lii III

ill I!

I 11

ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ

Геометрия детали описывается формой ее отдельных элементов, кодируемых с помощью цифрового или мнемонического кода (рис. 5). К коду геометрии добавляют также цифровые значения диаметров, длин и т. п. На основании этой информации по известным формулам ЭВМ рассчитывают объем и массу детали и штампованной Заготовки.

Диаметр заготовки задается вместе с другими исходными данными. Можно задать несколько диаметров, тогда ЭВМ просчитает и выдаст иа печать соответствующие им варианты технологии. Программой проектирования предусмотрена прежде всего разработка технологии холодной объемной штамповки применительно к одно-позиционным прессам. В случае необходимости программа может скорректировать технологию в расчете на использование миогопозиционных прессов.

Программа выдает один обязательный вариант технологии. Альтернативные решения возможны лишь прн выборе варианта разделения исходного материала на заготовки или при включении в исходные данные нескольких значений диаметров заготовок. Вообще в программу включен минимум ограничивающих констант и тому подобных параметров, что оставляет возможности для использования собственного опыта пользователя.

При расчете затрат учитываются расходы на обрабатываемый материал и заработную плату, амортизационные отчисления, расходы на эксплуатацию производственных помещений, энергетические затраты, расходы на инструмент и оснастку, прочие расходы.

Программа учитывает также расходы на последующую обработку резанием штампованных деталей.

Конструирование штампов и изготовление рабочего ииструмента к ним на стайках с ЧПУ. Для проектирования инструмента с помощью ЭВМ необходимо создание банка данных, содержащего информацию о геометрии инструмента всех возможных конструкций, о марках инструментальных материалов, их механических

1 !

ll.hi

f Z (P)K (f)

Z {p) к (p) г IP) I f

Рис. 5. Схема описания геометрии детали:

а - деталь; б - деталь, расчлененная на элементы; Р - плоскость; Z - цилиндр; К - конус

свойствах и режимах термической обработки, а также о наличии и количестве того или иного материала на складе. Работа с банком данных осуществляется на основании различных конструктивных критериев.

При создании системы автоматического проектирования штампов используют два основных метода: генерирование и варьирование. В первом случае конструкция создается практически заново, а во втором - чертеж возникает путем внесения изменений в основную (базовую) конструкцию. Первый метод отличается наименьшей трудоемкостью на этапе его разработки, ио наибольшей трудоемкостью в процессе проектирования. Благодаря этому его целесообразно использовать при конструировании разнообразных штампов большой номенклатуры. При втором методе наиболее трудоемок подготовительный этап, когда создается базовая конструкция. Собственно проектирование осуществляется очень быстро. Поэтому метод варьирования наиболее пригоден для разработки типовых конструкций.

При организации производства рабочего инструмента штампов для холодного выдавливания значительный эффект может быть получен вследствие применения системы CAD/CAM, т. е. комбинации системы автоматического конструирования (Computer Airied De.sign) и системы обработки иа станках с ЧПУ от малой ЭВМ (Computer Aided Manufacturing).

Рис. 6. Конструкции пуансонов для холодного выдавливания (о) и эскиз типовой заготовки пуансона с ложными центрами

Примером является программа CADED (Computer Aided Design of Extrusions Dies), предназначенная для расчета исполнительных размеров типизированных и унифицированных рабочих деталей игтампов для выдавливания.

Программа CADED включает следующие этапы;

ввод исходных данных (размеры и материал штампуемой детали, тип пуансона или выталкивателя, данные об их материале, наружный и внутренний диаметры многослойной матрицы, угол запрессовки, число бандажей, шероховатость поверхности, материалы рабочей вставки и баидажей);

проверка исходных данных;

расчет осевых и радиальных нагрузок на инструмент;

расчет критических напряжений в инструменте и сравнение их значений

с заданными предельными величинами;

расчет технологических параметров (степень деформации, максимальное усилие на пуансоне и т. п.);

расчет конструктивных параметров (диаметр калибрующей части пуансоиа, диаметр площадки на торце пуансона, общая длина пуансоиа, радиус закругления на торце пуансоиа, диаметры разъемов в многослойной матрице, натяги, заход выталкивателя в матрицу и т. п.);

сравнение результатов расчета технологических параметров с их предельными значениями и, в случае необходимости, ввод новых исходных данных и повторный расчет;

печатание результатов расчета.

