CC BY
33
УДК 672.3
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГРУППОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ РЕКОНФИГУРИРУЕМОЙ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКОЙ
С.Ю. Орлов
Рассмотрены методы технологии обработки заготовок магнитно-импульсной штамповкой на основе реконфигурации. Предложена методика экономического обоснования в выборе схем уровней групповой технологии обработки заготовок магнитно-импульсной штамповкой на основе реконфигурации. Показано экономическое обоснование снижения себестоимости обработки заготовок.
Ключевые слова: технологический процесс, реконфигурируемая магнитно-импульсная штамповка, групповая технология, себестоимость.
При выборе технологической схемы обработки заготовки необходимо на каждую операцию назначить индуктор и оснастку исходя из геометрии и величины деформации заготовки, рассчитать силовые параметры, энергоемкость процесса деформирования заготовки, определить типологию технологического процесса, выбрать его оптимальную схему [1].
В процессе проектирования технологии методом реконфигурируе-мой магнитно-импульсной штамповки (РМИШ) обработки [4] заготовка рассматривается как объект с определенными начальными геометрическими размерами, которые вследствие деформационного воздействия магнитного поля изменяют свои характеристики и геометрические размеры в соответствии с требуемыми.
Первоначально необходимо определить элементарные технологические процессы обработки заготовки, обеспечение получения требуемых геометрических размеров, точности, прочностных характеристик, технических требований на точность конфигурации и взаимного расположения с другими объектами, а затем на их основе сформировать общий технологический процесс обработки на реконфигурируемой магнитно-импульсной установке (РМИУ).
Первоначально определяют структуру, классы, группы и виды операций технологического процесса РМИШ: формовочные операции (обжим, раздача), плоское деформирование, разделительные операции (вырубка, пробивка), сборочные операции [2]. Далее определяют последовательность операций и уточняют каждую операцию, т. е. вычисляют все значения элементов технологии (таблица).
Структуру технологического процесса обработки заготовки на РМИУ можно представить в виде последовательности операций, выполняемых на основе реконфигурации
Т = («1, Ю2,---Юп )•
Обозначим Т - технологический процесс обработки детали на РМИУ; - 1-ю по порядку операцию в технологическом процессе; п - число операций.
Классификация схем уровней групповых технологических процессовреконфигурируемой магнитно-импульсной штамповки
№ п/п Простой вид технологических операций Сложный вид технологических операций
1 2 3
1.1 Преобразование заготовки первоначальной формы методом 1-й (одной) технологической операции РМИШ в окончательную деталь Преобразование заготовки первоначальной формы методом 1-й (одной) технологической операции РМИШ в заготовку промежуточной формы более высокого технологического уровня, с дальнейшей механической обработкой (токарная, фрезерная, шлифовальная и т.п.)
1.2 Преобразование заготовки промежуточной формы методом 1-й (одной) технологической операции РМИШ в заготовку промежуточной формы Преобразование заготовки первоначальной формы методом 1-й (одной) технологической операции РМИШ в заготовку промежуточной формы более высокого технологического уровня, с дальнейшей обработкой на оборудовании и применяя технологии другого вида (операция сварки, термическая обработка)
1.3 Преобразование заготовки промежуточной формы, методом 1-ой (одной) технологической операции РМИШ в окончательную деталь Преобразование заготовки первоначальной формы методом 1-й (одной) технологической операции РМИШ в заготовку промежуточной формы более высокого технологического уровня, с дальнейшей обработкой на оборудовании и применяя технологии другого вида, покрытие заготовки другим материалом (Си, Бе, Сг, А1, и т.п.)
2. Многоуровневые технологические процессы РМИШ
2.1 Преобразование заготовки первоначальной формы, методом нескольких технологических операций 1-23-... и т.д. операций РМИШ, в окончательную деталь. Преобразование заготовки промежуточной формы, методом нескольких технологических операций 1-2-3. и т.д. операций РМИШ в заготовку промежуточной формы более высокого технологического уровня, с дальнейшей механической обработкой (токарная, фрезерная, шлифовальная и т.п.).
