах применяют, в основном, гидравлические вулканизационные прессы, оснащаемые нагревательными плитами с индукционными нагревателями. Процесс проектирования прессового оборудования включает решение следующих основных задач:
- выбор материалов и определение геометрии нагревательных плит и пресс-форм исходя из размеров вулканизируемых РТИ и выполнения условий прочно- формирование температурного поля рабочей поверхности нагревательной плиты пресса: определение числа, размеров, мощности и положения индукторов,
обеспечивающих получение требуемого профиля температур рабочей поверхности плиты за указанное время;
- формирование поля температур в объеме вулканизируемого изделия: определение положения пресс-форм на поверхности нагревательных плит, при котором степень неравномерности температурного поля в изделии не превышает предельно допустимой;
- определение размеров элементов рамы пресса и силового гидроцилиндра, обеспечивающих выполнение условий прочности.
Рассмотрим общие постановки задач, уделяя особое внимание исходным данным для их решения и информационным связям между задачами.
Выбор материалов и определение геометрии нагревательных плит и пресс-форм
Длина I и ширина 5 нагревательных плит вулканизационного пресса определяются ассортиментом РТИ, которые предполагается изготавливать, и размерами пресс-форм для этих изделий, а выбор материала тп и высоты плиты к - условием ее прочности.
Нагревательные плиты вулканизационных прессов при изготовлении РТИ работают при температуре около 200 °С под давлением, то есть подвержены температурным и механическим деформациям. Плиты могут быть нагружены как поперечными усилиями деформации, так и изгибающими моментами сил, причем размер, форма и число пресс-форм, помещенных между нагревательными плитами, могут меняться.
Для выполнения прочностного расчета нагревательной плиты необходимы:
- рабочая температура Тр нагревательных плит, °С;
- усилие сжатия Р, Н;
- число зажимаемых пресс-форм и геометрия поверхностей их контакта с рабочей поверхностью плиты.
Постановка задачи предусматривает выбор материала и толщины нагревательной плиты, обеспечивающих неизменность геометрии плиты и качества контактной поверхности при минимальной стоимости материала
и выполнении условия
Бп(1, s, h, тп) ^ min
к,тп
M max
Ми -*ни,
Ж
где ЗД 5, к, тп) - стоимость материала плиты при фиксированных габаритных размерах и марке материала, р.; Мтах - максимальное значение суммарного изгибающего момента, возникающего при зажиме пресс-форм нагревательными плитами пресса, Н • м; Ж = ¡к2/6 - момент сопротивления плиты изгибу, м3; [ст]и-допускаемое напряжение изгиба для материала плиты при температуре Тр, Па.
Методика определения значения М^ах для конкретных условий нагружения
плит вулканизационного пресса изложена в работе [2].
Результатом решения задачи являются марка материала плиты и минимальное значение к, обеспечивающие выполнение условия прочности.
Пресс-формы с вулканизируемыми изделиями подвергаются температурным и механическим деформациям: они помещаются между двумя нагревательными плитами, зажимаются с усилием порядка 200 МН и выдерживаются некоторое время при температуре, близкой к Тр. При выборе типа пресс-формы для вулканизации конкретного изделия руководствуются требованиями [3].
_шах
ст„
Целью прочностного расчета пресс-формы является выбор марки материала и определение геометрических размеров ее элементов, обеспечивающих выполнение условий прочности.
Исходными данными для прочностного расчета пресс-формы являются:
- осевая нагрузка (рабочее давление в гидроцилиндре пресса Рц);
- рабочая температура Тр.
Для случая, когда основными габаритными размерами пресс-формы являются наружный R, внутренний г радиусы и высота hф, определяемая геометрией прессуемого РТИ (рис. 1), задача сводится к выбору материала пресс-формы и таких значений R и г, при которых обеспечивается выполнение условия прочности пресс-формы и достигается ее минимальная металлоемкость
Матрица
Прокладка
Пуансон
Рис. 1. Пресс-форма для изготовления резиновых прокладок
Sф(R, r, hф, mф) ^ min
К,т,Шф
при условии (см. [2])
Po (r 2 + r 2'
R 2 - r 2
где sф(r, г, hф, mф) - стоимость материала пресс-формы при фиксированных габаритных размерах и марке материала, р.; Ро - удельное давление прессования, Н / м2; [с]в - допускаемое напряжение для материала пресс-формы, Па.
