CC BY
107
УДК 621.983
М. М. МОРОЗ, В. В. ДРАГОБЕЦЬКИЙ, А. Г. МАРКЕВИЧ (Кременчуцький державний полггехшчний унiверситет iM. Михайла Остроградського)
ЗАГАЛЬН1 П1ДХОДИ ОПТИМ1ЗАЦП ТЕХНОЛОГИ ВИРОБНИЦТВА ЛИСТОВИХ ЗАГОТОВОК
Розглянуто технолопчний процес розр1зання листового металу як множину технолопчних процеав, роз-подшену на тдмножини. Запропоновано класифшацш технолопчних процеав загопвельного виробництва та критерш оптимальносп з метою пошуку оптимального технолопчного процесу виробництва листових заготовок.
Рассмотрено технологический процесс разрезания листового металла как множество технологических процессов разбитых на подмножества. Предложено классификацию технологических процессов заготовочного производства и критерий оптимальности с целью поиска оптимального технологического процесса производства листовых заготовок.
The technological process of cutting the sheet metal as a set of technological processes divided on subsets is considered. The classification of technological processes of preparation production and the criterion of optimality with the search purpose of optimum technological process of producing the sheet bars are offered.
На шдприемствах промисловосп вщсоток виробництва листового матерiалу е достатньо високим. Одна з основних операцш виготов-лення листових заготовок - це вирiзування. Тому розкрш металу на заготовки важливий з точки зору економи матерiальних i трудових ресурсiв.
У промисловосп використовуються методи термiчного та механiчного розрiзання. Рiзнома-нiтнiсть цих методiв при подiбних технолопч-них можливостях великою мiрою ускладнюе вибiр найбiльш рацюнального i оптимального технологiчного процесу. Початково для вибору оптимально! технологи розрiзання та оптима-льних меж ii використання треба розробити класифiкатор розкрою листових матерiалiв. Використовуемо пiдхiд до класифшування, наведений у примiрнику [1]. Нехай технологiчний процес зображуеться функщею Y. Розiб'емо множину технолопчних процесiв Y на три шд-множини: заготiвельно-обробляючi - Y1, мон-тажно-складальнi - Y2, випробувально-регулю-ючi - Y3.
Кожна з цих множин складаеться з дрiбнi-ших. Наприклад, заготiвельно-обробляючi - це формоутворення - Y1b додання фiзико-механi-чних властивостей Y12, рiзання - Y13. Технолоп-чнi процеси рiзання можна вщобразити як: еле-ктрофiзичнi Y131, електрохiмiчнi Y132, механiчнi Y133, комбшоваш.
У свою чергу, електрофiзичнi (ЕФ): елект-роерозiйний Y1311, плазмовий Y1312, електронно-променевий Y1313, лазерний Y1314, ультразвуко-вий Y1315. Цi методи використовують енерпю
електромагнiтного поля, яка перетворюсться у зонi обробки у теплову, плавлення i випарову-вання.
Комбшоваш методи з'еднують електрофiзи-кохiмiчнi: абразивно-електрохiмiчнi Г1341, ульт-развуковий-електрохiмiчний Г1342, плазмово-ме-ханiчний Г1343, алмазно-ерозiйний Г1344.
Механiчнi методи: чистове вирiзування Г1321, вiдрiзування гумою та полiуретаном Г1322, поелементне штампування Г1323, комплексне штампування Г1324 та iн.
Матерiал, що оброблюеться, характеризуемо дискретною функцiею М О' = 1, 2, 3...): М1 - до-статньо-пластичнi матерiали (5 > 2,0. ..3 %, ИЯС 35...38, св < 1000 Н/мм2); М2 - малоплас-тичш матерiали (5 < 1.. .2 %), а також волокни-стi (шюра, фетр тощо), М3 - матерiали особливо високо! твердостi (ИЯС > 40); М4 - матерiали, для обробки яких потрiбнi спецiальнi термiчнi режими.
Конструктивнi параметри деталi класифшу-емо вщповщно до класифiкатора ССКД, який включае повний перелiк деталей не тша обер-тання; площиннi; з^нутих з листа; штаби та с^чки тощо.