Окончание табл. 1
1 2 3
2.2 Преобразование заготовки промежуточной формы, методом нескольких технологических операций 1-2-3-... и т.д. операций РМИШ, в заготовку промежуточной формы Преобразование заготовки промежуточной формы, методом нескольких технологических операций 1-2-3. и т. д. операций РМИШ в заготовку промежуточной формы более высокого технологического уровня, с дальнейшей обработкой на оборудовании и применяя технологии другого вида (операция сварки, термическая обработка)
2.3 Преобразование заготовки промежуточной формы, методом нескольких технологических операций 1-2-3-... и т.д. операций РМИШ, в окончательную деталь Преобразование заготовки промежуточной формы, методом нескольких технологических операций 1-2-3. и т.д. операций РМИШ в заготовку промежуточной формы более высокого технологического уровня, с дальнейшей обработкой на оборудовании с применением технологии другого вида, покрытие заготовки другим материалом (Си, Бе, Сг, А1, и т.п.)
Назовем набор значений переменных, определяющих геометрическую форму детали и состояние ее поверхностей, состоянием заготовки [2]. Состояния заготовки будут различны, если хотя бы один размер или одно свойство заготовки для этих состояний разные. Все различные состояния заготовки образуют пространство состояний детали Ян.
Очевидно, юI являются переменными и принимают значения из пространства Ян. Технологические процессы обработки РМИШ рассматриваются как отображения в пространстве Ян.
После выполнения одной операции на РМИУ обработки заготовка может соответствовать заданным параметрам. Чтобы привести ее заданным требованиям, необходимо выполнить ряд других операций.
Для обозначения множества всех технологических операций РМИШ, являющихся отображениями в пространстве Ян, используем конечное множество ЯП. Множество ЯП определяется техническими возможностями парка РМИУ, возможностью комбинирования подсистем и выполнения множества требований в условиях производства.
Ограничив наибольшую длину технологического процесса обработки РМИШ (число операций в процессе), получим конечное множество RТ = {Т1, Т2, ..., Тк} различимых процессов Т, являющихся ограниченными по длине последовательностями различимых операций Т = (П1, П2,...Пк).
Наряду с пространством состояний детали Rh используем также его конечное разбиение RQ={Q1, 02,---0к}, которое назовем множеством различных состояний детали, принимаемых в процессе обработки.
Различимое состояние детали Q1 является множеством элементов пространства Rh (заданной точности геометрических размеров, и точности их взаимного расположения, получения прочностных характеристик, количество вариантов технологических процессов и т.п.).
Для обработки заготовки на МИУ могут применяться различные технологические операции. Для достижения заданной геометрии и точности их взаимного расположения, получения прочностных характеристик количество вариантов технологических процессов РМИШ может быть достаточно большим.
Для выбора структуры технологического процесса задаются множества Ro и RП•
Тогда возможные варианты планов обработки могут быть представлены в виде графа, множество вершин которого обозначают набор параметров, описывающих состояние детали после выполнения операций, а множество дуг соответствуют применению различных операций.
Для оценки качества различимых технологических процессов Т вводится целевая функция ^П), представляющая собой затраты на выполнение различимого перехода Пг.
По критерию затрат лучшим считается такой технологический процесс РМИШ, который удовлетворяет условию
X Р{П ) = т1п
ПеТ
X ^ е Rт
ПеТ Т
где П е Т обозначает, что суммирование происходит по всем операциям процесса Т.
Предположим, что ^(Т) — себестоимость обработки детали на РМИШ. При этом условии функция ^Р(т) обладает свойством аддитивности
п
Р{г )= X Е(«).
г=1
Искомой структурой технологического процесса обработки РМИШ детали будет путь Т, ведущий из вершины Q0 в вершину Qk, для которого соответствует наименьшая сумма И
>
Решение этой задачи представляет разработку такого технологического процесса Т, для которого ф^ = Т ф 0 ищут во множестве технологических процессов ЯТ с учетом целевой функции Г(Т), характеризующей себестоимость обработки заготовки РМИШ.
Если ставится задача проектирования оптимального технологического процесса Ту, то решение должно удовлетворять условию:
¥{Ту) = тт{^(Т) /Т е Ят ф = ТФо }
Выбор оптимального технологического решения осуществляется путем сравнения по себестоимости нескольких возможных вариантов.
На технологический процесс обработки методом РМИШ оказывают влияние множество параметров: прочностные характеристики заготовки и индуктора, силовых параметров магнитного поля индуктора, спектра емкости конденсаторных батарей и т.п. Структура и критерий оптимальности технологического процесса (минимальная себестоимость) представляют собой множество решений и требуют процесса оптимизации.
