CC BY
8
МАШИНОСТРОЕНИЕ. МЕТАЛЛУРГИЯ
УДк 62-4
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОРМОТИРАЖИРОВАНИЯ Д.Н. Свирский
Процесс формообразования включающий процедуры формотворчества и формокопирования [1], в промышленном производстве заканчивается формотиоажированием в серийном выпуске поодукции. В нотации работы [2] обобщенная технологическая схема процесса формотиоажирования представляет собой чередование операций прямого и иьверсного формокопирования и имеет следующий вид (рис 1.)
Схема
О
К,
О - оригинал (прототип); К - копия (модель, фирмующая оснастка (штамп форма и т.п \ К, поодукции
Км
Схема
Км
Схема
мастео-модель и т.п.)- - К -К« - экземпляры серийной
Рисунок 1 - Принципиальные схемы формотиражирования
В качестве прототипа в формотиражировании испслозуется модель: ментальная, компьютерная (электронная) иконическая или предметная (образец). При этом воплощение формы в материал вернее в конечный материальный носитель -серийную продукцию, осуществляется с помощью всего арсенала физико технологических эффектов XXI века: от традиционных видов литоя и механической обработки до нанотехнологий молекулярного «выращивания» изделий. Вся совокупность возможных для производства продукции технологий образует конкурентное технологическое множество Так как ресурсы любого производителя не безграничны, то из всех возможных технологий наибольший интерес представляют те, что позволяют при фиксированном объеме факторов производства получить максимальный выпуск продукции. Это «эффективные технологии», связанные с оптимумом в производстве. Как правило, они интенсивны экстремальны и «расположены на границе технологического множества» [3]. Таким образом, суть концепции эффективной технологии формотиражирования составляет анализ соотношения результатов ее осуществления и затраченных для этого ресурсов [4, 5]. Известно что зависимость между выпуском поодукции и используемыми для этого ресурсами выражается производственной функцией [3] Если совокупность эффективных технологий подчиняется условиям непреоывности и диффереицируемости, то она действительно может быть описана
соответствующими производственными функциями по схеме, приведенной на рис. 2
Затраты ь. У - X {хпхъ?-хп ) Выпуок
факторы W Продукция У
производства
Xi.X?.....хп
Рисунок 2 - К определению производственной функции
Применение дифференциального исчисления для сравнения эффективных технологий основано на фундаментальном положении о взаимозаменяемости факторов производства при (бесконечно) малых их изменениях Однако в большинстве технологических процессов фоомотиражирования невозможно представить преобразование ресурсов в продукцию с помощью непрерывных и дифференцируемых функций например из-за того, что факторы производства могут применяться только в строго фиксированных пропорциях. В этом случае выбор эффективных технологий целесообразно осуществлять, используя математический аппарат теории множеств.
При структурной оптимизации наборов материалов и видов физико-технологического воздействия на них для эффективного формотиражирования доминирующим фактором следует призьать конструкционный материал -физический носитель формы изготавливаемого изделия прежде всего, потому что именно его свойства обеспечивают надежное и качественное выполнение изделием своего функционального назначение на протяжении всего срока эксплуатации. Исключение здесь, по-видимому, составляют только изделия изготавливаемые из армированных композитов, когда состав, структура и сама конструкция изделия создаются in situ.
