ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.7

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

А. М. Надымова, М. В. Стахнова Научный руководитель — Е. Н. Бельская

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: annushka_nadym@mail.ru

Проведён анализ существующих программ компьютерного моделирования для проектирования технологической оснастки и свойств используемых материалов для её изготовления, с учетом области применения.

Ключевые слова: технологическая оснастка, компьютерное моделирование, композиционные материалы, процесс проектирования.

PERSPECTIVE DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF DESIGNING AND MANUFACTURING TECHNOLOGICAL ACCESSORIES

A. M. Nadymova, M. V. Stahnova ScientificSupervisor - E. N. Belskaya

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: annushka_nadym@mail.ru

The paper analyzes the existing computer modeling programs for the design of tooling and the properties of the materials used for its manufacture, taking into account the scope.

Keywords: technological equipment, computer modeling, composite materials, design process.

Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связана с модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства неизбежно включают процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления. На фоне возрастающей конструкторско-технологической сложности создаваемых образцов новых изделий, стоимости их изготовления и испытаний, повышения требований к качеству создаваемой продукции особую актуальность приобретают исследования вопросов дальнейшего совершенствования методов проектирования и выбора материалов для изготовления технологической оснастки.

Точность и качество продукции в первую очередь определяются качеством используемой специальной технологической оснастки, проектирование и производство которой занимают значительную долю технической подготовки производства.

Использование программ компьютерного моделирования при проектировании оснастки позволяет существенно сократить длительность работ. В работе рассмотрены три программы с наиболее инновационным пакетом инструментов:

- Autodesklnventor - конкурент Солида, мощная система автоматизированного проектирования 2D и 3D[1];

- NX САМ-CAD/CAM/CAE-система, включает конструирование, промышленный дизайн 2D-и 3D-проектирование, инженерный анализ и проектирование оснастки [2];

- PTC Creo - лидер в области CAD на протяжении более чем 30 лет [3].

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1

Проанализированы такие параметры программ, как: открытость системы; конвертируемость; поддержка ЕСКД; платформа; интеграция САПР в единую систему электронного архива предприятия; поддержка, оказываемая пользователям; адаптивное моделирование; ядро для твердотельного моделирования; 2D функционал; 3D функционал; пользовательский интерфейс и др. Очевидно, что программа PTC CREO имеет более широкий спектр возможностей и самый современный пакет инструментов и каталогов.

Использование компьютерных технологий позволяет не только существенно сократить длительность проектно-конструкторских работ, но и совершенно по-новому реализовать сами проектные процедуры, в результате чего могут быть найдены более эффективные технические решения. На хорошо организованных предприятиях проектирование технологической оснастки ведется параллельно с ее разработкой, что способствует нахождению наиболее экономичных технологических решений и конструкций технологической оснастки.

Вторым немало важным направлением является выбор и разработка новых материалов для технологической оснастки, с учетом области её применения и условий работы.

В существующих нормативных документах приводятся рекомендации по выбору материалов, в зависимости от типа используемых элементов, но на сегодняшний день такие зарубежные компании как ТЭГУ (Южная Корея), ZCC-CT (Китай), SchunkCarbonTechnology (Германия), PRAMET (Чехия), ISCAR (Израиль) и др. предлагают широкую номенклатуру зарубежных сплавов высокого качества, которые практически вытеснили материалы Российского производства.

В работе проанализированы: химический состав, плотность, диапазон рабочих температур, коррозионная стойкость, коэффициент линейного расширения, температура плавления для следующих материалов: инвар; борсодержащие стали; иридий; индий; крупповские и легированные стали [4; 5]. Выбор материала напрямую зависит от условий применения. Однако, изготовление технологической оснастки из металла предусматривает трудоемкий процесс механообработки.

Использование композиционных материалов позволяет в сжатые сроки создать прочную, термостойкую технологическую оснастку, не уступающую металлической [6] (см. таблицу).

Характеристики материалов

Материал Плотность, кг/м3 Прочность при растяжении, МПа Модуль Юнга, ГПа Удельная прочность, е-103, км Удельный модуль, Е-106, км

Углепластик 1450-1600 780-1800 120-130 53-112 9-20

Стеклопластик 2120 1920 69 91 3,2

Высокопрочная сталь 7800 1400 210 18 2,7

Алюминиевый сплав 2700 500 75 18 2,7

Титановый сплав 4400 1000 110 28 2,5

В настоящее время предпочтение в изготовлении оснастки дают классическому связующему -металлическому композиционному материалу (МКМ), но при изготовлении крупногабаритных изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) применение оснастки МКМ становиться не целесообразным, так как это большой энергоёмкий процесс.

Основные преимуществами ПКМ по сравнению с МКМ: простота изготовления, технологичность, дешевизна, низкая плотность, малый вес, малая теплоемкость, малая инерционность (быстрым нагрев и такое же быстрое охлаждение), простота ремонта, минимальная деформация детали в процессе отверждения из-за близости коэффициентов теплового расширения материала оснастки и изготавливаемой детали. Но есть и недостатки: ограниченный температурный интервал эксплуатации, сравнительно низкие значения межслойной сдвиговой прочности и отрыва, при использовании полимерной связующей нужно учитывать пропорции полимера, так как неправильное соотношение количества материалов может привести к хрупкости изделия.

ПКМ используется в виде копиров, контрольных шаблонов, холоднолистовых штампов, литейных моделей. Для изготовления формообразующей оснастки возможно использование гибридной конструкции из различных связующих: эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых смол

и полимочевин. При этом для полимерных материалов, физико-механические свойства которых изменяются в сравнительно узком температурном диапазоне, особое значение имеет температура эксплуатации, действующая на конструкцию, при условии сохранения материалами определённого минимально допустимого комплекса свойств.

На сегодняшний день, в области проектирования станочных приспособлений достигнуты значительные успехи: улучшены зажимные механизмы и усовершенствована методика их расчетов, разработаны различные приводы с элементами, повышающими их эксплуатационную надежность.

Таким образом, при проектировании важно использовать SD-модели с наиболее продвинутыми технологиями, что позволит сократить длительность проектно-конструкторских работ, повысить качество и надежность изделий и, одновременно, снизить расходы на проектирование и производство; при выборе материала для оснастки необходимо руководствоваться основными требованиями к его свойствам, желательно использовать сплавы Российского производства, но не уступающие по характеристикам и стоимости зарубежным аналогам. Свойства материала должны обеспечивать надежную и долговечную работу конструкций.

Библиографические ссылки

1. Возможности SD-САПР для машиностроительного проектирования [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.autodesk.ru/products/inventor/features (дата обращения: 24.03.2019).

2. NX CAD Эффективные решения для проектирования и подготовки производства [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ideal-plm.ru/uEditor/files/4/397/ObzorNX.pdf (дата обращения: 04.04.2019).

3. Возможности Creo [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.ptc.com/ru/products/ cad/creo (дата обращения: 04.04.2019).

4. Сталь X50CrMoV15 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://emk24.ru/wiki/en_steels/ x50crmov15_1_4116_479551/ (дата обращения: 04.04.2019).

5. Сталь марки 40Х. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/40X (дата обращения: 07.04.2019).

6. Малюгин С. В., Смирнов М. М., Давыдкин Н. В., Малюгин А. С. Использование полимерных композиционных материалов для обеспечения производства на предприятии авиастроения. // Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ). 2003. С. 752-758.

© Надымова А. М., Стахнова М. В., 2019