При формировании технологического процесса изготовления заготовки на РМИУ существует возможность рассмотреть различные варианты планов обработки и ограничить их выбор по критерию себестоимости производства детали, что позволяет упростить алгоритм формировании технологии и не анализировать большое число вариантов технологического процесса обработки детали. Отбор наиболее целесообразных вариантов планов обработки производят на основе технико-экономических расчетов проектирования технологии.
В условиях серийного производства такими вариантами планов обработки деталей являются групповая и индивидуальная технологии.
На последнем этапе технологического проектирования для каждого перехода автоматной операции вычисляют значения элементов технологии, из которых состоит описание операции, т. е. определяют окончательные значения переменных ф; (I = 1, 2, ..., п).
Данная задача может быть сформулирована следующим образом.
Требуется найти параметры Х1, Х2, ..., Хт, которые бы описывали технологический переход и удовлетворяли целому ряду условий проектирования, представляющих собой ограничения, связанные с техническими возможностями РМИУ. Искомые параметры Х1, Х2, ..., Хт, представленные в выражении целевой функцией Р (Х1, Х2, ..., Хт), могут обеспечить экстремальное значение последней.
Эта целевая функция представляет критерий оптимальности для данного технологической операции (себестоимость обработки на операции).
Минимальная себестоимость технологического процесса обработки заготовки достигается при условии, что на каждой операции РМИШ обработка ведется оптимальным образом с учетом целевой функции Б (Х1,
Х2 ..., Хт):
п
Р(Т) = X Р ( Хь X 2,..., Хт ).
г=1
В такой интерпретации проектирования многовариантного технологического процесса проводится составление алгоритма формирования плана обработки деталей на РМИШ.
Начальные данные решения задачи выражают информацию о детали (заготовке), технические характеристики оборудования, технические характеристики ряда индукторов, используемых для обработки заготовок на РМИУ.
На основе поставленной задачи разрабатывается модель анализа существующих индукторов на групповом принципе. Модель позволяет определять возможности использования существующих индукторов на групповых принципах для обработки новой заготовки.
Подсистема индуктора РМИУ состоит из узлов и элементов.
Выбираем индуктор РМИУ, имеющий определенный классификационный признак по следующим критериям [2]:
в соответствии с классом детали;
в соответствии с группой и характером технологических операций (формообразующие, разделительные, сборочные операции);
в соответствии с формой, размерами, материалом и прочностными параметрами заготовки.
На основании показателей критериев формируется группа унифицированных индукторов, подходящих по своим геометрическим размерам, прочностным характеристикам в соответствии с задаваемым параметрами заготовки для осуществления технологических операций.
Каждая группа может содержать до 10 - 20 индукторов. Каждый индуктор может содержать 10 - 20 узлов. Каждый узел может содержать 10 - 20 узлов элементов.
На каждую технологическую операцию существует определенный порядок групп, определяемый классификацией технологических операций.
Далее процедура поиска имеющегося унифицированного элемента или узла индуктора осуществляется на основе базы данных классификации технологических процессов и вариантов индукторов, соответствующих определенному типу процесса.
При отсутствии унифицированных узлов и элементов индуктора, пригодных для обработки заготовок, поступающих в производство, осуществляется заказ на проектирование новых унифицированных узлов и элементов индуктора, необходимых для выполнения задания.
Затем вступает в действие алгоритм группирования заготовок, по которому выполняются следующие работы:
отбор деталей в группу по коду индуктора; проверка загрузки индуктора;
проверка экономической эффективности обработки заготовок в группах;
корректирование групп в случае невыполнения оптимальных условий .
Расчет загрузки индуктора осуществляется по формуле
N N-1
Тн +1ищ +АТн Iрг
тт __1=1_1=1
КЗ.0. _---,
Тф
где Кз.о. - коэффициент загрузки индуктора; АТН - время на наладку индуктора для обработки каждой последующей партии деталей группы, мин; ti - оперативное время, мин; щ - размер партии заготовок, шт.; N -количество наименований деталей в группе; р1 - количество запусков детали на расчетный период; Тф - располагаемый фонд времени работы РМИУ на данной оснастке, мин.
С ростом серийности производства возникает необходимость производить экономический расчет целесообразности обработки заготовок на групповой или специальной оснастке.