Значение Ро для конкретной пресс-формы определяется по рабочему давлению в гидроцилиндре пресса
^0 _ (^ц kпр ./плж )/ fз. к ,
где ^р - коэффициент полезного действия пресса; fплж - площадь поперечного сечения плунжера пресса, м2; к - площадь горизонтальной проекции загрузочной камеры пресс-формы, м2.
Результатом решения данной задачи являются марка материала пресс-формы, значения r и г, обеспечивающие выполнение условия прочности.
Формирование профиля температур рабочей поверхности нагревательной плиты
На промышленных предприятиях, выпускающих прессовое оборудование, эта задача традиционно считается главной в процессе проектирования вулканиза-ционных прессов, так как от профиля температур рабочей поверхности нагревательных плит прямо зависит конфигурация поля температур в вулканизируемом изделии. Как правило, требуется определить число индукционных нагревателей, геометрические размеры и мощность каждого из них, обеспечивающие равномерное распределение температур по рабочей поверхности плиты. Пример конструкции плиты с прямоугольными индукторами представлен на рис. 2.
К числу исходных данных для решения поставленной задачи относятся: - результаты решения задачи выбора материала и геометрии нагревательной плиты - значения mп, ^ s, ^
Основание
Пазы под крепеж
Индукторы
Рис. 2. Конструкция нагревательной плиты с прямоугольными индукторами
- продолжительность периода на- у _ Крышка грева плиты тн и допустимый уровень неравномерности температурного поля ее рабочей поверхности ДТп по истечении этого времени;
- тип, внешний диаметр dп (с учетом изоляции), материал и диаметр d сечения провода, используемого для намотки индукторов, допустимая глубина пазов под индукторы Ап;
- напряжение электрической сети U и коэффициент мощности cos ф;
- конфигурация объема материала плиты vH, в котором происходит тепловыделение индукторов, и зависимость их удельной мощности от времени нагрева чи(т);
- условия теплоотвода во внешнюю среду - конструкция системы нагрева пресса, условия контакта нагревательных плит с элементами пресса и окружающим воздухом, температура воздуха То.
Необходимо определить число индукторов N заданной формы (круглый, прямоугольный), их размеры (длина /и и ширина 5и, или диаметр dH), положение проекций центров индукторов на рабочую поверхность плиты Хи,7и, и число витков провода пи в каждом индукторе, при которых в момент времени тн от начала нагрева средняя температура рабочей поверхности плиты минимально отличается от заданной Тр, а неравномерность поля температур рабочей поверхности Тп(х, у, 0, тн) не превосходит ДТп.
Обобщенную математическую постановку задачи для плиты с прямоугольными индукторами можно представить следующим образом:
max {{(х уД тн)} - min {Тп (х уД тн min _
хе[Лр,/-Лр1, x€.\[p,l-Др] N;lHi ,sHi ,XHi ,YKi ,%,■ ,i=\,N„
P] ye\Ap,s-ApJ
ye\Ap, s - ApI при условиях:
s-Лр/-Лр
(/ - 2Лр)(s - 2Лр) I 1Тп(X,у,0,Тн)dxdy -ТР
Лр Лр
<s п
max {ТП (х y,0, Хн)} - \ min 1 {ТП (x, y,0, Хн )}<ЛТп;
хе|Др,/-Лр|, хе|Др,/-Лр|,
уе[[9,£-Лр] уе[Др,£-Др]
Тп(x, y, zт) = ^(то ;N и; vm, Чи, X Hi, yhz , ■ =1 N и;т); х е [Др, / - Др], у е [Др, s - Др], z е [0, h];
= ((= с^ ¡и, = = К,= пш= л ш )> ' = 1= к и;
Чи, = Чи, (и^^ ¡и, = = пи, = т)= ' = 1 = где Ар - расстояние от края плиты до границы ее рабочей поверхности 25 мм); еп - допустимое отклонение средней температуры плиты от Тр, °С.
