CC BY
71
УДК 621.744
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО ПРОЕКТИРОВЩИКА ПРЕСС-ФОРМ
А.А. Карышев, Ю.Ф. Дорохов, А.А. Багдошвили
Рассматривается автоматизированное рабочее место проектировщика пресс-форм. Анализируются проблемы конструирования пресс-форм. Описываются этапы конструирования, основные особенности. Представляются результаты работы автоматизированной системы. Таким образом, была разработана автоматизированная система, которая предоставляет конструктору возможность подбора подходящей формы по габаритам отливки, ее проектирования, поиска и добавления термо-пластавтомата. Спроектирован удобный, интуитивно-понятный интерфейс, позволяющий быстро подобрать подходящую пресс-форму, построить ее модель, показать массовые характеристики и найти термопластавтомат.
Ключевые слова: САПР, пресс-форма, плита, Solid Works, API, термопластав-томат, ТПА, база данных.
При производстве изделий из пластмасс методом литья под давлением одним из важнейших и трудоемких этапов является проектирование пресс-формы по габаритам отливки.
Литье под давлением - это технологический процесс, в ходе которого исходный материал впрыскивается в специальную пресс-форму, после чего линейно застывает.
Весь цикл литья осуществляется на термопластавтомате (ТПА), в который монтируется литьевая форма.
Для литья пластмасс под давлением обычно используют гранулы термопластов. Этот вид изготовления изделий из пластмасс является одним из самых распространенных, что обусловлено его простотой и дешевизной для массового производства.
Литье осуществляют под давлением 80...140 МПа на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации.
Литье под давлением позволяет изготовлять детали массой от долей грамма до нескольких килограммов.
При выборе машины для формования изделия учитывают объем расплава, необходимый для его изготовления, и усилие смыкания, требующееся для удержания формы в замкнутом состоянии в процессе заполнения расплавом оформляющей полости [1].
Нестабильная экономическая ситуация поставила перед предприятиями задачу по выпуску конкурентоспособной продукции в короткие сроки. Усиление конкуренции повлекло за собой то, что предприятие должно подстраивать производство под часто меняющиеся условия на рынке, причем поддерживая при этом качество выпускаемой продукции на
231
высоком уровне. В этих условиях важнейшими задачами стали: повышение эффективности деятельности, моментальное реагирование на спрос актуальными предложениями, снижение стоимости, сроков разработки и выхода изготавливаемой продукции.
Рассмотрим основные этапы проектирования пресс-форм. На первоначальном этапе конструктор на основе сложности и особенностей изготавливаемого изделия выбирает способ доставки материала в пресс-форму, количество мест в форме, задает усилие смыкания формы и время одного цикла.
Затем необходимо последовательно спроектировать формообразующие. К ним относятся все детали соприкасающиеся с отливкой: матрица, пуансон, гладкие знаки, резьбовые знаки и тп.
После завершения построения формообразующих, конструктор выбирает блок, в котором они будут размещаться.Ключевым моментом при выборе блока является то, что его размеры определяются габаритами формообразующих, спроектированными на предыдущем этапе. Кроме того, на выбор влияют и параметры литьевой машины, на которой будет происходить непосредственная отливка изделий.
Так же, обязательным этапом является проектирование системы охлаждения формы. Она обычно состоит из множества прямых, кольцевых или спиральных каналов для охлаждающей жидкости, по усмотрению конструктора. В качестве жидкости обычно применяют подготовленную термостатированную воду.
Охлаждающих контуров в пресс-форме может быть несколько, хотя в большинстве случае достаточно и одного. В каждом из контуров охлаждающая жидкость может иметь разную температуру.
Затем конструктор производит проектирование системы съемагото-вых изделий. В особых случаях, когда отливаемая деталь имеет очень сложную форму, извлечение изделий из формы осуществляется вручную или при помощи роботизированной системы.
Готовая форма зачастую имеет большую массу: от 0,1 до 3,5 тонн, в связи с чем необходимо проектирование надежной системы крепления пресс-формы в литьевой машине и транспортных элементов [2].
На всех этапах проектирования пресс-формы конструктор использует средства трёхмерного моделирования, что, в свою очередь, позволяет не только сэкономить время за счет автоматизации процессов и использования в проектировании уже созданных стандартных деталей (нормалей), но и после завершения всех работ получить готовую трёхмерную модель будущей пресс-формы.
Данный подход позволяет также облегчить правильность проектирования отдельных деталей пресс-формы, проверить собираемость отдельных систем и всей пресс-формы сразу, а также позволяет автоматизировать процесс подготовки всех видов конструкторской документации: сборочный чертеж, спецификацию, чертежи отдельных деталей.