После выбора одного или нескольких конкурирующих типов конструкционного материала, его вид уточняется с позиции эффективной применимости доступных производителю технологий формоотиражирования. Для этого можно использовать специфические показатели приспособленности того или иного материала к превращению в изделие той или иной группой технологических методов [6, 7]. Например, степень пригодности материапа к формотиражированию литьем (см. рис. 1, схема 3) обусловлена его лилейными свойствами' усадкой, склонностью к ликвациям и, прежде всего, жидкотекучестью - т.е. способностью материала заполнять и точно воспроизводить литейную форму, что особенно важно при производстве изделий сложной пространственной конфигурации. Жидкотекучесть определяют технологической пробой по длине пути, пройденного материалом до момента затвердевания в спиральном канале определенного поперечного сечения, заформованном в песчаной смеси (рис. 3),
Пригодность материала к формотиражированию обработкой давлением (см. рис. I, схема 2) зависит от степени его природной пластичности, которая определяется, в основном, химическим составом и структурой. Кроме того в самом процессе обработки давлением пластичность материала зависит от температурь! нагрева, скооости и степени деформации, а также схем напряженнсго состояния и дефоомации
ш „,
0[2 § =213
М-
Рисунок 3 - Спираль для определения жидкотекучести-а) канал, б) литниковая система
Выбор температурного режима обработки давлением осуществляют по диаграмме состояния. На рис. 4 штриховкои показ температурный интервал обработки давлением углеродистой стали. С увеличением температуры, как правило, пластичность увеличивается а сопротивление деформации падает. Напряженное состояние деформируемого тела характеризуют девятью схемами главных (нормальных) напряжений и тремя схемами деформации. Наибольшую пластичность материал будет иметь при объемной схеме напряженного состояния, когда по трем осям действуют сжимающие напряжения и при схеме деформации когда растягивающие напряжения минимально возможные (табл. 1)
Рисунок 4 - Температурный интервал обработки давлением углеродистой стали
В настоящее время для большинства конструкционных материалов разработаны диаграммы зависимости пластичности от темпераТу0ы скорости и схемы деформации, что создает реальную предпосылку для компьютеризации процедуры выбора метода формотиражировакия обработкой давлением.
Таблица 1 Возможные схемы состояния материала при обработке давлением
Схема напряженного состояния
Схема деформации
Метод обработки
Свободная ковка, объемная штамповка
Листовая штамповка
Большая группа методов формотиражирсвания основана на процессах механической обработки материала со снятием стружки для придания изделиям заданной формы и качества поверхности (см. рис. 1 схема 1). Способность материала поддаваться такой обработке определяется «обрабатываемостью резанием». Она характеризуется коэффициентом который Еыражает относительную скорость резания соответствующую 60-минутной стойкости резцов определенную сравнением с эталонной сталью 45 (оР = 650 МПа, НВ < 179). Обрабатываемость резанием всецело зависит от химического состава и структуры материала Например, с увеличением содержания углерода в стали или пои переходе в результате термообработки от феррита к троостосорбиту интенсифицируется затуплечие режущего инструмента но снижается шероховатость обработанной поверхности. Подобная тенденция улучшения качества поверхности при ухудшении обрабатываемости (в аспекте стойкости инструмента) имеет место пои резании широкого спектра констоукционных материале от алюминиевых до титановых сплавов Следует также отметить, что при выборе материала по критерию обрабатываемости резанием для деталеи сложной сЬормы необходимо дополнительно учитывать величину сил, затрачиваемых при обработке, т.к. это определяет степень деформации заготовки и инструмента а значит и погрешность формы получаемого изделия.
В заключении следует отметить что реализация наибопее пооизвидительных схем фоомоотиражирования методами «оттиска» (см. рис. 1) в современных условиях мелкосерийного производства предполагает оперативное изготовление дешевой формующей оснастки. Для этого может быть эффективно использована компактная технология лазерного раскроя с послойной сборкой изделий из композитов [8 9]. В частности изготовление инструмента для листовой штамповки с многослойными пуансоном и матрицей, состоящих из пластин, поперечные контуры которых соответствуют сечениям пустотелого изделия. Объемная форма штампа обеспечивается набором пластин, причем пластины выполнены из разьых материалов различной толщины (рис. 5). Тслщина исходных листов определяется перед выкраиванием, причем этот параметр рэссчитывается исходя из требуемой точности формы рабочей поверхности штамповой оснастки в каждом ее сечеиии. Последующая селективная сборка обеспечизает ступенчатость профиля рабочей поверхности не выходящую за г раницы допуска.
/ 17 IS 14 3 9
1 - ось сборки слоев 2 - наибольший допустимый профиль контура 3 - наименьший допустимый профиль контура, 4 - первый лист, 5- проекция нижней плоскости первого листа 6 - точка реза 7- рез, 8 - точка пересечения резэ с наименьшим профилем, 9 - толщина первого листа, 10 - проекция верхней плоскости первого листа, 11 - второй лист 12 -проекция нижней плоскости втооого листа, 13 - точка пересечения проекций верхней плоскости первого листа с наибольшим контуром 14 - последний лист. 15 - проекция верхней плоскости последнего листа совпадающая с верхней границей пуансона, 16 -шпаклевочный состав 17 - средний лист
Рисунок 5 - Устройство послойного пуансона
Список использованных источников
1. Свирский Л Н. Феномен формообразования // Вестник ВГТУ, 2003, вып. 5, с. 63-67
2. Свирский Д.Н. Прикладные аспекты формоког.ирования // Вестник ВГТУ 2004 вып. 6, с 55-59.
