CC BY
25
номерной заготовки размерами 200 мм х 4000 мм х 30 ММ (рис. 1).
На данном этапе основной задачей является выявление влияния разгрузочных отверстий на формирование поводок после механической обработки.
ввавнш!
Рис. 1. Конечноэлементная модель заготовки
Кроме того, одним из способов регулирования остаточных деформаций является варьирование глубины и диаметра отверстий, выполненных непосредственно перед фрезерованием основного массива. Уменьшение глубины или диаметра отверстий характеризуется уменьшением объёма снимаемого припуска. Соответственно наблюдается изменение величины остаточных деформаций в результате сверления отверстий. Направление деформации приведено на рис. 2.
¡ШШШМШИИЙЯИИ^
• «< ■: -<5 С ? i <-■■-' ■ - •*. й Z Г • о .
■Y./.' . • ». X i &;»' •» SS к « «V:/:-
Рис. 2. Моделирование деформаций заготовки после снятия припуска
Рассчитанный вариант разгрузки заготовки с помощью шестнадцати отверстий позволил спрогнозировать значения поводок после изготовления детали с минимальным короблением.
Так как операция «разгрузки» заготовки сверлением отверстий предполагается как дополнительная обработка, она несколько увеличит общее время механической обработки, однако если её введение позволит снизить коробление деталей, а значит исключить операцию правки деформированных деталей, это приведёт к значительному улучшению качества их изготовления.
Библиографический список
1. Ключников С.И. Моделирование и расчет остаточных деформаций изгиба тонкостенных деталей с односторонним оребрением II Управление технологическими процессами машиностроительного производства: сб. науч. тр. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1998.- 146 с.
С.И.Ключников, Е.АгВарахтенко
Структура системы автоматизированного управления поводками детали после механической обработки
Проблема обработки маложестких длинномерных панелей, вследствие влияния остаточных напряжений, возникающих после обработки детали, на формирование поводок панели, является весьма актуальной. Применением рациональных условий обработки можно оказывать влияние на формирование напряженных полей обрабатываемой детали и снижать коробление.
Соответствие этим показателям возможно только при комплексной оценке влияния геометрических параметров изделия, свойств используемых материалов, условий обработки изделия на изменение его пространственной формы. Проведение такого анализа с
учетом всевозрастающей сложности комбинаций решений возможно лишь с созданием эффективных современных компьютерных моделей. На рис. 1 приведена принципиальная схема взаимодействия информационных блоков, участвующих в решении задачи выработки оптимального технологического процесса по критерию минимизации поводок.
На первом этапе происходит создание геометрической модели детали в CAD-системе. Далее в САЕ-системе проводится инженерный анализ, по результатам которого делается вывод о пригодности данной модели заданным эксплуатационным характеристикам.
САР
САЕ
Модуль"
САМ !«. ^ прогнозирования
остаточных ________| деформаций_
САО
7
Контроль геометрически хпараметров -
Йзготовление
детали с минимальными ; поводками
Рис. 1. Схема взаимодействия информационных модулей при разработке технологического процесса
Следующий этап - разработка технологического процесса - является одним из важных этапов, от которого будут зависеть эксплуатационные свойства готового изделия. Совместно с САМ-модулем, который решает задачу генерации управляющих кодов для станков с ЧПУ, предлагаем использование специализированного модуля для прогнозирования возможных поводок после механообработки с целью назначения режимов резания оптимальных с точки зрения формирования остаточных деформаций. На заключительном этапе с помощью САО-системы производятся операции контроля геометрических параметров и физико-механических свойств изготовленного изделия, Если по результатам электронного контроля выявлены отклонения допустимых параметров остаточных деформаций, то технологический процесс корректируется по критерию минимизации поводок.
Особый интерес представляет модуль прогнозирования остаточных деформаций, структура которого представлена на рис. 2.
Рассмотрим алгоритм формирования решения в модуле прогнозирования поводок детали после фрезерования.
Блок ввода исходных данных. В качестве исходных данных генерируется геометрическая форма модели, включая конструктивные элементы в виде ребер жесткости, карманов, отверстий и т.д. Формируется модель заготовки и задается исходный уровень термических напряжений с учетом возможной неоднородности напряжений. Напряжения в заготовке определяются одним из существующих экспресс-методов [1]. Конструктивные элементы классифицируем в соответствии с типами элементов, приведенных в [1], на участки с различным количеством ребер жесткости и различным расположением относительно друг друга. В дальнейшем на основе соседства различных типов элементов создается матрица взаимовлияния при фрезеровании модели для учета последовательности обработки изделия. В качестве исходных данных также вводятся физико-механические свойства обрабатываемого материала.
