CC BY
34
Робоча частина пуансона вирубного штампа вiдповiдаe формi контура деталi, яка вирубуеться. Матриця штампу мае отвiр, який вщповщае контуру пуансона i3 заданим зазором, який залежить вiд товщини матерiалу деталi. Заготовкою для вирубки е листовий матерiал. Вирубкою отримують зовнiшнiй контур деталi, а також внутршш контури - отвори. За яюстю поверхнi розрiзняють звичайну i чистову вирубку. У технолопчному процесi використовують, вщпо-вiдно, вирубш штампи i пробивнi штампи.
Конструкщя деталi та ii функщональне призначення у складальнiй оди-ниц впливають на прийняття багатьох техшчних ршень пiд час побудови тех-нолопчного процесу ii механiчного оброблення. Перед подачею деталi на ви-робництво потрiбно, проаналiзувавши складальне креслення та конструкщю де-талi, виявити проблемш дiлянки, усунути вузькi мiсця в ii небезпечних перерь зах. Тому шд час проектування треба уявляти конструкцда деталi, ii призначення у складальнш одиницi, принцип роботи, взаемодда з iншими деталями. Важ-ливим етапом е побудова креслення детал^ розроблення 3D моделi, розрахунок ii на мщшсть та жорстккть.
У роботах [3, 4] виконано потрiбнi розрахунки, якi вирiшували подiбнi проблеми пiд час конструювання технолопчного оснащення. Так, у роботi [3] методом сюнченних елементiв проведено розрахунок прямокутно!' матрицi прес-форми на мщшсть i жорсткiсть.
Методика розв'язування. Шд час проектування оснащення на вироб-нищга для скорочення термiну проектування, часто як аналог використовують рашше спроектоване оснащення штампу на деталь, яка за конфкуращею под!6-на на деталь, для яко! проектуеться штамп. Здебiльшого, в разi використання такого аналогу для нового проекту розрахунки не виконують, а лише коректу-ють саму конфiгурацiю на робочих кресленнях. Тому прорахунки, допущенi шд час конструювання такого оснащення, виявляються вже пiд час ii експлуатацп. У нашому випадку в процес експлуатацп виникае руйнування елемента матри-цi, яка формуе зовнiшнiй контур.
Матриця е одшею iз основних деталей, пiд час проектування яко! вщбу-ваеться процес формування виробш з будь-яких листових матерiалiв. Одним з основних кроюв покращення конструкцц матрицi та запобiгання ii руйнуванню у процесi експлуатацп полягае в усуненш вузьких мiсць у "небезпечних" пере-рiзах. Геометрiя деталi визначае конфiгурацiю матрицi. Дослiджувану конструкщю матрицi вирубного штампу, яка в процес експлуатацп руйнувалась, показано на рис. 1.
Потрiбно оптишзувати iснуючу конструкцда матрицi так, щоб вона за-довольняла умови ii експлуатацп.
Використаемо для дослщження та аналiзу напружено-деформованого стану матриц! вирубного штампу на мщшсть i жорстккть метод сюнченних елементiв CAE системи. пров!вши розрахунки цiеi конструкцп матрицi методом сюнченних елеменлв, визначаемо проблемнi дшянки матрищ, де е висока ймов!ршсть ii руйнування. Метод сюнчених елементш (МСКЕ або FEM - Finite Element Method) сьогодш широко використовують для виршення р!зних зав-дань механiки деформованого твердого тша, зокрема - для виконання експрес-розрахункiв на м!цшсть на етапi 3D-проектування конструкцш.
