автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Принятие конструкторско-технологических решений при проектировании процессов холодной и полугорячей объемной штамповки

Б ^¡ШиСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО НАУКЕ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКЕ

'' ' МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "СТАНКИН"

На правах рукописи

Сосепушкин Евгений Николаевич

УДК 621.736:658.627:681.8.0в

ПРИНЯТИЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ХОЛОДНОЙ И ПОЛУГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.03.05 — ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ

ДАВЛЕНИЕМ

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ КА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

МОСКВА 1901

Работа выполнена на кафедре "Автоматизированные системы и модули обработки металлов давлением" Московского Государственного Технологического Университета "СТАНКИН". ,

Научный консультант:

Официальные оппоненты;

Заслуженный деятель науки и техники РФ, Лауреат Государственной премии / доктор технических наук,

профессор E.H. Ланской.

- доктЬр технических наук, профессор Овчинников А.Г.

- доктор технических наук, профессор Непершин Р.И.

- доктор технических наук,

профессор Тюрин В.А.

Ведущее предприятие: ч

НИИТРАКТОРОСЕЛЬХОЗМАШ

Защита состоится заседании специализирс

tMprlr 1995 г в "rf*

часов на

ванного совета Д 063.42.01 в МГТУ "СТАНКИН"

по адресу: 101472, г. МоЬква, Вадковский пер., д. 3-а.

С диссертацией можно[ ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТАНКИН"

Автореферат разослан

ан

; 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор технических наук, профессор

Бубнов В.А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

Актуальность пробяемн. Одной из ютчевих проблем яктмся-фикации машшостроятельного производства является создание эффективных ресурсосберегахящх технологических процессов, в том числе я объемной штамповки.

Совериенствоваяие ресурсосберегающих технилогнчоокях процессов получети точных заготовок я деталей, являющееся многоплановой проблемой, требует системное проработай вахиейяях этапов технологической подготовки производства, ' / , Высокие требования к технологическим ревеняям,. прятав- ' ш на стадии проектирования процессов пластического Деформирования, диктует необходимость эффективных методов принятия решений. В связи о этим ревеяие проблемы создания методики конструкторско-технологического проектирования процессов объемной штамповки на основе применения принципов искусственного интеллекта является актуальной задачей я имеет пятое народнохозяйственное значение.

Тематика диссертационной работы выполнялась в рамках нес' кальках научных направлений, разрабатываемых % МГТУ "СТАНКИН" в различные годы по плану ГКНТ СМ ООСР я Госплана СОСР ШВ от , 30.10.86 (проблем 0.72.06); Кооряюткяпкядг пяаяу КВ * ООО СССР "Холодная объемная штамповка металлов"; програ*э»9 "МЕТШ" задание 14.04.05 (этапы 14.04.05.13 я 14.04.08.18)', Государственной научно-технической программе Технология, машем я про** изводства будущего".

Цель работы. Создание научно-обоснованной методика ковст-' рукторско-технологического проектирования процессов схУша&Я щГамповки на основе применения принципов искусственного тш-лекта.

Методы, исследований. Обобаавдим методом кокструктсрсжо-технологического проектирования является системный гшагаэ, базирующийся на представлении технологии объемной яшвмвзся, как сложной технической системы. Наряду о этим ясполггсвшвдяь методы синтеза; аналитический аппарат в методы искусстмтжго интеллекта; методы оптимизации, в том числе и шюгокрЕторияь-ной; теории множеств; математической логики; физика твердого тела. В качестве метода численных зксперингнтоа применялся метод конечных элементов; анализ экспериментальных данимя осужез-

твлялся о помоаью методов математической статистики.

Разработанные теоретические положения подтверждены экспериментом и успешный использованием в производстве эффективны! технологических процессов.