Форми та розмiри лiмiтуючих елементiв плоских листових деталей характеризуемо фу-нкцiями з метою: кутовий виступ або западина без закруглення - а; кутовий виступ або западина з закругленням - Я; виступ або западини з паралельними сторонами; перемичка - а, в отворц для круглих отворiв - й, для некруглих отворiв е, й, с (де й - дiаметр отвору; розмiр контуру Ь, В ( де Ь - розмiр, що оформлюеться,
© Мороз М. М., Драгобецький В. В., Маркевич А. Г., 2009
В - довжина, якою формусться цей розмiр). Взаеморозташування отворiв та контуру А! -вщстань мiж центрами отворiв або вiд краю де-талi до центру отвору А!); допуски на розмiр контуру - А, погршносп форми профiлiв шсля роздiльних операцiй в; ширини рiзу - у; чисто-ти поверхш; г - товщина заготовки.
Технолопчний процес отримання конкретно! листово! деталi запишеться наступним чином: У]31-4,]-5, М, 74ХХХХ, а, Я, а, Ъ, !, й, с, Ь, Б, А!, А, в, у, г, Я*.
Використання ще! методики будування кла-сифiкатора дае можливють також вiдшукати оптимальний технолопчний процес при нада-них початкових та крайових умовах. Перш за все, для кожного конкретного шдприемства треба виявити типи деталей та орiентованi ме-тоди !х виготовлення. Пюля цього переходимо до аналiзу конструктивних характеристик деталей, що вiдноситься до даного способу оброб-ки. Необхiдно виявити конструктивнi елементи деталей, утруднеш або зовсiм нездшснюваш вибраними способами та засобами розрiзання. Це значною мiрою звузить пошук оптимальних меж використання рiзноманiтних способiв роз-рiзання.
Математизуемо процес пошуку оптимальних меж використання устаткування для терм> чного або мехашчного розрiзання.
Припустимо, що кожнiй ознащ класифша-тора ми записуемо безперервну функцiю, яка вiдображае особливостi технолопчного проце-су. Зробивши вибiр тако! функци, створюемо функцiонал
Т (У, М, а, Я...).
(1)
коефiцiентiв р/, яю ураховують параметри процесу. Параметрами можуть бути: оброблю-ванiсть матерiалiв, шорсткiсть, точнiсть, серед-ня питома продуктившсть, середня питома ви-трата енерги тощо. При цьому виконуеться умова
I р/ = 1.
Вважаемо, що ознак класифшацп - п. При неможливосп завдання яко!сь функци у виглядi неперервно!, можливо розглядати не п-шрну множину технологiчних процешв, (n-1)-мiрну множину для кожного дискретного значення дано! функци:
Т (М, а, К, ...) при X = X;
Т(У, а, К, ...) при X=Х2 i т.д.
При бiльш простому вaрiaнтi вiдшукання функцiонaльне значення кожно! функцi! зада-еться на дискретнш множинi. Причому чисель-нi значення задаються таким чином, щоб ура-хувати ступiнь оптимaльностi за даним значен-ням функцi!. Дискретна множина значень па-рaметрiв процесу подшяеться на групи, кожна з яких характеризуеться сукупшстю числових
Можна стверджувати, що процес Т буде оп-тимальним за п параметрами, якщо множення ушх коефщенпв для нього буде мшмальним. Попереднiй пошук оптимального технолопчного процесу включае нaступнi етапи:
1. Вибiр на множинi технолопчних процесiв конкретно заданого.
2. Виявлення основних пaрaметрiв деталей, що впливають на технологiчний процес.
3. Вибiр критерi!в оптимaльностi технолоп-чного процесу.
4. Установлення взаемного зв'язку мiж кри-терiями оптимaльностi та основними параметрами деталь
5. Пошук екстремуму за сутнютю критерив.
6. Виявлення оптимального технолопчного процесу конкретно! деталь
На першому етат для задано! детaлi або класу деталей проводимо вибiр зiстaвлених ва-рiaнтiв технологiчного процесу розрiзaння. Основними характеристиками технолопчного процесу будуть таю:
1. Товщина деталь Цей параметр великою мiрою характеризуе прийнятний спошб вирiзу-вання, Наприклад, газолазерне вирiзувaння припустимо використовувати для тонколисто-вих металевих i неметалевих мaтерiaлiв товщи-ною до 4 мм.
2. Максимально припустима ширина рiзу. Вщ не! залежить якiсть рiзу, економiчнiсть використання мaтерiaлiв, продуктивнiсть процесу, припустимють використання вирiзaних заготовок для виготовлення зварних конструкцш.
3. Габарити детaлi (ширина, довжина або д> аметр тощо). Ц параметри визначають вибiр устаткування, обладнання та оснащення, засо-бiв автоматизации необхiднiсть технологiчного розчленовування тощо.
4. Мaтерiaли детaлi. Параметр суттево впли-вае на вибiр методу вирiзувaння та режими технологiчного процесу.