232
Конструирование является одним и важнейших этапов на производстве, поскольку проектировщику необходимо должным образом обеспечить требуемые технико-экономические свойства изделия с учетом минимальных временных затрат.
Таким образом, задача быстрого поиска и проектирования пресс-формы, а также подбора под неё ТПА является актуальной в настоящее время. В данной статье рассматривается ее реализация. Для решения поставленной задачи необходимо разработать алгоритмы поиска подходящей пресс-формы, расчета ее массовых характеристик и подбора подходящего ТПА. В качестве среды разработки была выбрана Microsoft Visual Studio.
В качестве языка разработки выбран C#, поскольку он является одним из распространенных языков программирования в среде. NET [3].
Система разработана на основе технологии реализации пользовательского интерфейса для Win-приложений - Windows Presentation Foundation (WPF), поскольку эта технология предоставляет как пользователю, так и разработчику, расширенные функциональные возможности [4].
Для трехмерного моделирования и подробного анализа массовых характеристик выбранасистемапроектирования - Solid Works [5].
Для поиска, подбора и хранения пресс-форм составляющих плит и термопластавтоматов была выбрана система управления базами данных Microsoft SQL Server 2012 [6].
Рассмотренные выше этапы проектирования пресс-форм в общих чертах раскрывают сущность этого процесса и позволяют сопоставить содержание работ с их возможной ценой.
По габаритным размерам отливки система подбирает подходящую пресс-форму. Выбирается наименьшая подходящая форма с учетом отведенного места под каналы охлаждения и производится построение ее трехмерной модели. Для подбора ТПА под полученную пресс-форму важно знать высоты ее составляющих плит. Для каждой плиты они фиксированы, но имеют, как правило, несколько значений, которые выбираются проектировщиком в каталоге плит изготовителя, исходя из конструкции отливаемого изделия.
С учетом данных особенностей была спроектирована модель базы данных, представленная на рис. 1.
Сущность «Plate» содержит название плиты и ее производителя. Высота плиты хранится в сущности «Plate Param». Пресс-форма состоит из множества плит. Сущность «Mold» содержит информацию о каталоге и названии пресс-формы. Основные параметры формы, необходимые для подбора, в том числе габаритные размеры отливки, ее масса, хранятся в таблице «Mold Param».
Сущность «TPA» хранит параметры, характеризующие техническую составляющую термопласт автомата, а также данные, которыми руководствуется конструктор (расстояние между колоннами по горизонтали и вертикали, минимальную и максимальнуювысоту формы).
233
Рис. 1. Схема разработанной БД
По полученным данным при помощи интерфейса Solid Works API можно построить трехмерную модель пресс-формы, а также просмотреть ее массовые характеристики [7].
Затем габариты полученной пресс-формы сопоставляются с параметрами сущности «TPA», в результате чего конструктор может сразу же подобрать ТПА, на котором будет произведено изделие.
В базе данных должны храниться данные для всех ТПА, использующихся на предприятии. Также предусмотрена возможность добавления нового ТПА в БД.
Схема работы пользователя с приложением изображена на рис.2.
Интерфейс системы базируется на двух вкладках: «Добавление нового ТПА» и «Проектирование пресс-формы и поиск подходящего ТПА». Таким образом, у конструктора имеется возможность динамического пополнения БД по средствам пользовательского интерфейса, а также поиска подходящей пресс-формы по габаритным размерам отливки, ее проектирования и подбора ТПА из БД.
Рис. 2. Диаграмма вариантов использования
Пример заполнения БД ТПА представлен на рис. 3.
* Рабочее место проектировщика пресс-форм
Добавление нового ТПА | Проектирование пресс-формы и поиск подходящего ТПА
Для добавления нового ТПА в базу данных Вам необходимо заполнить все поля и нажать соответствующую кнопку.
Название тер м о пл а ста втоглэт.э : ДЕ 3330 Ф1
Давление впрыска, МПа : 153
Объем впрыска, (куб. см): 173
Скорость впрыска, (куб. см)/с: 108
Усллие замыкания, кН : 1000
Расстояние между колоннами по горизонтали, мм : 400
Расстояние между колоннами по вертикали, мм : 320
Наибольшая высота пресс-формы, мм ; 320
Наименьшая высота пресс-формы, мм : 160
Показать ТПА из базы данных
Добавить ТПА в базу данных
Рис. 3. Добавление пользователем нового ТПА в БД
235
Также у пользователя есть возможность просмотра всех ТПА, хранящихся в БД.
На следующей вкладке представлен основной функционал системы. Сначала пользователь задает габариты отливки (длину и ширину) и подбирает подходящую форму, после чего ему предоставляется выбор толщин для неподвижных и подвижных плит по каталогу. Обычно одна и та же плита может иметь различные конфигурации высот.