Функция О представляет собой дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности с начальным условием Т(х, у, 2, 0) = То и граничными условиями, форма которых определяется условиями теплоотвода в окружающую среду [4]. Рекомендации по решению этого уравнения методом конечных интегральных преобразований и методом конечных элементов даны в [5]. При использовании метода конечных интегральных преобразований возникает проблема выбора и обоснования величины шага по времени нагрева плиты, обеспечивающего приемлемую точность и продолжительность расчетов [6].
Значения уш-, qш■ - объем, в котором осуществляется тепловыделение от работы 1-го индуктора и удельная мощность этого тепловыделения соответственно. Для их определения необходим электромагнитный анализ - решение уравнения Максвелла для фиксированного числа и параметров индукторов, причем для каждого момента времени необходимо вначале рассчитывать удельную мощность индукторов, а затем - температурное поле плиты [5].
Если электромагнитный анализ невозможен по причине дефицита времени или вычислительных ресурсов, отсутствия данных о зависимости магнитной проницаемости материала плиты от температуры, информацию об изменении мощности индукторов в процессе нагрева можно получить на основе экспериментальных данных [4] и, приняв допущение о конфигурации объема, в котором осуществляется тепловыделение, рассчитать его удельную мощность.
Результатом решения этой задачи является число индукторов, мощность и местоположение каждого из них в объеме плиты, а также температурное поле плиты. Один из возможных подходов к ее решению предложен в работе [7].
Формирование поля температур в объеме вулканизируемого изделия
Качество РТИ во многом определяется равномерностью температурного поля в объеме изделия. Поэтому необходимо определить положение пресс-форм, обеспечивающее заданное распределение температур в резинотехнических изделиях при фиксированном профиле температур рабочей поверхности нагревательной плиты. Заметим, что дополнительные конструктивные элементы пресс-форм (ручки для переноса, литейные каналы, отверстия под крепежные элементы, установочные пазы, фаски и т.д.), как правило, снижают степень равномерности температурных полей в вулканизируемых изделиях, однако необходимы при производстве [8].
К исходной информации для решения этой задачи относятся:
- состав (марка) исходной резиновой смеси Шр;
- температура окружающего воздуха Т0, начальная температура смеси Тн и температура вулканизации изделия Тв;
- допустимый уровень неравномерности температурного поля в изделии ДТр,
- результаты решения задачи выбора материала и геометрии пресс-формы - комплекс геометрических размеров Оф и материал шф пресс-форм используемого типа.
5
Рис. 3. Геометрическая модель системы «плиты - пресс-формы - РТИ»:
1, 7 - основания плит; 2, 6 - крышки плит; 3, 9 - индукторы; 4, 5 - матрица и пуансон пресс-формы; 8 - РТИ (прокладка)
Задачу предлагается решать для стационарного режима нагрева системы «плиты - пресс-формы - изделия» (рис. 3) в условиях теплообмена с окружающим воздухом, то есть находить температурное поле изделия, которое характеризуется максимально возможной степенью равномерности. В реальных (производственных) условиях имеют место нестационарные режимы нагрева пресс-форм, при которых градиенты температур в изделиях всегда будут больше, чем для стационарного режима, [9], поэтому предлагаемый подход, с одной стороны, позволяет существенно уменьшить объем расчетов, а с другой, - обоснованно выбирать конструкцию пресс-формы и режим работы системы обогрева пресса.
Представим обобщенную математическую формулировку задачи для системы, состоящей из Ап нагревательных плит, Аф пресс-форм и Ар изделий
max I max {грк (x, y, z)} - min {Трк (x, y, z)} ^ min_
k=1,Nр [x^zeVpk x,y,zeVpk J Xф ,Уф,j=1,Аф
при условиях:
max {Tpk (x, y, z)} - min {^k (x, У, z)}< ATp, k = 1, Np;
x, У, zeVpk x, У, z^k
<e р, k = 1, Ар;
— Ц]Трк (х,у,2)- Тв
рЧк
Трк(Хy,2) = ®(т0,Тв;Тпр(ху,0)Р = 1Ып;Оф;Хф} ,Уф] ,Сф],] е (l,...,Жф);Ср^), к = 1N
где Урк - комплекс граничных значений координат объема к-го изделия; Трк(х, у, 2) - стационарное температурное поле к-го изделия; Хф],Уф] - положение центра проекции ]-й пресс-формы на рабочую поверхность плиты; Урк - объем к-го изделия; бр - заданная точность совпадения Тв со средней температурой изделия.