3. Введение в рыночную экономику. / Под ред А.И ЛиФшица. - М.: Высш. шк 1994 -447 с
4. Леонтьев В Анализ эффективности внедрения новей технологии // В мире науки 1985 № 8 с. 5-15.
5 Новожилов В.В Проблемы измерения затрат и резулотатов при оптимальном планировании - М.: Экономика 1972. - с
6. Техьологиг металлов / Под ред. П.И.Полухина. - IV!.: Высш.шк. 1966,- 437с
7. Технологичность конструкции изделия / Под ред Ю.Д. Амироза - М.: Машиностроение 1990.-768 с
8 Свирский Д.Н Кучинский С.п. Выбор материала и способа изготовления формующей оснастки для производства манеке.нсз // Весц, ЧАН Беларус;, Сер фкэ -тэх. навук, 2000 №2, с 53-57
9. Свирский Д.Н.. Сухиненко Б.Н., Лебедев С О. Проблемы эффективности листовой шгамповки в ремонтном производстве и пути их решения // Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения». - Мн.. Технопоинт, 2001. - 448-452 с.
SUMMARY
The paper deals with a problem of an efficiency of a circulation of the form creativity results in the conditions of the modern serial production of the competitive commodity. The special notice is given to a rational choice of a method of the form-circulation allowing the mutual fitness of both the determinea construction material and the base physiC-
technological effect for serial production. The direction of the form-circulai.on improving in the exclusive commodity smai1 serials by applying ot the hign-productivity «reprint» technologies which are operatively fittea with the cneap level-by-level moulding instrument is offered.
УДК 517:531.112
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
А ß. Локтионов A.B. Гусаков
Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам: по основиым координатным перемещениям, числу степеней подвижности, конструктивному исполнению, типу силовсгэ привода характера выполняемых операций, степени специализации области применения, грузоподъемности, мобильности и схемам расположения приводов. Для расчета перемещений центра схвата робота используются плоская прямоугольная. пространственная прямоугольная плоская полярная цилиндрическая, сферическая, ангулярная цилиндрическая и ангулярная сферическая системы координат (рис. 1) [1]. От выбора системы координат зависит расчет кинематических параметрив роботор Робот является звеном в технологическом процессе и должен выполнять свои функции абсолютно точно.
При этом траектория движения схвата и его скорость определяются технологическим процессом. На рис. 1 представлены схемы ооботов работающих по рис. 1 а в пространственной прямоугольной системе координат, по рис. 16 в цилиндрическои системе координат, по рис. 1в в ссЬерической системе координат и по рис. 1г в ангулярной (угловой) системе координат.
Существует различные методы расчета геометрических и кинематических параметров исполнительных механизмов роботов-манипуляторов. Расчет кинематических параметров исполнительного механизма в цилиндрической системе координат рассмотоен в работе [■. Расчет кинематических параметров робота-манипулятора с темя степенями подвижности в сферической системе координат рассмотрен в работе [3] рассмотоим схему руки манипуля^ооа промышленного робота фирмы ASEA работающего в ангулярной системой кооодинат. К трехзвечному механизму добавлены (рис. 2): для приеодэ звена 2 - простейший кулисный механизм, образованный звеньями 4,5 и 2, для привода звена 3 - цепь, состоящая из кулисного механизма (звенья 6,7 и 8) и шаонирного четыоехзвенника (звенья 8 9,2 и 3; В рычажном механизме робота можно выделить кинематическую цепь руки (звенья 1.2 и 3) и кинематические цепи приводов Манипуляторы использующие принцип размещения приводов на основании имеют более сложные механизмы. Однако увеличение чиспа ззеиьев и кинематических nao компенсируется уменьшением масс и моментов инерции подвижных звеньев манипулятора. Кроме тою замкнутые кинематические цепи (звенья 1 5, 4 2 3 9 6 7) повышают точность и жесткость механизма. Манипуляторы, использующие принципы комбинированного размещения приводов по рис. 2 (часть приводов на основании часть на подвижных звеньях), обладают лучшими энергетическими и динамическими характеристиками а также более высокой точностью