Науковий liicrniK НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.4
Рис. 1. Конструкция до^джуваног матриц вирубного штампу
Суть методу полягае в розбитт твердотшьно'1 моделi на скшченну кшь-шсть пiдобластей (елеменлв), складаннi i подальшому розв'язку системи ль нiйних алгебра'1'чних рiвнянь. Бiльшiсть сучасних CAD-систем мае спещальш шструменти, призначенi для автоматизацп подiбних розрахункiв. Алгоритм ав-томатизованого розрахунку матрицi вирубного штампу охоплюе такi основнi етапи [2] :
• спочатку проектуеться в 3D модулi CAD системи тривимiрна модель матрищ, для яко'1 потрiбно провести розрахунок (див. рис. 1);
• для проведення розрахунюв, у CAE системi задаються такi параметри запроек-товано'1 моделi: матерiал деталi, плошд i форми поперечного перерiзу, ïï закрш-лення та навантаження, як виникають у процесi виготовлення;
• вибираеться тип скшченно-елементного аналiзу (статичний чи динамiчний), тип та розмiр скiнченних елементiв, точнiсть майбутнього розрахунку тощо;
• на останньому етат в автоматичному режим^ закритому вщ користувача, вщ-повiдно до вхщних даних виконуеться розрахунок моделi дет^ на мiцнiсть (система вибирае вузли в об'емi деталi, розбивае деталь на кiнцевi елементи, ну-меруе вузли, будуе матрицю елементiв, складае рiвняння розрахункiв). Резуль-тати розрахунку вщображаються у виглядi табличних даних та вiзуальних епюр.
Для розрахунку використаемо прикладну бiблiотеку APM FEM, яка при-значена для виконання експрес-розрахуншв твердотiльних об'ектiв у системi KOMnAC-3D i вiзуалiзацiï результатiв цих розрахуншв. До складу APM FEM входять iнструменти пiдготовки деталей i складань до розрахункiв, задання гра-ничних умов i навантажень, а також вбудоваш генератори скшченно-елемен-тно'1 (СКЕ) сггки (як з постiйним, так i зi змiнним кроком) i постпроцесор. Цей функщональний набiр дае змогу змоделювати твердотiльний об'ект i комплек-
сно проанатзувати поведiнку розрахунково'1 моделi за pi3HHx дiй з погляду статики, власних частот, стiйкостi i теплового навантаження.
Для створення скiнченно-елементного подання об'екта в APM FEM пе-редбачена функц1я генерацп СКЕ-сiтки, при виклику яко'1 вiдбуваeться вщпо-вщне розбиття об'екта i3 заданим кроком. Якщо створена розрахункова модель мае складш неpiвномipнi геометpичнi переходи, то може бути проведене т. зв. адаптивне розбиття. Для того, щоб результат процесу був якiснiшим, генератор СКЕ-сггки автоматично (з урахуванням заданого користувачем максимального коефiцiента згущення) варгое величину кроку розбиття.
Результати дослщження. Для виконання розрахунку побудуемо в КОМПАС-3Б модель матpицi (див. рис. 1). Дат запускаемо прикладну бiблi-отеку APM FEM, яка знаходиться в роздш "Расчет и построение" Менеджера бiблiотек. Для розбиття моделi на елементи потpiбно виконати команду бiблi-отеки "Генерация КЭ сетки". Шсля побудови сiтки виконаемо команду бiблi-отеки "Расчет". В меню типу розрахунку виберемо "Статический расчет". Для вiзуалiзащí i аналiзу результапв розрахунку виконаемо команду бiблiотеки "Карта результатов", яку подано на рис. 2.
Рис. 2. TpueuMipHa модель дослiджуваноi матриц штампу, з результатами отриманих розрахункш
Аналiзуючи карту результапв розрахунку, виявляемо проблемш дтянки матpицi вздовж ii контуру, якi сприймають найбшьше навантаження пiд час ви-рубки детат (зона 1). Тому ця дiлянка контуру матpицi часто руйнуеться, що призводить до зупинки виробництва. Для усунення ще'1 проблеми розробляемо модель матрищ, в якiй частина контуру детат iз проблемно'1 зони буде вирубу-ватися на попередньому крощ (рис. 3) (зона 2).