Функция © представляет собой систему дифференциальных уравнений стационарной теплопроводности для всех пресс-форм и изделий при заданном профиле температур нагревательных плит Тпр (х, у,0), р = 1, Ып с граничными условиями, характеризующими равенство температур и тепловых потоков на границах между плитами и пресс-формами Сф], ] е (1,..., Ыф), пресс-формами и изделиями
Срк, к = 1, Ыр. Подробное представление функции ©, методика определения поля температур в вулканизируемом изделии показаны в [10].
Результатами решения данной задачи являются значения Хф],7ф] для всех пресс-форм и поля температур в вулканизируемых изделиях.
Определение размеров элементов рамы пресса и силового гидроцилиндра
Рама пресса представляет собой стальной замкнутый контур, воспринимающий пульсирующее толкающее усилие гидроцилиндра через технологические и нагревательные плиты. Под действием этого усилия продольные части стоек рамы работают на растяжение и продольный изгиб, а поперечные - на поперечный изгиб.
Для предотвращения температурных напряжений в опорных частях рамы пресса между ними и нагревательными плитами устанавливаются теплоизоляционные прокладки, например, на предприятии ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» -плиты толщиной 50 мм из материала АЦЭИД 500 [11].
Целью расчета является выбор материала рамы пресса и определение геометрических размеров ее опасных сечений при заданном осевом толкающем усилии и средней температуре рамы (с запасом - при рабочей температуре нагревательных плит Тр).
Исходные данные:
- основные геометрические размеры рамы;
- осевое толкающее усилие Р.
Методика прочностного расчета рамы вулканизационного гидравлического пресса [12] предусматривает проверку выполнения условий:
ст, = №. <н , = 1,...,^,
' т 1 'Р
и 1
где , - порядковый номер опасного сечения рамы; с, - напряжение изгиба в ,-м опасном сечении, Па; М, - крутящий момент в ,-м опасном сечении, Н • м; С, - ордината центра тяжести ,-го опасного сечения, м; 3, - момент инерции ,-го опасного сечения относительно оси, проходящей через центр его тяжести, м3; [с]р - допускаемое напряжение изгиба для материала рамы, Па; Оэ - число опасных сечений.
Задача расчета рамы пресса на прочность сводится к определению геометрических размеров элементов рамы, при которых выполняются условия ее прочности и достигается минимальная металлоемкость.
Силовой гидроцилиндр является наиболее нагруженным и ответственным узлом вулканизационного пресса. Целью его расчета является выбор материала тц, внутреннего и внешнего Яя радиусов цилиндрической части, толщины днища кд, фланца кф и высоты катета сварного шва днища кк.
Цилиндры гидравлических прессов рассчитываются как толстостенные сосуды, так как отношение наружного диаметра к внутреннему превосходит 1,5. Методика расчета [2] предусматривает:
- расчет эквивалентного напряжения в стенках гидроцилиндра и его сравнение с допускаемым напряжением на растяжение для материала корпуса;
- расчет суммарного напряжения в днище, цилиндрической части корпуса вблизи днища, вблизи верхнего фланца и их сравнение с допускаемым напряжением при пульсирующей нагрузке для материала корпуса.
Исходные данные:
- геометрия гидроцилиндра (наружный диаметр, высота, форма и размеры толкателя);
- давление внутри гидроцилиндра Рц;
- необходимый запас прочности.
Условие прочности стенки гидроцилиндра:
где стг =
PR2
r R„2 - R2
СТэкв || 2
( r2 Л
1 R4
1 - R2
V re У
1 \( - CT,)2 + (ct, - az )2 + (az - ar )2 ] < \а]ц,
PR
CT, =
2
, О2 О2
R - R„
( r2 л °d2
R2
PRB
z = , ° - радиальное,
D 2 D 2 R - R,
тангенциальное и осевое напряжения, возникающие в стенке цилиндра под действием внутреннего давления соответственно, Па; [с]ц - допускаемое напряжение растяжения для материала цилиндра, Па.
