автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Исследование влияния на точность обработки поверхностей пресс-форм погрешеностей оборудования, инструмента и деформаций на основе интегрированной модели

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ Р г. г- л- МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

< ' ^ (Технический университет)

1 3 '!Д;1

Па правах рукописи

Ли Цинк,

УДК 62! .86.06.067; 658.512.011.56

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПА ТОЧНОСТЬ ОБРА1ЮТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРЕСС-ФОРМ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ, ИНС ТРУМЕНТА И ДЕФОРМАЦИЙ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ

МОДЕЛИ.

Специальность: 05.11.14 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ

дассертащш на соискаш!е ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (техническом университете).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор О. Н. Милясв

Официальные онноненты: доктор технических наук, профессор к.т.н. нач. отдела СКБ

С. М. Латыев Г.А. Лацков.

Ведущее предприятие: АО "ЛОМО", Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится",^ " 1///.Ы 1997 года в /¿Гчасов минут на заседании специализированного совета Д053.26.03 при Санкт-Петербургском государственном институтеточной мсха1!ики и оптики (техническом университете) по адресу:

197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., д. 14. тел.:238-87-81

С диссертацией можно о-знакомиться в библиотеке Ипсппуга.

Автореферат разослан " /¿2 "¿Я/г^/И, 1997 года. Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземпляра^), заверенные печатыо, просим направлять в адрес Института: 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., д. 14, ученому секретарю специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета Д 053.26.03.

Считаю своим приятны ., , , >го руководи-

теля профессор О.Н.Миляев за ностошшое шшмание и советы при выполнении работа, профессор Д.Д.Куликов за цепные замечанш при обсуждении работы и сотрудников лаборатории кафедры ТПС за постоянную помощь и поддержку при выполнении работа.

кандидат технических нау:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Программы: "технологии, производства и машины будапего, Компьютеризированные интегрированные производства"; "'Российская инжиниринговая сеп. темшческпх нововведений (Инжиниринг сеть России)", "Ушшерситеты России-Компыотеризироваиные интегрированные 1фОизводствешше системы"; "Авиационная технология" - направление 04.02., Проект фирлол "Лвтодеск" с Российскими организациями содержит задания по созданию новых технологических решений и сокращения сроков ТИП за счет автоматизации процессов проектирования. Задания предусматривают создание инструментальных средств дая первоочередных задач производства сложных изделии, имеющих потребность. В разделах: товары народного потребления; изделия сложной формы летательных аппаратов; предусматривается совершенствование вспомогательного производства, являющейся базой, обеспечивающих выпуск новых изделий.

В КНР, государственной программой "Шан-863", предусмотрены задания на решение проблемы автоматизированного проектирования сложных поверхностей изделий и их производственного обеспечения при изготовлении опытных и серийных образцов. Поэтому актуальным является разработка методик но моделлровашпо сложных изделий из термопластов, методов проектирования и способов изготовления формообразующих элементов и частей на основе совершенствования технологических процессов, включая инструмент. В основе методики проектирования предлагается использовать метод групповой технологии, состоящий из унифицированных элементов, конструктивных фрагментов, (построенных из пргонгптов,) а также угшфшеированных групповых операций, переходов и установов.

Для обеспечения качества и точности изделия высококвалифицированные конструктора используют свои знания, продолжительный опыт и субъективные подходы к решению задач. Точность обработки поверхностей пресс-форм зависит от погрешностей оборудования, инструмента, статических деформаций, методов обработки и режимов технологического процесса. Предприятия имеют различное технологическое оборудование с различным классом точности и износом, которое имеет ограничение но точности изготовлешм поверхностей. Для обеспечения точности на предориятиях перераспределяют погрешности, решая таким образом обеспечения качества продукции. Применение электроэрозионнго метода обработки дая сложнонрофилышх изделий из обычных и зруднообрабатываемых традиционными методами материалов зависит от эксплуатационных свойств применяемых электродов-инструментов. Затраты на получение фасонного электрода-инструмента составляет до 80% общих расходов

на выполнение операций электроэрозионного формообразования, и являются решающими при определении целесообразности использования метода ЭЭО. Перспективным направлением получеши фасошых ЭИ является применение композиционных материалов, изготавливаемых методами порошковой металлургии.

Проектировшше формообразующих пресс-форм, ЭИ, вторичной оснастки для ЭИ является сложной и трудоемкой задачей. Композиционные технологиии позволяют решить эти задачи и адаптировать их решения к различным условиям предприятии. В связи с ростом объемов производства изделий из термопластов, сопровождающейся увеличением номенклатуры, разновидностью изделий, отличающихся сложностью геометрической формы, повышенной прочностью и точностью размеров, решаемая тема является весьма актуальной.