Рис. 3. Модертзована конструкция матриц вирубного штампу
Для nepeBipm правильной ршення щодо змiни конструкцii матрицi проведемо аналопчт розрахунки для модертзовано'1 матриц вирубного штампу (рис. 4). У дiалоговому режимi з CAE/CAD системою виконуються новi скш-ченно-елементт розрахунки, з метою досягнення по^бного результату для за-безпечення необхщно'! надiйностi експлуатацп майбутнього виробу.
Рис. 4. Вiртуальнiрезультати деформацйногорозрахунку модершзованог конструкци матриц
Проаналiзувавши карту нових результат розрахункiв, бачимо, що вда-лося пiдвищити експлуатацiйнi характеристики матрищ, а вщтак i штампу зага-лом.
Висновки. Запропонований аналiз розрахунку дае змогу перейти до вдосконаленого кращого варiанта конструкцц матрищ, що забезпечуе рiвномiр-ний розподш навантаження по периметру контуру детал^ яка вирубуеться. На основi отриманих результатов виконаних автоматизованих розрахунюв розроб-лено покращену конструкцию матрищ, що мае кращi експлуатацiйнi властивосп завдяки вiдсутностi проблемних дiлянок, яю були в попереднiй конструкцii матрищ.
Лггература
1. Автоматизация проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства в машиностроении / под ред. О.И. Семепкова. - В 2-х т. - Т. 2. - Минск : Изд-во "Вы-шейшаяшк.", 1977. - 334 с.
2. Алямовский А.А. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов и др. - СПб. : Изд-во БХВ "Петербург". - 2006.
- 799 с.
3. Велика О.Т. Розрахунок прямокутно! матрищ прес-форми на мщшсть i жорстюсть / О.Т. Велика, В.Г. Тошльницький, М.В. Бойко, Р.В. Ламшка // Автоматизация виробничих процесiв в машинобудуванш та приладобудуваннi : Мiжгалузевий зб. наук. праць. - 2010. - Вип. 44. - С. 74-79.
4. Велика О.Т. Оптишзащя геометричних параметр1в пiд час розрахункiв деталей у середо-вищi CAD/САЕ AutoCADMechanical 2006 / О.Т. Велика, С.С. Лясковська // Вюник Нащонально-го ушверситету "Львiвська полiтехнiка". - Сер.: Оптишзащя виробничих процес1в i техшчний контроль у машинобудуваннi та приладобудуванш. - Львiв : Вид-во НУ "Льв1вська полiтехнiка".
- 2012. - № 729. - С. 80-85.
Надтшла до редакцп 26.05.2016р.
БойкоМ.В., Велыка О.Т, Лясковска С.Е., Велыкий Н.-Т.И. Исследование и оптимизация конструктивных параметров матрицы вырубного штампа
Проведен расчет конструкции матрицы вырубного штампа на прочность и жесткость методом конечных элементов. Для этого построена 3D модель матрицы и выполнен расчет с помощью прикладной библиотеки APM FEM, которая предназначена для выполнения экспресс-расчетов твердотельных объектов в системе КОМПАС-3D и визуализации результатов этих расчетов. На основе анализа полученных результатов оптимизирована существующая конструкция матрицы, удовлетворяющая условиям ее эксплуатации. Предложенный метод расчета позволяет перейти к усовершенствованному лучшему варианту конструкции матрицы, обеспечивает равномерное распределение нагрузки по периметру контура детали, которая вырубается.
Ключевые слова: матрица, вырубной штамп, пуансон, конечно-элементный анализ.
Bojko M. V, Velyka O. T., Liaskovska S. Ye., Velykyj N.-T.I. The Research and Optimization of the Design Parameters of Notching Stamp Matrix
The calculation of the design of the matrix for notching stamp for the strength and stiffness by finite element method is done. That's why we built 3D model of the matrix and calculation is made using Applied Library APM FEM, which is designed to perform rapid calculations of solid objects in KOMPAS-3D and visualization of the results of these calculations. Based on the analysis of the results, existing design matrix that satisfies the conditions of its operation is optimized.