Условие прочности днища гидроцилиндра
стд +стд <[ст] ц.и; цилиндрической части корпуса гидроцилиндра вблизи днища
вблизи фланца
стц + фст 2 <[а]
ц.и;
К (ф + ст 2 )<[ст]п,
с М 21
где стд = 6-—- напряжение изгиба в днище корпуса вблизи стенки, Па; М2 -
Нд
изгибающий момент днища корпуса вблизи стенки, Н • м; стц = -62| 3 + ^ РК2 - М2] - напряжение изгиба в центре днища корпуса, Па;
йд V 16 )
ц ~ 0,3 - коэффициент Пуассона; К = 0,5(Кн + Кв) - средний радикс корпуса гидроцилиндра, м; [с]ц. и - допускаемое напряжение материала цилиндра на изгиб,
Па; стд = 6—!М—— - напряжение изгиба цилиндрической части корпуса в зоне ц (Кн - Кв )2
сопряжения с днищем, Па; ф ~ 0,8 - коэффициент прочности сварного шва; М1 -изгибающий момент цилиндрической части корпуса в зоне сопряжения с днищем, Н • м; К ~ 1,3 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки на фланец корпуса гидроцилиндра со стороны рамы пресса; стф = 6 --
Кн - Кв
напряжение изгиба в верхней части цилиндрической части корпуса вблизи перехода во фланец, Па; М0 - изгибающий момент в цилиндрической части корпуса вблизи перехода во фланец, Н • м; [с]п - допускаемое напряжение материала цилиндра на изгиб при пульсирующей нагрузке, Па.
Расчет на прочность сварных швов гидроцилиндра сводится к проверке выполнения условий [2]:
Р К2
1 ц^в л 1
- - <[ст]ш;
Кн2 -(Кв +1)
= Р . <[ ]•
Тф = 2пКн ( -1) <[Т];
К,2 Р,
в' ц
<[т],
д 1,4Кнйк
где ск - напряжение в сварном шве корпуса гидроцилиндра, Па; I ~ 5 мм - ширина полоски сопряжения свариваемых деталей; [с]ш - допускаемое напряжение растяжения в сварном шве, Па; [т] = 0,65 [с]р - допускаемое напряжение кручения в сварном шве, Па.
Задача расчета силового гидроцилиндра вулканизационного пресса сводится к определению значений Кн, Кв, йд, Нф и Нк, обеспечивающих минимальную металлоемкость гидроцилиндра при выполнении всех условий прочности.
Расчет гидроцилиндра обычно дополняют прочностным расчетом стола пресса. Этот расчет сводится к выбору минимальной высоты стола, обеспечивающей выполнение условий [2],
М] г 1
ст, = — <[ст], ] = 1,11,
]
где I, II - продольное и диагональное сечения стола; М] - крутящий момент в ]-м сечении, Н • м; W] - момент сопротивления ]-го сечения, м3; С] - напряжение в ]-м сечении, Па; [с] - допускаемое напряжение материала стола на изгиб, Па.
Очевидно, что для решения задач проектирования прессового оборудования необходимо большое количество разнородной информации:
- данные технического задания на проектирование (значения Тр, Р, Рц, тн, ДТп, еп, U, cos ф, Тв, ДТр, еи и 70; условия теплоотвода от плит и пресс-форм во внешнюю среду и др.);
- справочные данные - свойства материалов плит, пресс-форм и проводов индукторов (плотность, теплоемкость, теплопроводность, магнитная проницаемость, удельное электросопротивление, допускаемые напряжения), свойства резиновых смесей (состав, плотность, теплоемкость, теплопроводность);
- результаты решения предшествующих задач, например, размеры нагревательной плиты для задачи формирования температурного поля ее рабочей поверхности, число, размеры и мощности индукторов нагревательных плит для задачи формирования поля температур в РТИ.