Цель работы. Повышение точности и качества сложнопрофильных формообразующих деталей пресс-форм на основе методики расчета модели в виде совокупности отдельных поверхностей, применения пористого композициошюгоэлек-трода-инструмента, с установлением режимов технологического процесса элек-троэрозиошюй обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи: выполнить анализ конструкции формообразующих деталей и предложить уточненную классификацию и кодирование на базе группового метода; изложить методику расчета точности обработки формообразующих поверхностей, учитывающих влияние погрешностей оборудования, инструмента, статических деформаций; выбрать методики проектирования формообразующих поверхностей деталей пресс-форм на основе интегрированной модели и дополнительных признаков с разбивкой их по категориям сложности; исследовать и разработать единую шггегрированную модель сложных поверхностей изделий, формообразующих деталей пресс-форм, электродов-инструментов, оснастки для ЭИ, с учетом особенностей технологических процессов и состояния оборудования; разработать методики создания признаков деталей в модели изделий, Графического Редактора Признаков (ТРИ) и управления ими; предложить методику распоз-нования признаков после преобразования с конструкторской фазы на технологическую; отработать технологические режимы получеши пористых ЭИ с пробит-кой различными материалами для повышешн износостойкости и обеспечения качества обработки формообразующих деталей пресс-форм; осуществить экспериментальную проверку пористых ЭИ и формообразующих деталей пресс-форм на точность и износ при их изготовлении.

Методы исследований. В работе использованы: метод групповой технологии и организации группового производства; метод геометрического моделирования в автоматизированном проектировании; теория множеста; теория графов; ме-

толы системного анализа и моделирования; теория параметризации геометрических объектов.

Научная новизна.

— Разработана интегрированная модель, устанавливающая взаимосвязь и закономерности параметров точности и качества от режимов, условий процесса и формирования сложных поверхностей с учетом переноса на другие поверхности с корректировкой видов погрешностей, отображаемых в графическом редакторе признаков.

— Предложен новый метод изготовления иротивонзиосных пористых ЭИ из композиционных материалов и режимы технологического процесса при обработке сложных поверхностей из труднообрабатываемых материалов.

— Разработана методика расчета точности при обработке сложных поверхностей формообразующих деталей пресс-форм, учитывающая погрешностей оборудовать, электрода-инструмента, статических деформаций, размеров, расположения и формы при электроэрозионной обработке на основе использования интегрированной модели. Расчетные модели основаны на представлении обрабатываемой формообразующей поверхности детали пресс-формы, образованной в виде совокупности отдельных поверхностей и сетку сглаженных контуров взаиморасположения.

Практическая ценность. Предложен принцип параметрического описания поверхностей с использованием метода периодической пригонки с расчетом и построением сетки из гладких контуров, их сглаживанием с учетом параметров инструмента и технологической схемы обработки; установлены влияния технологических факторов на точность, произво;цгтелышстъ и шероховатость при обработке сложнопрофильных поверхностей изделий; разработана методика, ачго-ритмы и программы автоматизированного проектирования сложных поверхностей: изделий из термопластов, формообразующих деталей пресс-форм, электродов-инструментов, оснастки(форм) для изготовления электродов-инструментов на основе единой модели с внутренним представлением поверхности и оригинальным графическим редактором, обеспечивающим перенос поверхности на разных стадиях проектирования, учитывающим эквидистантные особенности, технологические факторы, включая износ; получены производительные черновые и чистовые режимы для формообразующих поверхностей заготовок пресс-форм на электрозрозиошюм вырезном станке с 41 ГУ и генератором ГКИ-300-200Л, на электродоэрозионном копировально- прошивочном станке с ЧГГУ и генератором 1ИГИ-63-440М. Предложены признаки, позволяющие объединить конструкторскую и технологическую информацию с моделированием свойств объектов в результате использования ГРП, решающего проблему сходства ФЭ и ЭИ, с формой изделия.

Внедрение работы. Полученные методики и результаты частично использованы в А.О. " Максприм", входящий в А.О. "Кировский завод" и в учебном про-

цессе на кафедре "Технологии приборостроения" СПбГИТМО(ТУ) по расчет)' Зквидистанта. Внедрение подтверждено актами.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обслуживались: на ХХШ и ХХИ-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СПбГИТМО (ТУ), февраль 1996 и январь 1997, Санкт-Петербург; на научно-практическом семинаре "Методы нанесения обозначений на пластмассовые изделия. Технологии изготовления пластмассовых изделий, применение САПР", 1996, С-Петербург;

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация, состоится из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из. ^»наименований и ^ приложения, содержит /^р страниц машинописного текст, включая ¿^иллюстрации и .42/таблиц

Содержание работы

Работа посвящена исследованию влияшш на точности обработки сложных поверхностей формообразующих деталей пресс-форм погрешностей оборудования, инструмента, статических деформаций на основе интегрировашюй модели и использованию пористого ЭИ, полученного методом порошковой металлургии.