Научная новизна выполненной работы заключается: ' - в концепции и обобщенной модели системного проектирования, устанавливающих содержание и основные этапы моделирования, уточнения и синтеза технологии объемной штамповки;

- в разработанной на принципах искусственного интеллекта системе поэтапных классификации и группирования осесимметричнш деталей в соответствии с критериями геометрической близости и интегральным критерием минимальных металлоемкости комплексны* поковок и затрат на штамповый инструмент;

- в обосновании принципов и создании методики определения применимости операций холодной и полугорячей объемной штамповки, основанных на построении эвристических правил;

- в методе проектирования рациональных технологически! процессов холодной и полугорячей объемной штамповки с использованием таблиц возможных решений и составленных на их основе алгоритмов;

- в методике и алгоритме унификации и группирования прутковых заготовок при изготовлении заданной номенклатуры комплексных поковок;

- в разработанных алгоритмах оценки стойкости деформирую-мго инструмента с учетом теплового фактора и моделированиг принятия решения при выборе штаиповых материалов.

Практическая значимость и реализация результатов работ! состоит в разработанных классификаторах объектов предметной области, которые являются информационной базой для системногс проектирования технологических процессов; в создании программных комплексов, позволяющих в условиях конкретного производств! синтезировать .оптимальные технологические процессы объемно! втмтовки для получения точных поковок, сократить цикл технологической подготовки и затраты на изготовление поковок; в разработке конструкций быстропереналаживаемых штампов к специализированному кузнечно-штамповочному оборудованию для холодного вы-дал»ванкя серии КСЮ.

Применение результатов работы на машиностроительных пред-сряятвл*-. Дюдиновском ПО "Агрегатный завод", Кузнецком маиино-

строительном заводе, Самаркандском опытном заводе по разработке к производству твердосплавного бурового инструмента, Ступинской металлургическом комбинате, Воронежском АО ТМП позволяло получить суммарный годовой экономический эффект 1,619 млн, руб (в ценах до 1992 года).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 20 Международных, Всесоюзных, Республиканских и региональных научно-технических конференциях, симпозиумах, семинарах по приоритетным направлениям развития кузнечно-штамповочного производства, проблемам конструкторско-технологической информатики и оптимизации в машиностроении в г.г. Москве, Санкт-Петербурге,' Харькове, Ростове-на-Дону, Воронеже, Челябинске, Свердловске, Рубцовске, Ижевске, Варне, Пекине, и др.

Разработанные система автоматизированного проектирования и ресурсосберегающие технологические процессы объемной пггамповки экспонировались на ВДНХ, где отмечены бронзовой - удостоверение N48583 от 19 ноября 1984 г. - и серебряной - удостоверение N11575 от 19 августа 1987 г. - медалями.

Публикации. Основные теоретические и методические положения диссертации опубликованы в 42 работах, в том числе 2 брошюрах и 40 статьях в научно-технических журналах и сборниках научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, обаих выводов и списка литературы, включающего 314 наименований. Диссертация содержит 279 страниц машинописного текста, 147 рисунков, 52 таблицы и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность рассматриваемой проблемы, сформулирована цель работы и решаемая научная проблема, приведены основные научные результаты.

Глава 1. КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ холодной И ПОЯУГОРЯЧШ тшт ШТАМПОВКИ

В главе дана сравнительная характеристика процессов объем- -ной штамповки и определены области применения технология холод-, ной и полугорячей объемной птамловки.

К числу фундаментальных исследований, способствующих повы-овнив конкурентоспособности процессов объемной штамповки, относятся работы отечественных ученых Ю.Л. Алюшина, O.A. Ганаго, С.И. Губкина, Г.Я. Гуна, A.M. Дмитриева, В.А. Евстратова, Н.Э. Ерыанка, А. 3. Журавлева, В. Л. Колмогорова, Б.И. Макушка. Г. А. Навроцкого, А. Г. Овчинникова, Я.М. Охрименко, Е.И. Семенова, ХГ.Огеоанского, М.В.Сторожева, В.А.Тюрнна, Е.П. Унксова и др., а также зарубежных авторов ft. НШ, W. Johnson, Н. Kudo, S. Ко-bayashi, V. Prager, К. Lange я др.