Кроме того, применение систем конечно-элементного анализа требует формирования объемных геометрических моделей (3Б-моделей) плит, индукторов, пресс-форм и РТИ (см. рис. 3), выбора типов и плотности сетки конечных элементов для различных объектов. Заметим, что 3Б-модели нагревательных плит и пресс-форм являются как исходными данными, так и результатами решения задач формирования температурных полей в плитах и РТИ, следовательно, они должны быть параметризованы.
Таким образом, автоматизация процесса проектирования требует создания системы информационной поддержки принятия решений для подготовки, хранения и представления исходных данных и результатов решения задач проектирования прессового оборудования. Остановимся подробнее на структуре и функциях этой системы.
Информационная поддержка принятия решений при проектировании прессового оборудования
Основными функциями системы информационной поддержки являются:
1) автоматизация подготовки и ввода данных для решения конкретной задачи, в том числе и результатов решения предшествующих задач;
2) сбор, хранение и предоставление справочной информации;
3) формирование и хранение параметризованных 3Б-моделей и чертежей плит, индукторов, пресс-форм и РТИ;
4) представление результатов решения задач в форме, удобной для анализа;
5) формирование конечных документов, пригодных для использования в проектной документации;
6) хранение исходных данных и результатов выполненных проектов.
Реализация этих функций осуществляется с помощью следующих компонентов системы (рис. 4):
- управляющий модуль;
- модуль ввода данных технического задания;
- база справочных данных о материалах плит и проводов, используемых для намотки индукторов, пресс-форм, а также резиновых смесях, используемых в качестве исходного сырья для изготовления РТИ;
- база характеристик, сборочных чертежей, 3Б-моделей нагревательных плит и результатов расчета их температурных полей;
- база характеристик и сборочных чертежей индукторов;
- база характеристик, сборочных чертежей, 3Б-моделей пресс-форм с РТИ и результатов расчета температурных полей в РТИ;
- архив выполненных проектов.
Модуль формирования поля температур нагревательной плиты
Модуль определения геометрии нагревательных плит и пресс-форм
Модуль определения геометрии рамы и гидроцилиндра пресса
Модуль формирования поля температур в РТИ
Ввод данных технического задания
Управляющий модуль
Архив выполненных проектов
База свойств материалов
База характеристик,
чертежей и ЗБ-моделей плит
База характеристик и чертежей индукторов
База характеристик, чертежей, ЗО-моделей пресс-форм и РТИ
Система информационной поддержки принятия решений
Рис. 4. Структура системы информационной поддержки принятия решений при проектировании прессового оборудования
Основным структурным элементом системы является управляющий модуль, предназначенный для выполнения следующих операций:
- управление базами данных (поиск необходимой информации, пополнение и корректировка);
- подготовка исходных данных для работы модулей решения задач с использованием данных технического задания, справочной и архивной информации;
- формирование 3Б-моделей и сборочных чертежей нагревательных плит с индукторами, пресс-форм с РТИ на основе результатов решения задач формирования температурных полей;
- сохранение исходных данных и результатов выполнения проектов в архиве;
- формирование и печать протоколов решения задач для включения в проектную документацию.
Разработка и внедрение системы информационной поддержки принятия решений при проектировании прессового оборудования в комплексе с модулями решения задач проектирования позволит существенно сократить сроки получения проектных решений и повысить их качество.
Список литературы
1. Индексы интенсивности промышленного производства [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.dcenter.ru/iipp/2010-11/text.pdf (дата обращения: 27.05.2014).
2. Басов, Н. И. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов / Н. И. Басов, Ю. В. Казанков, В. А. Лю-бартович. - М. : Химия, 1986. - 488 с.
3. ГОСТ 14901-93. Пресс-формы для изготовления резинотехнических изделий. Общие технические условия. - Введ. 1995-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2005. - 16 с.
4. Малыгин, Е. Н. Методика теплового расчета нагревательных плит прессов для изготовления резинотехнических изделий / Е. Н. Малыгин, С. В. Карпушкин, А. С. Крушатин // Хим. пром-сть сегодня. - 2009. - № 11. - С. 48 - 56.
5. Глебов, А. О. Сравнение методик моделирования температурных полей индукционных нагревательных плит / А. О. Глебов, С. В. Карпов, С. В. Карпуш-кин // Автоматизация в пром-сти. - 2012. - № 7. - С. 23 - 28.