В программе расчета матриц пользуются методом конечных элементов, который позволяет вести расчеты с учетом неравномерности распределения внутренних радиальных давлений па матрицу вдоль ее образующей.

В процессе работы можно варьировать входные параметры и оптимизировать размеры конструируемых деталей.

Вторая часть программы при использовании системы CAD/CAM предназначена для разработки технологии изготовления рабочих деталей штампов. Наиболее эффективно она реализуется при изготовлении пуаисоиов для холодного выдавливания, которые отличаются сложной и достаточно разнообразной геометрией (рис. 6, а). Эскиз типовой заготовки пуансоиа с ложными центрами показан на рис. 6, б.

Рассчитанные иа ЭВМ конструкторские и технологические параметры являются входными данными для постпроцессора, т. е. программы, позволяющей разработать главную программу обработки и выдать ее для станка с ЧПУ в виде перфоленты. Программа для обработки номенклатуры пуансонов включает две стандартные подпрограммы, выполняющие проверку вводимых данных и их обработку, и главную программу, реализуемую в постпроцессоре. Целевое назначение последней заключается в передаче данных и пуске подпрограмм, уже введенных в ЧПУ токарного станка.

М jO ч>

it II

I III

- § 5 11

I-II

Общая схема описанной системы конструирования и изготовления пуансонов для холодного выдавливания показана на рис. 7.

Типы ЭВМ и математическое обеспечение САПР. Системы автоматического проектирования технологии холодной объемной штамповки и конструирования штампов могут быть реализованы с помощью ЭВМ различных видов.

Простейшими из них являются программируемые микрокалькуляторы - наиболее дешевое и доступное средство ускорения инженерных расчетов. Однако емкость их памяти в зависимости от типа калькулятора ограничена приблизительно 1000-2000 - так называемые шаги программирования. Ограничена и возможность их работы в режиме диалога и использование массивов данных.

Практически с помощью программируемых микрокалькуляторов можно выполнять расчеты объемов и массы, удельных и полных усилий штамповки и работы деформации, а также определять параметры матриц.

Персональные ЭВМ отличаются очень высокой гибкостью и имеют память емкостью от 4 кБ до 2 МБ. Средняя емкость составляет 32 кБ. Персональные ЭВМ могут оснащаться периферийными устройствами, например устройствами внешней памяти на дискетах или магнитных карточках; печатающим устройством; графопостроителем для вычерчивания диаграмм, кривых и т. п.; дисплеем для работы в диалоговом режиме, обеспечивающим изображение 40-80 знаков в строке.

С помощью персональной ЭВМ в дополнение к перечисленным расчетам можно определять последователь-

ность переходов штампов, выбирать кузнечно-прессовое оборудование, рассчитывать технико-экономическую эффективность.

Большая ЭВМ обладает практически неограниченной памятью, имеет большое количество разнообразных периферийных устройств, а наличие терминалов и возможность подсоединения к ней малых ЭВМ позволяют работать в режиме с разделением времени и выполнять одновременно несколько различных задач.

Наряду со всеми традиционными технологическими расчетами можно выполнять такую трудоемкую работу, как конструирование штампов и иггам-пового инструмента, а также прочностные расчеты сложного рабочего инструмента с помощью метода конечных элементов.

Математическое обеспечение при решении перечисленных задач базируется на языках программирования БЭЙЗИК и ФОРТРАН. Первый используется для сравнительно простых математических задач в технической и технико-экономической области. Более сложные математические проблемы следует программировать на ФОРТРАНе, обладающем широкими возможностями. Программы из области экономики обычно составляют на языке КОБОЛ.