Во введении обосновывается актуальность темы, приводятся основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе, приводится анализ проблем точности обработки сложных поверхностей формообразующих деталей пресс-форм в зависимости от погрешностей оборудования, и инструмента, статических деформаций и постановка задач автоматизированного проектирования пресс-форм со сложными поверхностями для литья под давлением изделий из термопластов: проведена формализация поверхностей изделий из термопластов, выбраны виды конструирования и способы автоматизации. Проектирование формообразующих пресс-форм, электродов-инструментов, вторичной оснастки для ЭИ является сложной и трудоемкой задачей и требует высококвалифицированных конструкторов. Приведена обзорная информащш по автоматизации проектирования технологических процессов и машиной графики в производстве пресс-форм. Рассмотрена проблема и развитие САПР пресс-форм, а также интегрировшшых систем в России и зару-бежом. Выявлено требование к реализации интегрированных систем автоматизированного производства пресс-форм. Формообразующие Элементы (ФОЭ) имеют сложную форму, методы электроэрозионной и электрохимической обработки, с зеркальным отражением эквидистантной геометрической формы изделия из термопластов для формообразующее деталей пресс-форм.. ЭИ имеет быстрый износ и потерю точности, что создает еще большие проблемы в изготовлении ФОЭ, их стойкости и обеспечения качества, а значит конкурентоспособности

в рыночных условиях. Высококвалифицированные конструктора для обеспечения качества используют свои знания , продолжительный опыт и субъективные подходы к решению задач. Предлагается компьютерная технология, учитывающая погрешности размеров, расположения, формы поверхностей, легированные и пористые материалы ЭИ.

Исходя из выше изложенного формулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе, проводился анализ особенностей технологических процессов изделий из термопластов, формообразующих пресс-форм, электрод-инструментов и погрешностей, влияющих на точность их изготовления.

Электрод-инструмент представляет собой 'нашдистантную негативную копию обрабатываемой поверхности формообразующих пресс-форм. Геометрия обрабатываемой полости пресс-форм формируется при внедрении фасонного электрод -инструмента с учетом износа, заложенного в геометрии ЭИ.

Исходная информация заданная чертежом или моделью изделия из термопластов переносится на ЭИ с учетом эквидисганты, материала формообразующих, материала ЭИ, с разделением, как правило, на черновые и чистовые ЭИ. Параметры электрического режима и припуска на обработку УЬ) и УЬ (матрицы-1 , нуансона-2) выб1фаются из условия: V/;, А/п, • 1, л

=-1—Л. ¡1]

Ма2 ■ 1Р2

Черновая обработка ЭИ из меди проводилась на режимах 1 р = 12 А , частота Г = 44кГц, скважность-2, форма импульса-гребенчатая, шероховатость на боковой стенке II а =4.5 мкм, объем на ампер рабочего тока Ма1=5 мм3/А.шш. Пршгуск на чистовую обработку выбирается из условия:

У1ъ= Кгпах + УЯв+Уб \2\

где, УБб - неравномерность бокового зазора: = 0.3 ... 0.58б; Уб-ногреншость базирования (У Иг = 6.5*4.5+ 0.5«6.0 + 40 = 99.25мкм или к 0.1 мм.). Пршгуск на черновую обработку назначался исходя из геометрии рабочих элементов матрицы. Для ЭИ исходную информацию задают из материала , формы, геометрических размеров, точности и шероховатости формообразующих элементов. При этом размеры ЭИ должны иметь отклонешш в размерах на величину:

Уё=2(8б+УН)-Уу* |3|

где: 8в - боковой размер при ЭЭО; УН - припуск на последующую обработку; У у, -усадка электрода - инструмента ( после прессования или механической обработки ); деформация определяется по формуле:

Уу, = 14.УТ(а,-а2) [4]

где 1-,— 1-ой размер элементов формообразующих; VI — изменение температуры; аьоо— коэфф. линейного расширения материала.

Таким образом, определены отклонения и припуски с учетом режимов обработки, после исследования влияния точности на расчетную модель иа различных

эталах разрабсяки, разработашая методика расчета включает уравнение "идеальной" поверхности изделия в векторно-параметрическом виде: ю = го (и, V) [5] где и,у —криволинейные координаты поверхности изделия (в т.ч. обрабатываемой поверхности.) Затем определяется погрешность схемы формообразования и уравнения номинальной поверхности ун Далее составляется урав-наше реальной обрабатываемой поверхности:

7= 7(и,V) = 7 (и,у) +Уго (и,у); [6]

где, V го - вектор погрешности положения точки.

После чего определяется поле нормальных отклонений (и, у); положения точки фактической поверхности от номинальной. Строится уравнение базовой поверхности Тб(и,у); служащая для отсчета от нее метрологических оценок точности. И наконец, определяются погрешности размера, расположения и формы обрабатываемой поверхности. Погрешности размера Урюм. и расположения УР,1С1, оцениваются отклонениями размера и расположения базовой поверхности гё от номинальной гн, погрешность формы 7ф0ры — отклонениями реальной поверхности го, от базовой Гб .