6. Karpushkin, S. V. Modeling of Induction Heating Devices in Example of Induction Heating Platens of Vulcanization Presses / S. V. Karpushkin, S. V. Karpov, A. O. Glebov // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 17, № 1. - С. 110 - 120.
7. Глебов, А. О. Методика оптимизации режимных и конструктивных характеристик нагревательной плиты вулканизационного пресса / А. О. Глебов, С. В. Карпов, С. В. Карпушкин // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2013. - Т. 19, № 1. - С. 137 - 151.
8. Карпов, С. В. Оценка эффективности пресс-форм для изготовления резинотехнических изделий и системы их обогрева на вулканизационном прессе / С. В. Карпов, С. В. Карпушкин // Хим. и нефтегазовое машиностроение. - 2012. -№ 3. - С. 10 - 16.
9. Карпушкин, С. В. Разработка виртуальной модели температурного поля резинотехнического изделия в процессе его обработки на вулканизационном прессе / С. В. Карпушкин, С. В. Лавров, К. С. Корнилов // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 17, № 2. - С. 477 - 482.
10. Малыгин, Е. Н. Моделирование и расчет процессов индукционного нагрева прессового оборудования при производстве резинотехнических изделий / Е. Н. Малыгин, С. В. Карпушкин, С. В. Карпов // Наука и образование : электрон. науч.-техн. изд. - 2013. - № 3. - С. 85 - 104.
11. ГОСТ 4248-92. Доски асбестоцементные электротехнические дугостой-кие. Технические условия. - Введ. 1993-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2002. - 8 с.
12. Методика проектного расчета рам гидравлических вулканизационных прессов для производства резино- и асбестотехнических изделий / ЗАО «Завод Тамбовполимермаш». - 2008. - 17 с.
Automated Design of Elements for Pressing Equipment to Manufacture Rubber Goods. Part 1. Statement of the Problems and Information Relations between them
S. V. Karpushkin, K. S. Kornilov
Department "Automated design of process equipment", TSTU; [email protected]
Key words and phrases: computer-aided design; heating plates; molds; rubber products; vulcanizing presses.
Abstract: The article considers formulations of the CAD problems for press equipment elements: the choice of materials and geometry definition of heating plates and molds, based on the terms of strength and size of vulcanized products; temperature field formation for work surface of heating press plates according to the requirements of technical specifications in conditions of non-stationary heating; the formation of the temperature field in the volume of curable products for the stationary heating of system "plates-molds-products"; elements of the press frame and the power cylinder sizing to ensure that the conditions of strength. Information relations between tasks are defined by the initial data and the results of decisions. The structure and a functions' list of the information support system for computer-aided design of press equipment is proposed.
References
1. http://www.dcenter.ru/iipp/2010-ll/text.pdf (accessed 27 May 2014).
2. Basov N.I., Kazankov Yu.V., Lyubartovich V.A. Raschet i konstruirovanie oborudovaniya dlya proizvodstva i pererabotki polimernykh materialov (Calculation and design of equipment for the production and processing of polymeric materials), Moscow: Khimiya, 1986, 488 p.
3. Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification (ISC), GOST14901-93: Press-formy dlya izgotovleniya rezinotekhnicheskikh izdelii. Obshchie tekhnicheskie usloviya (Russian Interstate Standards 14901-93: Press-moulds for manufacture of industrial rubber articles. General specifications), Moscow: Izdatel'stvo standartov, 2005, 16 p.
4. Malygin E.N., Karpushkin S.V., Krushatin A.S. Khimicheskaya promyshlennost' segodnya, 2009, no. 11, pp. 48-56.
5. Glebov A.O., Karpov S.V., Karpushkin S.V. Avtomatizatsiya v promyshlennosti, 2012, no. 7, pp. 23-28.
6. Karpushkin S.V., Karpov S.V., Glebov A.O. Transactions of the Tambov State Technical University, 2011, vol. 17, no. 1, pp. 110-120.
7. Glebov A.O., Karpov S.V., Karpushkin S.V. Transactions of the Tambov State Technical University, 2013, vol. 19, no. 1, pp. 137-151.