Keywords: matrix, notching stamp, puncheon, finite element analiz.
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.4
УДК 629.113
РЕЗОНАНСН1 КОЛИВАННЯ ПРИЧЕПА ДЛЯ ПЕРЕВЕЗЕННЯ ВАНТАЖ1В СПЕЦ1АЛБНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
I.I. Верхола1, А. О. Дзюба2
Розглянуто задачу про вертикальш коливання причепа для перевезення вантажiв спецiального призначення. Для фiзичноi моделi зазначеного об'екта, що е двомасовою системою, побудовано, за обгрунтованих припущень, математичну модель коливань; розроблено методику побудови ii аналiтичного розв'язку. Як наслщок, отримано: а) умову резонансного перемщення причепа вздовж впорядковано'1 системи неровностей; б) аналiтичнi залежносп, як описують визначальнi параметри коливань як шдресоре-но'1, так i непiдресореноi мас для нерезонансного та резонансного випадюв.
Ключовг слова: нешдресорена та пiдресорена маси, амплiтуда та частота коли-вань, явище резонансу.
Аналiз останшх дослвджень. Для захисту людей i вантажш вiд переван-тажень, зумовлених рухом транспортних 3aco6iB (ТЗ) вздовж шляху i3 нершнос-тями, використовують рiзнi типи систем пiдресорювання (СП): пружинш (ре-сорнi), торсiоннi, пневматичнi [1-4] та ш. Кожнiй i3 них ввдповщае певний закон змши вiдновлювальноi сили, а значить рiзнi особливостi коливань тдресо-рено1 маси (ПМ), а отже - динамiчнi навантаження на вантажi. Встановити ос-таннi вдаеться тieю чи шшою мiрою на базi аналiтичних методiв дослiдження або чисельноi симуляцп ввдповвдних математичних моделей [5, 6] динамжи ПМ - непiдресорена маса. Щодо аналiтичних методов дослiдження, то вони отрима-ли Грунтовний розвиток для нескладних розрахункових (фiзичних) моделей динамки ТЗ та лшшних закошв змiни ввдновлювально!' сили пружних елементш i сили опору демпферних пристро!в СП. Основнi результати, якi випливають iз них, обгрунтованi для незначних за величиною перемiщень пiдресореноi та не-шдресорено!' мас. У випадку, коли ТЗ рухаеться вздовж шляху iз значними не-рiвностями, результати, отримаш на базi формально! лшеаризацц нелiнiйних силових характеристик СП (та пневматичних шин - для бшьш складних розрахункових моделей), не завжди вщповщають реальному процесу коливань шдре-сорено!' та непiдресореноi мас. 1з останнього випливае потреба розроблення уточнених математичних моделей процесу та створення для них аналiтичного (навт наближеного) апарату !х iнтегрування.
Для таких систем лише в окремих випадках нелшшних пружних сил [7] вдалось встановити низку особливостей коливань ПМ. Разом з тим, для тран-спортування великогабаритних вiброчутливих (небезпечних) вантажiв чи об'ек-тiв, у багатьох випадках, використовують спещальш причепи чи напiвпричепи. Дослiдженням динамiки таких систем придшено значно менше уваги. Зокрема, у [8-10] для перевезення небезпечних вантажiв запропоновано на причепах вста-новлювати додаткову систему вiброзахисту, т. зв. систему квазiнульовоi жорст-костi. Такi системи захисту можна використовувати для транспортування ванта-
1 доц. I.I. Верхола, канд. техн. наук - Нацюнальна академiя сухопутних вшськ iM. гетьмана Петра Сагайдачного;
2 заст. нач. факультету, шдполковник А.О. Дзюба - Нацюнальна академiя сухопутних вшськ iм. гетьмана Петра Сагайдачного