Основные направления совершенствования прогрессивное технологии холодное и полугорячей объемной штамповки связаны с обеспечением различных отраслей машиностроения точными поковками, отличавшимися сложной геометрической формой, что приводит к необходимости создания специализированных комплексов для много-розииионной объемной штамповки. Поскольку отечественной промышленностью подобные комплексы не выпускаются требуется обоснование необходимости применения таких комплексов, а также технических характеристик оборудования, входящего в его состав.

Другим направлением развития является внедрение технологических процессов холодной и полугорячей объемной штамповки в мелкосерийное и серийное производство. В этом случае противоречие между малой партксяностью изготавливаемых деталей и высокой производительностью используемого куэнечно-итаыповочного оборудования устраняется ливь при организаций' производства на базе группового метода с использованием принципов гибкого производств«.

Традиционные методы проектирования технологических процес-002, которые попрежнему доминируют в технологической подготовке объемной штамповки, перестает удовлетворять разработчиков, поскольку не могут учесть многих альтернативных вариантов и осуществить качественно и быстро выбор рационального технологического процесса по многим критериям.

Сокращение трудоемкости и сроков премирования сложных технических систем, каковыми являются технологические процессы холодной и полугорячей объемной штамповкн, связано, прежде всего, о применением методов автоматизированного проектирования на Воех атапах технологической подготовки производства.

Концепциям проектирования технологических процессов, в том часа® ■ автоматизированного, посвящены труды отечественных и

зарубежных ученья Л. Б. Аксенова, А.Э. Артеса, Ю.А. Бочаром, Р.А. Вайсбурда, Л.Л. Григорьева, В.В. Евстифеева, В.А. Евстра-това, С.П. Митрофанова, И.П. Норенкова, Ю.М. Соломенцвва, Г.П, Тетерина, G. Boha, К. Lange, W, Knight, Th. Herían, G. Spur, F.-L. Krause.

Проектирование вариантов технологических процессов холодя полугорячей объемной вгамповки наиболее эффективно в сочетании с модельными экспериментами этих процессов на ЭВМ. Методологией такого проектирования является системный анализ, позволяющий соединить системный подход с многоцелевой оптимизацией. Проектирование на основе системного анализа требует' применения эффективных методов принятия решений. Идеологией построения подобных систем проектирования, обеспечивавши принятие ответственных решений на этапах конструкторско-технологи-ческой подготовки процессов объемной штамповки, является принципы искусственного интеллекта.

Построению прикладных систем, основанных на принципах искусственного интеллекта, посвящены работы М.А.Айзермана, Э.М.Бравермана, Н.Г.Загоруйко, В.И.Вапника, А. А.Дорефавка, В.А.Ковалевского, Э.В.Попова, T.W.Anderson, F.Hayes-Roth, N.Nilsson, R.Gonzales, D. Waterman, J.Tou и др.

Эффективность применения принципов искусственного интеллекта в технологической подготовке производства подтверждается их использованием при решении технологических задач ковки и горячей объемной штамповки учеными Ч.А.Алиевым, Р.А.Вайсбурдом, Т.Н.Пенчевым, Г.П.Тетериным, В.Г.Шябаковым и яр.

Одним из этапов системного проектирования технологических процессов является рационализация конструкций вггампового инструмента. Это возможно на основе моделирования физических явлений, протекают* в инструменте и описываемых соответствуйте математическими моделями. Гекпературно-сняовые условия работ« оказывают наибольшее влияние на стойкость инструмента, поэтому, опираясь на результаты ее анализа и оценки по нпогны критериям, возможно управлять режимами работы инструмента, тем самым увеличить стойкость рабочих деталей. Значительный вклад в решение этой проблемы внесли ученые Е.И.Вельский, О.А.Ганаго, Л.И.Демидов, С. А.Довнар, В.А.Евстратов, Р.И.Непервян, В.П.Свйердеихо, Л.Г.Степанский, Н.А.Тылкин, Б. Ф. Трахтенберг н др.