После того, как были выбраны определенные конфигурации высот плит, система проектирует трехмерную модель подобранной формы и открывается готовая трехмерная модель в системе Solid Works. Результаты работы представлены на рис. 4.
Рис. 4. Полученная трехмерная модель пресс-формы
236
Затем у пользователя появляется возможность воспользоваться функцией просмотра массовых характеристик, полученной формы.
Данная функция массовые характеристики всех компонентов сборки, показывает массу пресс-формы, занимаемую площадь, объем.
У пользователя имеется возможности копирования и печати данных массовых характеристик.
Далее с учетом выбранных толщин плит производится подбор подходящего ТПА.
Пользователь имеет возможность просмотра основных характеристик найденного оборудования (рис. 5).
Рис. 5. Определение подходящего ТПА
237
В результате проделанной работы была создана автоматизированная система, позволяющая конструктору быстро осуществлять подбор пресс-форм, анализ массовых характеристик, проводить подбор ТПА под форму и добавлять новое оборудование в БД. Система обладает удобным и интуитивно-понятным интерфейсом, позволяющим быстро подобрать необходимую пресс-форму, с учетом места под систему охлаждения.
Список литературы
1. Виды литья пластмасс под давлением [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL http://www.e-plastic.ru/specialistam/litie-pod-davleniem/vidy-litya (дата обращения: 26.06.2016).
2. Проектирование пресс-форм [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL http://pressbottle.ru/proektirovanie press form-67.html (дата обращения: 26.06.2016).
3. Языки высокого уровня [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL http://www.iqlib.ru/book/element.php7pl1 id=2258 (дата обращения: 26.06.2016).
4. Nathan A. WPF4 Unleashed, 2011. 830 p.
5. Lombard M. SolidWorks 2010 Bible. Pub-er Wiley, 2010.1176 p.
6. ИцикБен-Ган, Microsoft SQL Server 2012. Высокопроизводительный код T-SQL. М., 2013. 256 с.
7. Аведьян А., Викентьев Е. SolidWorksAPI - универсальная платформа для интеграции инженерных и бизнес-приложений // САПР и графика. Сер. Машиностроение. 2006. № 6.
Карышев Андрей Анатольевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Калуга, Филиал Московского государственного техничесского университета им. Н.Э. Баумана,
Дорохов Юрий Федорович, ассист., [email protected], Россия, Калуга, Филиал Московского государственного техничесского университета им. Н. Э. Баумана,
Багдошвили Андрей Александрович, студент, [email protected], Россия, Калуга, Филиал Московского государственного техничесского университета им. Н. Э. Баумана
AUTOMATED DESIGN ENGINEERING WORKSTATION OF COMPRESSION MOLDS
A.A. Karyshev, Y.F. Dorokhov, A.A. Bagdoshvili
238
The automated design engineering workstation of compression molds is developed in this work. The problems of constructioning of compression molds are analyzed. Construction-ing stages and the main features are described.The results of operation of automated system are represented. Consequently, the automated system which gives to the designer an opportunity of selection of the suitable form for overall dimensions of casting, it is design, search and adding of the automatic molding machine was developed. The convenient, intuitivelyunders-tandableinterface, allowing to pick up quickly a suitable compression mold, to construct its model, to show mass characteristics and find injection molding machineis designed.
Key words: CAD, Mold, Plate, SolidWorks, API, injection molding machine, TPA, database.
Karyshev Andrey Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, a [email protected], Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (the Kaluga Branch),
Dorohov Jury Fedorovich, assistant, [email protected], Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (the Kaluga Branch),
Bagdoshvili Andrey Aleksandrovich, student, band994@,mail.ru, Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (the Kaluga Branch)
УДК 622.337.2
ВЛИЯНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТРУИ ВОДЫ
НА ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ЩЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ
А.Б. Жабин, А.В. Поляков, П.Н. Чеботарев, В.Г. Хачатурян
Рассмотрено влияние диаметра струеформирующей насадки и давления воды перед ней, определяющих расход воды, на показатели процесса щелеобразования при нарезании щелей в горючих сланцах.
Ключевые слова: горючие сланцы, струеформирующая насадка, давление воды, диаметр отверстия насадки, глубина щели.
Истощение запасов традиционных нефтяных и газовых месторождений, перемещение центров добычи в труднодоступные регионы с высокими инвестиционными затратами вызывают необходимость оценки возможностей развития сырьевой базы и организации добычи новых альтернативных источников углеводородного сырья, представленных, в первую очередь, сланцевыми месторождениями. Горючие сланцы можно рассматривать как комплексное органо-минеральное полезное ископаемое, являющееся сырьем для энергетики, химической, медицинской промышленности, стройиндустрии и сельского хозяйства [1].
239