Обработка заготовки на последующем оборудовании приводят к появлению новых поверхностей или к изменению точности ранее изготовленных поверхностей при последовательном снятии припуска на разных операциях, что соответствует сохранению уровнения г» номинальной поверхности, а уровнения реальной го и базовой Те поверхностей изменяется. При обработке нескольких поверхностей формируются характеристики точности как для каждой отдельной поверхности-отклонения V1, V2, ...у6", так и доя их взаимного расположения —V'-1.

Код формообразования. С каждым шагом формообразующей систем связывается декартова система координат ( где 1- номер шага-операции). Нумерация шагов начинается с обрабатываемой заготовки для которой 1=0 , ас ней связана система координат 8о с осями Хо,, Уо, Zo и началом Оо и заканчивается координатами ЭИ, для которого 1= 1, где 1 — вдело подвижных операций. Структура формообразующей системы описывается кодом: К= К1, Кг... К, [7] где, К= К), Кг ... К; — номер обобщенной координаты, относительно которой совершает движение ЭИ.

Матрицы обобщенных перемещений. Координаты точки в двух системах координат связаны матрицей преобразования: 7К= А*1 п[8] где,7к, 7) — радиусы-векторы точки в системах координат Бк и Бг, 7= ( х* ,ук, /к, 1)т; 7= ( XI ,у1, г\, 1)т ; Т — Знак транспонирования; х,у,г, — номинальные координаты точки в системах Эк и Аю- матрица порядка 4x4 имеющая вид в [9]:

где, ^, ^, I, (]=1,2,3)— направляющие косинусы осей; X], у^ Ъ\— системы координат Б] в системе координат Бк; а;, а?. аз — координаты начала Ок системы в системе

Л|а=

Л.'г.'з.-^

Ш,, Г?^, /7*3, ^

п\<п2<пЪ<аЗ 10,0,0,1

[9]

Функция формообразования. Эта функция представляет собой выражение, связывающие радиус-вектор То номинального положения точки обрабатываемой детали в системе 5о с обобщенными координатами ® и координатами точек инструмента: 7о= Ао.1к1, А),2 к\ ... Ам,1к' Го =Ао1 П [10], где,То -радиус-вектор четвертого порядка точки обрабатываемой поверхности, заданной в системе Бо координат заг отовки; Ао/'- матрица порядка 4x4 обобщенного перемещения системы Б] относительно 8о; А ик2 - матрица норядка4х4 обобщенного перемещения системы 8г относительно 81 и т. д.; Кь К?, ..., К;, — тоже что в формуле [7]; Ао,1 = Ао,|к1, А1,гк2, ... , Лм,1к|; ¡7—радиус-вектор четвертого порядка точки гаютрумента в системе й] координат инструмента.

гТ • 1^+2) - при поверхностном формообразовашш;

П= г| + О - при лезвийном формообразовании: (0,(),0,1)т - при точечном формообразовании.

Связи между обобщешмми координатами. Аргументы gl , входящие в функцию формообразования [10] связаны в технологической системе связями.

^ 1 д2.....вп) = о )

...... [Ц]

* и I 91. 92.....9П ) = 0

где, п - число аргументов в формуле [10], причем п = I + т„( т„<2); I - аргументов входящих в матрицы Л ( по одному в каждую матрга(у); п1и - аргументов входящих в вектор г,; I. - число связей , причем Ь = п-2.

Баланс точности. Погрешность положения ¡-го шага характеризуется малыми смещениями его но всем шести степеням свободы: йхь 5у|, й/| — малые по-стуианьные смещения вдоль осей х1,у1, 7.1. системы 8') относительно своего номинального положения; «I, Р] ,у 1 — малые углы поворота относительно осей х1,у1, г\ соответственно. Эти смещешга могут быть представлены либо в виде матрицы г-1 порядка 4x4, либо в виде вектора V] шестого порядки.

[12]

С|

0,0,0,0

У,=( Зхх,5уъ5.л,аъръух? [13]

Вектор погрешности положения — векторный баланс точности точки обрабо-ташюй поверхности. I

= 2 А 0.; С 1 А П

_ I о

= ЕКАо., О^АиТ) 8>в; [14]

К>Г1

дс

где, П'|= —- Матрица передаточных отношений; С] - тоже что в выражении [12].

Нормальный баланс точности— суммарное отклонение точности обработанной поверхности от номинальной по нормали к последней определяется в формуле: Уг^ Vro.ii [15] где п— орт нормали к номинальной поверхности го,

гдеп = Ж

Связи между погрешностями. Система варьированных связей имеет вид:

п

б , =8,(^)^=1,,.,Ь I16*

/=1 дд, сЛи

где, —— — частная производная функция ^ по обобщенной координате

Щ

— вариация координата ; бк (и,у) — некоторая малая функция криволинейных координат и и V.