Критический анализ и обобщение литературных данккх псижс-

лили определить ряд проблем, возникающих при проектировании технологических процессов холодной и полугорячей объемной итамповки :

- отсутствие методики синтеза альтернативных вариантов технологических процессов;

- увеличение сложности деталей, трудоемкости и длительности проектирования технологических процессов в штамповой оснастки;

- трудности, возникающие при внедрении холодной и .полугорячей объемной штамповки в мелкосерийное производство;

- несовершенство методик принятия решения относительно предпочтительного варианта технологии холодной и полугорячеЯ объемной штамповки

Для решения имеющихся научных проблем проектирования и достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. На основе обобщения знаний предметной области создать информационную базу для разработки эффективных технологических процессов холодной к полугорячей Сбсбмной штамповки точных поковок. !

2. Разработать методику синтеза обобщенных технологически х процессов холодной и полугорячей объемной штамповки, обеспечивающих изготовление точных поковок различных классов.

3. Разработать методику унификации заготовок с целью сокращения сортамента применяемого проката при штамповке заданной номенклатуры комплексных поковок.

4. Разработать методику оптимизации конструкций инструмента на основе анализа температурно-силовых условий его работы по критериям стойкости и точности изготавливаемых поковок.

Глава 2. РАЗРАБОТКА ЮОДИКИ И АЛГОРИТМОВ СИСТЕМ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ЗНАНИИ О ДЕТАЛЯХ

Иоходнша данными для построения классификации и создания однородных групп являются чертежи деталей, которые в наиболее . обаам виде представляют модели деталей, состоящих из графичес-кхх, алфавитных и цифровых символов. Информативным комплексом щшнахов обладает геометрическая форма, которая характеризует ' Летала независимо от нх функционального' назначения. Совокуп-

ность используемых М признаков определяет признаковое я-иернов евклидово гиперпространство. Образ детали характеризуется набором признаков X» <хи> Х1?,... ,х(Н>. Очередной признак может принимать разные значения, поэтому определим 0ш • <<!.,, а .... о > как множество возможных значений п-го признака.

- Разработанной методикой предусмотрена несколько уровней иерархии при решении классификационных задач. В рамках работы рассматривается обширное .множество осесимметричных деталей. В связи с этим одним из первых уровней иерархической модели классификации является выделение из всего многообразия деталей данного множества. /

На основе знаний эксперта для каждого образа /деталей идентифицируется наличие соответствующей геометрической формы Т и тем самым классифицируется множество X ",У0Г, так, что образ Х,е X относится к классу Г(, если деталь имеет топологию Т,. К классу Га относятся такие образы Х(, которые не обладают ни одной из рассматриваемых геометрических форм.

Результатом классификации должно быть разбиение признакового пространства.X на 1+1 класс, каждый из которых характеризует подмножество деталей с определенной геометрией (плоских, пространственных, асимметричных, осесимметричных я др.).

Упорядочение значений признака 0я по их характерности для геометрической формы Т, позволяет ввести на множестве 0ш транзитивное я аятирефлексивное бинарное отношение (линейный порядок) гт. определенное как: (<!.,.б гв, если значение ч более характерно для топологии Т|Г чем значение .

На основе- сформированных отношений построены бинарные отношения доминирования по характерности для каждой из часто встречавшихся геометрических форм. Отношения доминирования определяются:

Я - б X * X | у» " 17М (х„.х,.) е гв и

3 п0 1 5 то£ в такое, что (х<в ,х,в ) 6 г, )( 1 )

о о

1 - 171.