2. КАЧЕСТВО ДЕТАЛЕЙ

Получение качественных деталей при холодной объемной штамповке зависит от исходного материала и от правильного построения технологического процесса. Исходный материал может иметь различные дефекты, возникающие при плавке, прокатке, волочении и термической обработке.

ч) б)

Рис. 8, Виды дефектов исходного материала

Неметаллические включения могут образовываться в стали вследствие засорения шлаками, продуктами раскисления, огнеупорными материалами и продуктами реакции между ними; выявляются при резке заготовок, если включение попадает на линию среза, а также при просмотре микро- и макрошлифов (рис. 8, а).

Газовые пузыри представляют собой полое пространство с газом; обычно возникают при разливке кипящих сталей; в спокойных сталях может наблюдаться неравномерно расположенная местная пористость.

Поверхностные открытые царапины образуются вследствие плохого состояния поверхностей прокатных валков или волок (задиры, заусенцы), а также если на поверхности материала частично имеется окалина отжига (рис. 8, б). Царапины должны быть глубиной не более 0,1 мм для прутков диаметром до 20 мм и не более 0,2 мм для прутков диаметром до 40 мм.

Волосовины - это тонкие, непро-сматриваемые на всю глубину (до 1,5 мм) продольные трещины, возникающие вследствие вытягивания подкорковых газовых пузырей в направлении прокатки (рис. 8, в).

Закатами называют завальцованные с диаметрально противоположных сторон заусенцы, появляющиеся, как правило, на всей длине проката при избытке металла в калибрах или при их износе. В местах заката поверхность заварена не полностью, что может привести к попаданию в это место неметаллических включений, а у деталей из высокоуглеродистых сталей вызвать обезуглероживание. Закаты являются одним из наиболее опасных дефектов; при холодной высадке они раскрываются в глубокие трещины (рис. 8, г).

Неблагоприятные структурные образования возникают при отжиге, когда имеет место перегрев; для деталей из низкоуглеродистых сталей это приводит к интенсивному росту зерна, а для деталей из высокоуглеродистых сталей к образованию пластинчатого перлита вместо зернистого. В обоих случаях пластичность (деформируемость) сталей снижается. Существенным дефектом является

обезуглероженный слой, могущий сделать материал непригодным после улучшения или поверхностной закалки. Максимально допустимая глубина обезуглероженного слоя у деталей из сталей для холодной высадки не должна превышать 0,08 мм при диаметре менее 6 мм, 0,20 мм - при диаметре 20 мм (площадь обезуглероженного кольца не более 5 % площади всего сечения).

Качество материала в значительной степени зависит также от наличия в нем резко выраженной полосчатой структуры; последняя при холодной высадке может вызвать скалывающие трещины и расслаивание.

Отклонения размеров профиля материала могут привести к браку по размерной точности готовых холодно-штампованных поковок, особенно при холодной высадке. Так при высадке деталей типа болта точность стержня по диаметру соответствует точности исходного материала. Исходя из нужного объема, заготовку отрезают на определенную длину, но разброс диаметральных размеров исходного материала может вызвать образование в головке складок и заусенца при излишнем металле и неполучение четких граней головки при его недостатке. Овальность исходного материала, его размеры в поперечном сечении по всей длине должны находиться в пределах поля допуска на изготовление, а в особых случаях (оговоренных при поставке) в пределах половины поля допуска. В этих же пределах должны быть отдельные вмятины и выступы. Наиболее частые дефекты - наличие шва при слишком полно прокатанной заготовке или несовпадение формы при сдвиге калибров. Допускаемые отклонения размеров для сталей холодного деформирования оговорены на горячекатаную круглую ГОСТ 2590-71, квадратную ГОСТ 2591-71, шестигранную ГОСТ 2879-69; калиброванную круглую ГОСТ 7417-75, квадратную ГОСТ 8559-75, шестигранную ГОСТ 8560-78.

Непостоянство (неоднородность) свойств одного и того же материала даже в пределах, оговоренных стандартами и условиями поставки, может