Для РМИУ целесообразность обработки заготовок по групповой или единичной технологии основывается на сопоставлении технологической себестоимости детали [3].
Расчет технологической себестоимости детали при единичной и групповой обработке РМИШ выражается формулами: при единичной обработке
г _ С + СН + СТ
Г З.Е. _ СШЕ. +-+—,
п рп
где ГЗЕ - технологическая себестоимость заготовки соответственно при единичной обработке, руб.; СШЕ - затраты, связанные со штучным временем обработки детали на специальной оснастке, руб.; СН - затраты, связанные с наладкой РМИУ на запускаемую партию, руб.; СТ - затраты на технологическую подготовку производства, кон.; КН - коэффициент, учитывающий снижение времени на наладку каждой последующей детали группы; КТ - коэффициент, учитывающий долю затрат, связанных с технологической подготовкой производства, на каждую последующую заготовку группы;
при групповой обработке
с = С Сн + КнСн (N -1) + Ст + КтСт (N -1)
СЗ.ГР. = СШ. ГР. +---+---,
nN pnN
где Сз гр - технологическая себестоимость заготовки соответственно при групповой обработке, руб.; Сш гр - затраты, связанные со штучным временем обработки заготовки на специальной и групповой оснастке индукторов, руб.
Целесообразность применения групповой технологии определяется для каждой заготовки по величине АС = Сде. - Сдгр.
Принципиальная схема последовательности комплектования и корректирования групп заготовок по загрузке индукторов и экономической эффективности обработки заготовок в группе.
Корректировка созданных групп заключается в следующем: группы, имеющие Кзо >1, исключают часть заготовок, добиваясь того, чтобы Кзо =1; детали, для которых АС < 0, исключаются из групп для организации единичной обработки.
Корректировка групп осуществляется до момента выполнения условий.
Список литературы
1. Талалаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов. М.: Информтехника, 1992. 143 с.
2. Магнитно-импульсная обработка металлов. 3-е изд., доп. Воронеж: ЭНИКМАШ, 1976. 182 с.
3. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства. Т.2. Проектирование и использование технологической оснастки металлорежущих станков. Л.: Машиностроение, 1983. 376 с.
4. Орлов С.Ю. Методологические основы и принципы реконфигу-рируемого производства // «ЕБиСАТЮ»: ежемесячный научный журнал. 2015. №5 (12). Ч. 2. 12. Международная научно-практическая конференция «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия». Новосибирск: Изд-во «ЕБиСАТЮ», 2015. С. 53 - 55.
Орлов Сергей Юрьевич, канд. тех. наук, доц., osuorlov@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
METHODICAL BASES OF DESIGN OF GROUP TECHNOLOGY RECONFIGURABLEMAGNETIC-PULSE STAMPING
S.Y. Orlov 36
Methods ofprocessing technology pieces of magnetic-pulse punching through reconfiguration are considered. The method of economic assessment in the choice of batch processing technology level schemes blanks magnetic pulse stamping based on reconfiguration. Displaying feasibility study cost reduction processing workpieces.
Key words: technological process, reconfigurable magnetic pulse stamping, group technology, cost price.
Orlov Sergey Yurievich, candidate of technical sciences, docent, osuorlov@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.01, 621.7.04
ВЫТЯЖКА КВАДРАТНОЙ КОРОБКИ ИЗ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ В РАДИАЛЬНОЙ И КОНИЧЕСКОЙ
МАТРИЦЕ
В. Д. Кухарь, А.Н. Малышев, Ю.В. Бессмертная
Представлены теоретические результаты по вытяжке квадратной коробки из листовой заготовки в радиальной и конической матрице.
Ключевые слова: вытяжка, квадратная коробчатая деталь, матрица, сила, напряжение, деформация.
В данной работе проведен сравнительный анализ вытяжки квадратной коробки из листовой заготовки в радиальной и конической матрице.
Рассмотрен процесс вытяжки квадратной коробки со сторонами 45 мм из круглой заготовки диаметром 83 мм, толщиной 1,5 мм (рис. 1). Материал заготовки - сталь 08кп.
В качестве оборудования был выбран гидравлический пресс номинальной силы 50 МН, скорость ползуна 50 мм/с [1]. Коэффициент трения ц=0,15. Зазор между матрицей и прижимом устанавливается минимально необходимым для данной толщины заготовки, который позволяет не защемлять заготовку, но препятствует образованию складок.