Если по некоторому образу эксперт определяет наличие у детали определенной геометрической формы, то и образу, описываемому набором значений признаков, не менее характерных для • этой топологии, также прксуад рассматриваемая геометрическая форма. Продукционная запись зтого утверждения следующая:

•ели *, е Г, и (х1«х,) 6 т0 Х1 6 ( 2 '

Отсюда следует, что если образ детали не имеет рассматриваемой геометрическое формы, то этой формой ие обладают и менее характерные образы. В системе продукций это утверждение записываете*:

если хг € Г, и <1^*,) е то *(«Г,. < 3 )

Следует отметить, что продукционная система ( 2 ),( 3 ) дает возможность вынесения заключений по ряду образов без их непосредственной идентификации экспертом, а это позволяет организовать рациональную процедуру экспертного опроса, целью которого является классификация всех рассматриваемых образов при уменьшении числа вопросов к эксперту.

Обозначим через К » <0,1,. ..О множество номеров формируемых классов (. Поставим в соответствие каждому образу X, е X два множества: С* - множество номеров классов, которым принадлежит образ Х( (класс принадлежности) и (Г] - множество номеров классов, к которым образ X, не может принадлежать Iневозможные класса >. Образ будет считаться классифицированным, если С* л С" - 0 И С+( и С" - К. ( 4 )

X, с X - подмножество всех классифицированных образов. Дс начала экспертного опроса у X € X полагаем С* = С{ « X »0. Процедура экспертного опроса заканчивается, когда X, * X.

Противоречивость построенной классификации' после идентификации экспертом очередного образа X, может быть следствием ошибки как при классификаций образа Х(, так и ошибок при классификации некоторых образов из ¡£:0жества X , которые были непосредственно классифицированы экспертом' Н для которых ** п3!* « образом X1 нарушается условие ( 2 ). Множестве Ешмбочь1° классифицированных образов обозначим Х>гг. С целью исправления ошибок образы Х( € Х<гг повторно предъявляются эксперту. Отказ эксперта изменить все ранее данные им ответы свидетельствуют дкоь об ошибочности используемой модели (построенных отношений г^). Если при предъявлении образов Х( и Х] е Х<гг эксперт мекает классификацию образа X , то образ обрабатывается в соответствии с алгоритмом, описанным выше. Если же эксперт признает, что ошибка допукека при классификации образов из множества Х<гг, то требуется внести соответствующие изменения в класси-фахацыв этих образов.

Алгоритм внесения исправления в классификацию имеет сле-

дувший вид:

1. Формируется множество

хмг- <х,«х' | сх^х,) «к;,, xJ«г,) ■

уХ4 € Х<гг полагается С* - <1>.

2. уХ €ГХ>гг 1 а « 1,1,) формируется множество Х£г - (X «У | СХ .X I и X '€ Г >.

3. уХ €ХМ полагает С* - 0 и X « Х"\Х .

4| «гг ч - <

4. уХ^ б Х^г формирует (Г ■ 0.

5. Для всех образов множества X проводится экспертная классификация. / .

6.Конец алгоритма. / В набор признаков, опнсываюиях детали, были вклвчены: V0 - гид контура образуспей боковой поверхности;

V* - вид главного контура в плане. Данные качественные признаки могут быть описаны, а соответственно принимать два возмойшх значения:

1 - главные контуры - прямолинейны; •

2 - главные контуры - криволинейны.

Таким образом, данные признаки могут принимать значения:

« <1 1 2); V» - <1| 2). (5)

Более детально контуры описывались набором координат узловых точек:У - 2,Х; V* - Х.Т.

. Следующей группой признаков являются размерные характеристики деталей, в которые входят абсолютные значения (габа--

X

ритные размеры Х>>ж, Т^.2^1 и относительные значения у4*4",-/-. X Т У г г

«1« ■« * . я*к , ш*К - »**

2 'X '2 'X ' -

■ ** аах ■«* ! • «« »«ж ...