8. Karpov S.V., Karpushkin S.V. Chemical and Petroleum Engineering, 2012, no. 3, pp. 10-16.
9. Karpushkin S.V., Lavrov S.V., Kornilov K.S. Transactions of the Tambov State Technical University, 2011, vol. 17, no. 2, pp. 477-482.
10. Malygin E.N., Karpushkin S.V., Karpov S.V. Science and Education, 2013, no. 3, pp. 85-104.
11. Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification (ISC), GOST 4248-92: Doski asbestotsementnye elektrotekhnicheskie dugostoikie.
Tekhnicheskie usloviya (Russian Interstate Standards 4248-92: Asbestos cement non-arcing boards for electrical purposes. Specifications), Moscow: Izdatel'stvo standartov, 2002, 8 p.
12. JSC "Plant Tambovpolimermash", Metodika proektnogo rascheta ram gidravlicheskikh vulkanizatsionnykh pressov dlya proizvodstva rezino- i asbestotekhnicheskikh izdelii (Design calculation methodology frames hydraulic vulcanizing presses for the production of rubber and asbestos products), 2008, 17 p.
Automatisierte Projektierung der Elemente der Pressenausrüstung für die Herstellung der gummitechnischen Erzeugnissen.
Teil 1. Die Aufgabestellungen und die informativen Beziehungen zwischen ihnen
Zusammenfassung: Im Artikel werden die die Aufgabestellungen der automatisierten Projektierung der Elemente der Pressenausrüstung betrachtet: die Auswahl der Materialien und die Bestimmung der Geometrie der Heizplatten und der Presseformen, ausgehend von den Bedingungen der Haltbarkeit und der Umfänge der vulkanisierenden Erzeugnisse; die Bildung des Temperaturfeldes der Arbeitsoberfläche der Heizplatte der Presse laut den Forderungen der technischen Aufgabe unter den Bedingungen der nichtstationären Erwärmung; die Bildung des Feldes der Temperaturen im Umfang der vulkanisierenden Erzeugnisse für das stationäre Regime der Erwärmung des Systems „die Platten - die Presseformen - die Erzeugnisse"; die Auswahl der Umfänge der Elemente des Rahmens der Presse und des Krafthydrozylinders, die die Erfüllung der Bedingungen der Haltbarkeit gewährleisten.
Es werden die informativen Beziehungen zwischen den Aufgaben nach den Ausgangsdaten und den Ergebnissen der Lösung bestimmt. Es wird die Struktur und das Verzeichnis der Funktionen des Systems der informativen Unterstützung der Annahme der Lösungen bei der automatisierten Projektierung der Pressausrüstung vorgeschlagen.
Conception automatisée des éléments de l'équipement de presse pour la fabrication des articles de caoutchouc.
Part 1. Mise de problèmes et liens informatiques entres eux
Résumé: Dans l'article est examiné la mise du problème de la conception automatisée des éléments de l'équipement de presse: choix des matériaux et définition de la géométrie des plaques de chauffage et de formes de presse compte tenu de la solidité et des dimensions des articles vulcanisés; formation du champs de température de la surface de travail de la plaque de chauffage de la presse; formation du champs de températures dans le volume des articles vulcanisés pour le régime stationnaire du système "plaque - presse - forme - article"; choix des dimensions des éléments du bâti de la presse et du cylindre assurant l'exécution des conditions de la solidité.
Sont déterminés les liens informatiques entre les tâches suivant les données initiales et résultats de la solution. Est proposée la structure ainsi que la liste des tâches lors de la conception automatisée de l'équipement de presse.
Авторы: Карпушкин Сергей Викторович - доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизированное проектирование технологического оборудования»; Корнилов Кирилл Сергеевич - аспирант кафедры «Автоматизированное проектирование технологического оборудования», ФГБОУ ВПО «ТГТУ».
Рецензент: Подольский Владимир Ефимович - доктор технических наук, профессор кафедры «Системы автоматизированной поддержки принятия решений», директор Тамбовского областного центра новых информационных технологий, ФГБОУ ВПО «ТГТУ».