Расчет погренмоста положения технологической системы формообразующей цепи. Расчетом определяется погрешность V положеши технологической системы — геометрических погрешностей: К\7=§ [17],где V — вектор V, [13] обобщенной-искомой погрешности; 8 — заданный вектор малых перемещений шести точек технологической системы, б = (8 1 , 8 2 , 8з , 8 4 , 8 5 , 8 о ) т; К— невырожденная матрица порядка 6x6 передаточных коэфф. с элементами Ву, если линейое смещение, то в8 = ( а Х1, аУь аг1, пы, шУ1, тг1).

Расчет погрепдюстсй положения вследствие упрутих деформаций технологической системы. Система уравнений для определения смещений имеет вид сУ= Р, где V — определяется по формуле [13], Р — вектор обобщенных сил. Р = (Рх,Ру,Рг,Мх , М у , Мх)т—вектор проекций главного вектора и главного момента; с — невырожденная матрица порядка 6x6 жесткости с элементами.

N

Си = I Ск г 1,... ,6; 1= 1,..,6 [18]

где к — упругие показатели; Ск — жесткость ТС; ¡£и в ц, — элементы вектора положения и направления. Погрешность прилегающей базовой поверхности для .(-ой поверхности определяется Угв ® = О0) ; } = 1, ...,N[19], где N — число поверхностей: номинальных и базовых.

Погрешность взаимного расположения поверхности оценивается параметрами положения базовой поверхности относительно номинальной: Упол=Ур| _р1,..., п (п < 6) {20]. Погрешность взаимного расположения двух поверхностей оценивается фуикшшш ог_1 гарамегров положения двух соогветстеующих базовых поверхностей. V"' - ) [21 ], гдeVg(',, — векторы параметров ¡-той и ¡-той базовых поверхностей, определенные каждые из своей системы.

Эти расчеты точности вводятся в единую модель на соответствующих этапах проектирования.

Создана структура модели троеизделий на логическом уровне показана в рис. I.

В этой структуре в Едшгую Модель (ЕМ) входят модели МНИ, ФЭ, и ЭИ. ЕМ представляет связь и общую информацию этих моделей, которые содержат свои собственные характеристики.

Рис. 1. Логическая структура единой модели .

Здесь : 1 — Геометрия и топология; 2 — Модель пластмассового изде-лия(МПИ); 3 — Модель ФЭ; 4 — Модель ЭИ; 5 — общая инф. ЭИ с МНИ; 6 -

- общая инф. ФЭ с МШ;7— общая инф. ЭИсФЭ.

В модели общей информации. ЭИ с ФЭ входит точность и состояние элек-тороэрозионых станков, коэффициент износа инструмента. Эти виды информации представлены для модели расчета геометрического положения точек поверхности. В результате моделирования изготовления на каждом станке, назначенном технологом, происходит разное положение поверхности. Так что моделировали не только предмета, но и элементы технологического процесса. Моделирование производства на основе модели представляет характеристики и особешюсти станков, обрабатывающие изделия. Для пресс-форм используется соответствие выходных параметров одной модели с входными параметрами других моделей.

Таким образом предложена методика расчета точности обработки поверхностей формообразующих деталей пресс-форм в зависимости от погрешностей оборудования, инструмента, статических деформации, размеров, положения и формы на основе интегрированной модели.

В третьей главе, разработаны методики и алгоритм!,I для построения модели автоматизированного проектирования.

— Разработанны методики создания ГРП для ИСАИ объектно-ориентированным подходом па основе обобщенной модели, которая определяется моделью, содер-

жащую как графическую, так и технологическую модель. Выделены классы и подклассы объектов к обобщенной модели, приведенные в табл. 1. ____Таблица 1_

Обозн. Наименование

СЧ Класс "Составные части"

ОБЩ Класс "Общий"(общие характеристики деталей)

ЭЛЕМ Класс "Элементы " (Элементы детали)

СВЯЗ Класс " Связи" (Связи между элементами)

Указанные классы являются классами-контейнерами, так как их объекты содержат множество объектов класса "Элементарная модель" (ЭМ). Этот класс делится на подклассы, приведенные в табл. 2 и входящие в тот или иной контейнер классов ОБЩ, ЭЛЕМ и СВЯЗ.

__Таблица 2_

Обозн. Наименование

Подклассы ЭМ для контейнера класса "Общий"

ОБН "Обош" (Идентификационные характеристики)

КОНФ " Конфигурация" (Конфигурация и габарит детали)

МАТР "Материал" (Характеристики материала)

ШЕРХ "Шероховатость" (Характеристики шероховатости)

ТЕРМ "Термообработка" (Характеристики термообработки)

ГАЛЛ "Гальваника" (Характеристики гальванопокрытия)

ЛАКР "Лакокраска" (Характер, лакокрасочного покрытия)

Подклассы ЭМ для контейнера класса "Элементы"

ПОВ "Поверхности" (Элементарные поверхности)

ЭС "Элементы соединения"

ЭО "Элементы отсечения"

ЭП "Элементы прочие"

Подклассы ЭМдоя контейнера класса "Связи"

РАСП "Расположение" (Взаимное расположение элементов)

КООР "Координация" (Координирующие размеры)

ОТКЛ "Отклонение" (Откл. от взаимного расположения)

СИСТ "СистКоор" (Местная система координат)

коме "Комплексы" (Комплексы элементов)

КОМТ "Комплекты" (Комплекты элементов)

Результатом работы редактора являются: графический образ таеодотельного объекта на экране дисплея и в составе ОМ, хранимой в базе данных; чертеж детали на экране дисплея и в составе ОМ, хранимой в базе данных; параметрическая модель детали, входящая в состав ОМ и хранимая в базе данных.