Расчет остаточных деформаций единичного элемента
тг:
Уточнение расчетных значений остаточных деформаций с помощью корректирующих коэффициентов
-» и
Определение результирующей остаточной деформации в изделии после фрезерования
Визуализация коробления детали после фрезерования
Рис. 2. Структура модуля прогнозирования поволок изделия после фрезерования
Блок дискретного представления детали. Дискретное представление модели детали и заготовки основано на условном разделении заготовки и вписанной в нее модели детали на участки, исходя из конструкции детали и условий разбивки, рассмотренных в [1]. Таким образом, модель заготовки представляет собой совокупность объемных участков заготовки с вписанными в нее отдельными конструктивными элементами.
Блок расчета остаточных деформаций единичного элемента. Направлен на численный расчет напряженного состояния единичного элемента детали, изготовленного из объемного фрагмента заготовки с внутренними термическими напряжениями.
В данном случае принят подход, основанный на ко-нечно-элементном представлении участка детали, с последующим дискретным анализом. Особенностью моделирования коробления участка детали после механической обработки является необходимость учета технологических параметров обработки, таких как $, и, 1, геометрия инструмента, формирующих напряженные поля от процесса резания. Влияние этого фактора зависит от толщины полотна элемента и может быть определено на основе данных, приведенных в [1].
Блок уточнения расчетных значений остаточ» ных деформаций с помощью корректирующих коэффициентов. Данный блок является блоком учета факторов, которые пока недостаточно изучены, а также связаны с допущениями, принятыми при рассмотрении дискретной модели определения остаточных деформаций. Уточнение полученных расчетным путем значений деформаций корректируется введением специальных, экспериментально полученных, корректирующих коэффициентов [1]. Определение корректирующих коэффициентов основано на использовании баз данных экспериментальных значений деформаций реальных образцов на режимах, полностью совпадающих с обработкой теоретически рассчитанного участка, при этом предполагается также полное соответствие характеристик заготовки и полей ее термических напряжений с исходными данными.
Блок определения результирующей остаточной деформации в изделии после фрезерования. Направлен на определение по численным значениям деформаций отдельных элементов результирующей деформации детали. В основу расчета результирующей деформации положен принцип учета взаимного влияния соседних участков различной жесткости на формирование деформации рассматриваемого участка. Учет воздействия осуществляется с использованием коэффициентов влияния, определяемых на основе экспериментальных данных. Методика численного определения значений коэффициентов для некоторых сочетаний влияния рассмотрена в [1].
Блок визуализации коробления детали после фрезерования. Предназначен для визуального представления деформированной после механической обработки детали и основан на корректировке координат точек, образующих кривые и поверхности модели, исходя из их расчетной деформации. Автоматическое сравнение расчетных значений координат каждой точки поверхности модели с теоретическим контуром электронной модели позволяет помимо визуального представления сделать численную оценку деформаций изделия после фрезерования.
При взаимодействии модуля прогнозирования поводок с модулем автоматизированного контроля геометрических параметров (САО-модуль) выявляется расчетная погрешность прогнозируемой деформации в сравнении с данными реальных измерений, в результате чего определяется значение корректирующего коэффициента для расчетного определения остаточных деформаций каждого элемента и осуществляется пополнение специальной базы данных значений деформаций участков определенного типа, обработанных на заданных режимах фрезерования.
Оценка значений остаточных деформаций позволяет сделать вывод о необходимости внесения в технологический процесс мероприятий, направленных на снижение поводок на отдельных участках детали и общего коробления изделия.
В результате представленная структура системы автоматизированного управления поводками детали после механической обработки позволит создать систему, которая предоставит возможность технологу при проектировании технологического процесса управлять параметрами детали, т.е., заранее зная свойства изделия, осуществлять оптимальный выбор технологических параметров его изготовления. Назначение эффективных режимов резания в значительной степени позволит повысить эксплуатационные характеристики изделия и сократить время его изготовления.
Библиографический список
1. Журавлев Д.А., Ключников С.И. Функция взаимовлияний для расчета остаточной деформации изгиба маложестких деталей при механообработке // Вестник ИрГТУ. - 1998, - № 3. - С. 86-91.