Как показали проведенные численные эксперименты, о по-моадо этого набора признаков детали могут быть разделены на асимметричные, осесимметричные и комбинированные. Это первый уровень иерархической классификационной модели.

Дополнительно с помояы» относительных признаков осесимметричные детали успевно разделяется на плоскостные и пространственные. Тем самым определяется второе уровень иерархической классификации. Следуюмм уровнем иерархии является разделение множества интересующих нао пространственных деталей на объемные, оболочковые и изогнутые.

'К ■

Рассмотренные 3 уровня иерархической классификации деталей, позволяют с помощью процедуры экспертной классификации выделить множество осесимметричных объемных деталей. Четвертым уровнем классификации является распределение осесимметричных деталей по классам с целью их изготовления методами холодной и полугорячей объемной штамповки. Задачу классификации осесимметричных деталей удалось четко структуировать, что позволило перейти от эвристической классификации путем экспертного опроса к теоретическим методам, основанным на применении математического аппарата теории распознавания образов.

Сложившимся принципом классификации деталей является их разделение по общности технологических процессов холодной и полугорячей объемной игтамловки. В силу известных ограничений на геометрическую форму поковок, получаемых холодной и полугорячей объемной штамповкой, рассматривалось распределение деталей по 5-ти наиболее распространенным классам: стержневые детали с односторонним утолщением; стержневые детали с утолщением в средней части; детали типа "стаканов"; полые детали с перемычкой в средней части отверстия; втулки.

Анализ топологий осесимметричных деталей позволил определить часто встречающиеся признаки, которые в большей степени влияют на классификацию. Обоснованный и используемый априорный набор признаков, характеризующий осесимметричные детали, включает в себя 30 конструктивно-технологических признаков. Поскольку признаки имеют разную информативность в большинстве случаев необходимо решать задачу сокращения размерности признакового пространства. Для решения этой задачи разработана методика и реализующий ее программный комплекс, основанные на оценке информативности признаков с помощью многомерного критерия, в качестве которого использована концепция дивергенции. Применение данного математического аппарата позволило исследовать совместные характеристики нескольких признаков и обеспечить минимальную потерю информации при удалении из набора несущественных признаков. Признакам, которым соответствуют боль-кае значения дивергенции, являются более важными, так как несут больше различающей информации, в отличие от признаков, вклад которых в общую дивергенцию невелик.

Установлено, что для достоверного разделения деталей на заданные классы в раоочий набор достаточно•включить 3 приэна-

ка, представляющих собой относительные размеры деталей. Кроме того, использование концепции дивергенции позволило формализовать и решить задачу классификации осесимметричных деталей.

Реализация процесса классификации деталей с применением указанного метода распознавания образов предполагает разделение признакового пространства на области, соответствую«« выбранным классам деталей, с помощью поверхностей, называемых разделяющими. Аналитически описанием разделяющих поверхностей являются дискриминантные функции. В качестве дискриминант-ной функции для построения разделяющей поверхности мбжду,клас-( сами образов J.Tou и R.Gonzales рекомендуют использовать логарифм отношения правдоподобия: / u(J » 1п[р,Ш/р^Х>], ( 6 >

где р,(Х), Pj(X)- функции плотности распределения образов деталей в классах р, и Pj.

При расположении образа детали!! по одну сторону разделяющей поверхности и S 0, он относится к классу pJt а при расположении образа X по другую сторону поверхности u(Jjj > О деталь относится к классу с принятой априорной вероятностью погрешности.

Проверка правильности определения принадлежности деталей к заданным классам осуществлялась на примере 140 осесимметричных деталей, вошедших в выборку, и показала соответствие с решениями, принимаемыми технологом.

Разбиение множества осесимметричных деталей на конкретные классы осуществляется с помощью алгоритма, приведенного на рис. 1, что обеспечивает возможность дальнейшей обработки знаний о деталях, .а именно группирование деталей каждого класса и проектирование комплексных поковок для полученных групп.