• Проведен анализ нричны разногласий видов признака одной детали в разных этапах и получилась методика трансляции и формула трансляции:

УНО[УЩУЫ')]

Гнрео (УЪГ) =

[22]

) л УНО[ Е УЩУЫ') | здесь, УЫ': Функциональный (блок) признак в составе изделия.

УП: Функция, которая отображает функциональное назначение этого носителя; УНО: Функция, которая отображает технологическое назначение этого носителя: ¡, очередь соответствующих конструкторских и технологических признаков на одном и тем же носителе. Данное изучение доя повышения уровня ИСАИ в шггеллектуальном проектировашш имеет перспективу дальнейшего развития.

В четвертой главе. Предложен процесс проектирования сложной поверхности на основе модели, в которой заданы расстояния между точками и при обработке решается задача интерполяции между этими точками. Интерполяция проводилась с помощью метода периодических кубических сплайнов с использованием уравнений непрерывности второй производной в точке замыкания. В результате получается замкнутый непрерывный контур.

В работе приведена методика сглажившшя и расчета точности поверхности с учетом погрешностей станка и инструмента, размеров, расположения и формы заготовки. Разброс отклонений начинается после третьего знака. Проведены экспериментальные исследования влияния параметров технологического процесса на точность обработки на вырезном станке мод. 4732 ФЗМ с генератором ГКИ-300-200А и ЧГГУ мод. 2М43А. Получены зависимости производительности от толщины стальной заготовки и диаметра проволоки. Производительность и технологические параметры при обработке стали45 приведешь в табл.З.

Экспериментальные исследования влияния параметров технологического процесса на точность обработки проведены на кошфовально-прошивочном станке мод. 4Д722АФЗ с генератором мод. ШГИ-63-440М и ЧПУ Щ-80-31. Параметры электрического режима при обработке заготовок из стали45 в зависимости от площади обрабатываемой поверхности при 88кГц. рекомендуется определять но номограммам в рис2.

Технологические показатели при обработке твердого сплав ВК-20 с ЭИ из различных материалов приведены в табл.4

Высота микронеровтстгй тм и гл * ЗЛ V

гго гоо § - но ^

Основным направлением способов получения фасон-1шх ЭИ с улучшенными характеристиками является применение новых-

гетерогенных-

композиционных электродных материалов из порошков меди с бором, с окисью хрома и графита со смолой, изготавливаемые методом порошковой металлургии. Предлагаемый метод порошковой металлургии с деухсторошшм прессованием заключается в деформировании сыпучего порошкового тела под воздействием внешнего давления, для обеспечешш процесса уплотнения с уменьшением объема и формирования ЭИ заданной формы, размеров и новых физико-электро-механических свойств материала. Для получения плотной размерной прессовки применялся смазка-парафин для снижения трения. Давление прессования превосходило предел прочности графитах частиц и образования на второй ступени жидкой фазы за счет легкоплавкого ме-талла-РЬ и исчезающего в процессе нагрева и изотермической выдержке (третья ступень). В результате получается ЭИ с порами до 25%, которая способствует повышению электроэрозионных свойств. Наибольшую стойкость к износу показали ЭИ из пористых композиционных материалов МБХ-3 и МГФ. Основные структурные свойства и состав материалов приведены в табл.5.

Таблица 5. Свойства и состав материалов.

5 да /з ¿о' зд~ Площадь обрабатываемой по8врхтсти,см1

Рис. .2. Номограммы для выбора

Марка материала ЭИ Состав Плотное ть.г/см3 Пористость /Средний размер,мкм

Общая,% Закрытая,% не более

М1 медь 100% 7,0 20 /15 2/20

МБХ медь 96%; бор-1%; окись хрома-3 7,8-8,2 20/8 1.8/10

МГФ графит-83% смола 17% 7,5 15/10 1,5/15

Толщина заготовки мм. 2 5 10 20 30 60 75 2 5 10 20 30 60 75

Натяжение Э-И, В 60 60 60 60 60 60 60 90 90 90 90 90 90 90

Скорость перемотки, В 50 50 60 60 70 80 90 50 50 60 60 70 80 90

Скорость подач, мм/ мин. 10"' 75 75 50 50 40 20 20 100 70 50 35 35 25 25

Код режима 13 22 22 22 22 23 23 23 23 23 23 23 23 23

Позшдая клавиш толшины. 1 1 2 4 5 8 8 0 2 2 4 7 9 9

Напряжение нагрузки на ЭИ,В 11 10 12 15 16 23 23 8.5 13.5 13,5 16 21,5 28 28

Напряжение нагрузки на межэлектродном промежутке, В 75 80 80 80 75 85 80 100 125 125 125 ОО 70 70