5. Яюсть поверхнi рiзу. Цей параметр, як i попереднiй, впливае на вибiр методу та режими технолопчного процесу. Також це вщноситься до точносп, яку забезпечуе процес вирiзaння.
г=1
Обмежимося цими характеристиками дет^ або заготовки.
Критерп оптимальносп технологiчного процесу можуть бути рiзноманiтними. Загаль-ноприйнятим е економiчний критерiй (якщо е вшьшсть вибору та схеми технологiчного про-цесу).
Приймаемо за критерiй оптимальносп кое-фiцiент технологiчностi Р¡ , враховуючий скла-днiсть та собiвартiсть виготовлення деталi.
Перш за все, здшснюеться етап вибору множини технолопчних процесiв, гарантуючих отримання конкретно! детали Якщо ми обмежимося тривимiрним простором з координат-ними t, М, , LхB, то для конкретно! плоско! де-тат вiдповiдае точка А0 з координатами tA°, М,а, LхBA0. Точцi А° у координатнш сiтцi t - М, - LxB вiдповiдають технолопчш процеси виготовлення конкретно! деталi. Фшсуючи геометрiю деталi та !! матерiал, визначаемо крайовi точки поверхнi tmax , tmm , M¡ , (LxB)max , (LxB)min .
Якщо характеристики детат укладаються усерединi областей, що обмежують можливiсть виготовлення такого класу деталей, то !х виро-бництво прийнятими способами можливо здш-снити. Якщо характеристики деталi не укладаються усередиш областi, необхiдно поширюва-ти область, зсувати меж додатковими заходами. Для цього можна використовувати, напри-клад, термiчну обробку, застосування комбшо-ваних методiв вирiзування та пробивання або нагрiвання листового металу перед роздшьни-ми операцiями.
Пщбраний критерiй технологiчностi Р, фу-нкцюнально залежний вiд основних параметрiв, вибираеться вiд залежностi цього критерiю Р1 вiд середньо! продуктивностi; Р11 - вщ середнiх затрат енергп; Рш - шорсткостi та точностi;
r>IV т-)У
Р - товщини заготовки; Р - типу устаткуван-ня, що використовуеться; РVI - коефщенту об-роблюваностi матерiалу. Такi залежносп наве-денi у примiрниках [1 - 4]. Таким чином, для характеристик конкретно! деталi обчислюемо параметри технолопчного процесу. Порiвняль-ний аналiз отриманих величин дае можливiсть вибрати метод вирiзування i розрахувати кое-фiцiенти Рг-, оптимальним технологiчним про-
цесом буде такий, у якого критерш технолопч-ностi
р = р . р1. р11. р111. р1¥ . рч . р41
Пошук екстремуму виконуеться послщов-ним наближенням, кожний наступний критерш технолопчност Р порiвнюеться зi значенням критерiю на попередньому кроцi наближенням, якщо Р+1 < Рг , виконуемо коректування пара-метрiв технолопчного процесу. Якщо ,
то Р, вщповщае шуканому технологiчному процесу. Це дае змогу знайти не тшьки оптималь-ний технолопчний процес виготовлення конкретно! деталi або класу деталей та скоректувати конструкщю деталi у випадку неможливосп та недоцiльностi !! виготовлення ддачими методами. При цьому можливо зафшсувати ряд найбiльш важливих параметрiв, наприклад, то-вщина, матерiал та габарити заготовки.
Такий тдхщ до класифшаци технологiчних процесiв заготiвельного виробництва дае мож-ливiсть вирiшити задачу вибору оптимального процесу вирiзування. Для визначення оптима-льних меж використання термiчних методiв ви-рiзування серед порiвняних оптимальних тех-нологiчних процеив застосовуемо методи л> нiйного програмування.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Рыжов, Э. В. Оптимизация технологических процессов механической обработки [Текст] / Э. В. Рыжов, В. И. Аверченко; отв. ред. А. П. Гавриш; А.Н. УССР. Ин-т сверхтвердых материалов. - К.: Наук. думка, 1989. - 192 с.
2. Горбунов, М. Н. Технология заготовительно-штамповочного производства [Текст] / М. Н. Горбунов. - М.: Машиностроение, 1978. -462 с.
3. Исаченков, Е. И. Штамповка резиной и жидкостью [Текст] / Е. И. Исаченков. - М.: Машиностроение, 1967. - 367 с.
4. Технология самолетостроения [Текст] / А. Л. Абибов и др. - М.: Машиностроение, 1970. - 499 с.
Надшшла до редколегп 17.06.2009.
Прийнята до друку 26.06.2009.