Распределение осесимметричных деталей по однородным группам в каждом из заданных классов осуществляется на основе такого принципа искусственного интеллекта, как "распознавание образов без учителя", базирующегося на методе потенциальных функций, разработанного Э.М.Браверманом, Если в признаковом пространстве находятся обособленные группы образов, характеризующиеся некоторыми потенциалами, то точка X пространственно ближе к той группе, чей потенциал в этой точке больше по абсолютной величине.

. Как отмечает А.А.Дорофеюк, наибольшей распознавательной

Пиипии" ОМ две-

с

Наши

э

Гг —7

/ кпп/рпп / / дддап /

г3-

Вшаслепе

шркоршч

Вшаслекае ■emopot : й(;т)

(йц-mft (m¡-6p*

r5-1_-

Вичвслвкм алтавио« натрвд

[Cil ; [Cj] ;

Вычвдшим определиеле!;

iCjli jciK

Обрицяию кдтрт

1С,]'.1 (с,)"1

Вцтаслнлк срсдш! рилгшоцвк жв+орищм

г»

Втаслоой дпергешп J ¡ ■ ш сокмртяоотг прияиов

г-12-

•ормфомме

W441H

■нфорштпннх

ПрИЗЕйКОИ

-13-

X

. рмделимце* ' гршхцы ыехдг

ГН— -

Кмсофимцш

обрама

деплеЛ

-15-

Определвме мрогтвостя ошибся

виссифнкмрш

Величина

Переход к сл«-дроце! сою-

tJTSBOCTI DJUDBâïOÎ

'Не-1 Мгорта ощидамп пффмшяаеп яржшшм « ыиссш^юад* детме!

мощностью обладает симметричные потенциальные функции, одна ив которых использована в работе-.

Шк.Х) - 1/(1+о(|ХгХ|') . ( 7 )

где а - положительная константа, отражаете« скорость убывания потенциальной функции;

р - показатель крутизны функция в районе точки перегиба, для практического применения А.А. Дорофеюком рекомендовано р-2;

|Х,-Х| - норма вектора (Хк-Х); /

Хк - координаты точки, в которой функция приникает максимальное значение. /

Разработанной методикой группирования осеснмметрячных деталей и реалязустшм ее интеллектуальным алгоритмом, предусмотрено объединение образов деталей каждого класса в изолированные группы без информации о том, какой группе каждый образ принадлежит. Специфические особенности каждого класса и проведенный численный эксперимент позволяли установить размерность признаковых пространств для группирования образов деталей каждого сформированного класса. Варьированием различными признаками при группировании установлены оптимальные наборы признаков, описывающих осесямметричные детали. Для рассмотренных 9 классов обязательным является использование в качестве признаков габаритных размеров О, Ь (мм) и объема детали V (мм*). Дополнительно для класса 1 информативным является 1у длина утоляет» детали, мм; для класса 2: «I, Ь - диаметр я длина стержневой частя детали, мм; для классов 3, 4, 3: 40та~ диаметр отверстия детали, мм..

На очередном этапе группирования в определенную группу добавляется деталь с наиболее близкими геометрическими характеристиками. Меры близости между образами деталей, принадлежащим группам ы, я ы , я компактность формируемых групп определяется матрицей мер близости, элементы которой вычисляется:

К(И ы > . 1 ■ I I Ш..Х), ( 8 >

где , п - количество деталей в группах а , и ;

х -I ... ■

К(Х>,Х<) - потенциальная функция.