Скорость обработки, мм/ мин. 5.0 2.2 1.5 0.9 0.55 0.34 0.27 5.1 3.1 2.2 1.5 0.95 0.6 0.54

Иа, мкм. 3.2 3.0 3.0 3.0 3.0 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2

Ширина реза, мм. 0.25 0.26 0.26 0.26 0.27 0.27 0.28 0.35 0.36 0.47 0.48 0.48 0.51 0.52

Таблаца4

Обрабатываемый материал - твердый сздав ВК-20 | Обработка ведется импульсами прямоугольной форт

Частота импульсов, кГц

РаОо-низ Т.

Рабочее напрк-аение.

В

ность" Кода параметров электрического рекама шп.

1

м

ж

ЛИ

ИЧП

Йроиз водитель-ность ш3 мая

Износ Шероховатость ШШ Ыежэлектроя-ннй зазор, ИМ

торцовый боковой

Площадь об рас. поверхности,

им2

Для электродов-анструментоа аз меда (полярность прямая)

в 10-12 22-2А. 11,6 ¡3 1 5 I 7 | 2 I 5 3 5 I I 14 | 160 3,1 1 0,048*10,083 1 500 •

г— '88 10-12 22-24¡2,3 |б | 3 1 7 | 2 1 4 4 ■ 5 I X II 1 100 1.9 | 0,037 » 0.0601 500

8| 38 | 20 |х,з 88 ^Г0-Х2122-24 ¡2,3

Для электродов-инструментов из' материала МНБ^З (полярность прямая)

3 6 7 2 " 6 5 | 5 г

6 3 7 2 4 4 | 5 I

ет ■ 20

61 51

5 1,9

0,074 0,037

0,135 0,060

8

38 10-12

20 |1,3 |3 ¿2-2412,3 |б

| 2 |б I 2 I 4

5 | 5

4 I 5

,1 |0,075 Ь,1 .,9 10,038 Ш

135

061

2000 ' 500

12000 500

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы:

В результате выполненных исследовашш и разработок решена научно-техническая проблема повышешга точности обработки сложных формообразующих поверхностей, учитывающих влияние погрешностей оборудования, инструмента, статических деформаций, размеров, расположения, и форм на основе интегрированной модели. Получены стойкие к износу пористые ЭИ из композиционных материалов, изготовлешше методом порошковой металлургии и режимы электроэрозиошюй обработки, обеспечивающие точность и качество поверхностей. Проведенные исследования по проблеме точности изготовлетш формообразующих поверхностей пресс-форм, обработки технологических режимов на образцах с использованием пористых ЭИ из композиционных материалов позволяют сделать следующие выводы:

1. Предложена методика расчета точности при обработке и проектировашш поверхностей формообразующих деталей пресс-форм, учитывающих влияние погрешностей оборудования, инструмента, статических деформаций технологической системы на основе интегрированной модели. Расчетные модели основаны на представлении обрабатываемой поверхности детали пресс-формы , образованной в виде совокупности отдельных микроповерхностей, учитывающих погрешности обработки всех составляющих поверхностей.

2. Обоснован принцип параметрического описания поверхностей с использованием метода (аппарата) периодической пригонки при расчете поверхностей-контуров, позволяющего для конкретной поверхности рассчитать и построить сетку из гладких контуров и сглаживающей кривой с учетом параметров инструмента и технологической схемы обработки.

3. Установлены влияния технологических факторов на точность, производительность и шероховатость поверхностей при обработки сложнопрофильных поверхностей изделий и методы их решения в условиях автоматизировашюй подготовки производства.

4.Разработана методика, алгоритмы и программы автоматизированного проектирования сложных поверхностей: изделий из термопластов, формообразующих деталей пресс-форм, электродов-инструментов, оснастки(форм) для изготов-леши электродов-инструментов на основе интегрированной модели с внугрен-гаш представлением поверхности, оригинальным графическим редактором, обеспечивающем перенос поверхности на разных стадиях проектирования, учитывающего эквидистантные особенности, технологические факторы, включая износ.

5. Получены производительные черновые и чистовые режимы для формообразующих поверхностей заготовок пресс-форм на электроэрозиошюм вырезном станке с ЧПУ и генератором ГКИ-300-200А с зависимостью шероховатости обработанной поверхности от энергии импульсов, их вида, толщины заготовки

(закалешгых и незакаленных), диамслра электрода-проволоки, электрических режимов и вида охлаждения. Данные полученные при исследовашмх покачали снижет 1С микротвердости поверенного слоя до 800 кгс/мм2, структурные изменения глубиной до 8 мкм. на стали45. Точность размеров и формы обрабатываемых поверхностей зависит от стабильности диаметра электрода-проволоки, величины межэлектродпого промежутка, точности и жесткости элементов станка, погрешности выверки и иозицинирвоапня электрода-проволоки.

6. Получены черновые и чистовые режимы для стали 45 и твердого сплава 1Ж-20 при обработке формообразующих сложных поверхностей заготовок пресс-форм на энектроэрозиошюм копированию- прошивочном станке с 41 ГУ и генератором 1ПГИ-63-440м на оборотной полярности. Черновую обработку сложных поверхностей заготовок с переменным сечением необходимо начинать при частоте импульсов 1-3 кГц, и в зависимости от площади сечения заготовки (например 50-100мм2) выбирают рабочий ток (5-10А) и при углублении реза в заготовку рабочий ток увеличивают — при скорости вертикального перемещения пористого электрода-шгетрумепта из МБХ 0,2 — 0,5мм/мм2 с импульсами гребенчатой формы, на частоте 22кГц, (ьшкроиеров-ности 11а = 70мхм. удаляют снижением тока до 20А при частоте 8кГц,)зака1гчивают обработку на частотах 44 или 8В кГц в зависимости от требований шероховатости.

7. Установлены режимы и применен метод порошковой металлургии для изготовления пористых электродов-инструментов из композиционных материалов со сложной поверхностью с использовшшем холодного и горячего двухстороннего прессования для образования плотности, а также режимов кратного спекания прессовок с двуш допрессовками, и отжигом в потоке водорода, эти электроды-инструменты обладают большей противоизносной способностью, стойкостью и на одних и тех же режимах обеспечивает лучшую шероховатость поверхности по сравнению с медными благодаря лучшему выносу продуктов съема и электрических характеристик.

8. Для моделирования изделий сложной формы и переноса ее на различных этапах проектирования в друтие поверхности в т.ч. зеркальные предложена иерархическая модель данных суперклассов, классов, подклассов, операции обработки и способы хранения данных, позволяющая создать параметризованные модели для однородного проектирова1шя при предметной ориентации на базе унифицированного грушевого решения.

9. Сформулированы признаки графического моделироваши поверхностей, обеспечивающих сходство ФЭ и ЭИ с формой поверхности изделия, что позволило объединить конструкторско-технологические решения, а также разработать графический редактор признаков на основе объектно-ориентированного подхода с иерархической структурой с многооперационными свойствами объекта.

10. Полученные методики и результаты частично использованы в А.О. " Макс прим", входящий в А.О. 'Кировский завод" и в учебном процессе на кафедре "Технологии приборостроения" ИТМО(ТУ) по расчету эквидистаиты.

Печатные работы по теме диссертации:

1. Миляев О.Н., Jlit Цзянь, Промышленное применение электродов-инструмеотов из композиционных материалов для электроэрозионных станков// Перспективные технологические процессы обработан материалов, под ред. Баш-карева А.Я.. -СПб,: СПбГТУ,1995.-25с.

2. Ли Цзянь, Каратаев А.С.Создание шггеллектуальной САПР К/САПР ТГ1 пресс-форм лтъя под давлением на основе интегрированных признаков. Деп. в ВИНИТИ. N 2773-В96, -1996.-13 с.

3. Миляев О.Н., Ли Цзянь, Автоматизация технологической подготовки изделий из пластмасс./ Методы нанесения обозначений на пластмассовых изделиях, С AI IP пластмассовых изделий. -CII6,: ЛО НТО "Машпром", 1996.-6с.

4. Миляев O.IL, Ли Цзянь, Прогрессивные методы формообразования изделий из термопластов с использованием САПР AutoCAD/ Научно-практический семинар " Технология изготовления пластмассовых изделий и методы нанесения обозначений с применением САПР" -СПб, -1996, -с.27-34.

5.Ли Цзянь, Каратаев A.C., Куликов Д.Д. Миляев О.Н.\ Анализ и методика трансляции признаков в интегрированной системе автоматизированного производства. Деп. в ВИНИТИ. N 244-В97, -1997,-12с.

6.Ли Цзянь, Каратаев A.C., Куликов Д.Д., Миляев О.Н.\ Методы создания графического редактора признаков для интегрированной системы автоматизирова-ного производства пресс-форм. Деп. в ВИНИТИ. N245-B97,-1997.-16 с.

7. Миляев О.Н., Ли Цзянь. Руководство по расчету эквидистанты на электроэрозионном вырезном станке. Методические указания. С-Петербург: ГИТМО /техн. унив./1997.-16с.

Подписано к печатиг.

Объем I пл.

Заказ Л/

Тираж 100 экз. Бесплатно

Ротапринт. СГ16ГИТМО. 190000, Санкт-Петербург, пер. Гривцова,14.