Римеряооть матрицы *(»,.«,) ИЛ определяется «отчеством форшруемых групп N. >

Кроме формального объединения деталей в однородном группы м миом ггале проектируется комплексная паковка, включающая м* конструктивны* элемента деталея данной группы. При алгоритмизация проектирования комплексной поковкя в силу симметрия кодированию подвергается половина осевого сеченая дета ля, которое наибояее полно характеризует геометрическую форму и представляется точкам* изЛома контура. Конфигурация проектируемой поковки формируется путем совмещения осевых сечений деталей, входящих в одну группу. Результирующим является контур при относительном положения сечений, соответствующем минимальному объему комплексной поковки. Окончательный контур поковкв формируется путем назначения напусков и припусков на соответствуйте поверхности полуфабриката с помощью формализованных правил конструирования, разработанных Г. П.Тетериньш. Рациональный вариант группирования определяется количественным критерием *>(N), в качестве которого использована интегральная оценка, включающая комплекс затрат на штамповус оснастку HIN) я металл в(Н): '

/ пм

. ЁЛ b.tCq,,)

Н(Ю - -— . в(И) - —=- . < 9 )

■ 'V » V

Е E qM E E qu

где S( - затраты на металл, удаляемый в процессе изготовле-вяя Деталей 1-й группы;

п - количество деталей в i-ой группе; i

q - оерийность J-ой детали в i-ой группе;

U, - затраты на комплект сменных деталей стампа при изготовлении единицы продушин i-ой группы.

Мшимнзнруя данный хрятерий *>(N) - Н(К) ♦ в(К) —*■ ш1п, цосио рационально ограничить количество групп деталей рассматриваемого класса.

Црушиеня* разработанной методологи» я алгоритмов обработки «ваяя* о деталях позволило, выделять множество освоим« ' метрвчмш деталей я получать на нем следующие результаты:

Таблица 1

Результаты классификация и группирования деталей, попавяих в выборку

N класса Наименование деталей, вомедаих в класс Количество деталей в класс* Количество групп

1 Стержневые ¿ односторонним утолщением 41 icr

г Стержневые с утолщением в средней части 30 Í5

3 Полые детали типа "стаканов" 24 / 10

4 Полые детали с перешчкой в средней частя отверстия 20 10

5 Втуякя 25 10

Итого 140 95

После определекжя численности комплексных поковок ж их геометрической форш решается задача генерирования альтернативных вариантов технологически процессов, с порода которых данные поковкя могут быть изготовлены.

Гяава 3. ЮГОЛМОГЮ РАЗРАБОТКИ И ПЧНТЛМ АЛЬТЕРНАТОМ*!!

тодолопюскн PIяят при доломим тип холодной и полугомчея опоим вгиатм

Поковкя стержневых деталей изготавливается преямуяествея-но холодно» ■ полугорячей вмсадкойв сочетания о другими вяда-мя пластического дефорияронявл: редувяроваяяя, прямого я радиального выдавливания. Пря яаяячяя полостей в аяемейтах поковок технологический процесс пополняется операциями обратного выдавливания я прямого выдавливания с раздачей.

Поковкя полых деталей получает о поыояьв такях операций холодной я полугорячей объемной «таилож», как прямо», обрет-яое я комбинированное выдавливание. Технологические возможяос-тя перечисленных операций существенно расширяется »я счет применения прямого выжавяяваняя с раздачей, вытяжки с утонением,. * раздачи, обжима.

Перечисленные операции, успеяио используемые в npouaMnt-

хоста, дополняются схемами поперечного выдавливания, отличающимся заметным увеличением сложности формы получаемых поковок. Многообразие альтернативных вариантов технологии настолько велико, что обеспечение принципа максимальной полноты набора анализируемых технологических процессов не представляется возможным без применения специализированных методов направленного синтеза.

Применимость операций холодной и полугорячей объемной вгамповкя может быть установлена на основе экспертной классификации штампуемых деталей. Целью такой классификации является принятие решения о пригодности рассматриваемых деталей для изготовления с помощью анализируемых операций холодной и полугорячей объемной пггамповки, то есть выявление параметров ( признаков ) деталей, ие подпадающих под принятую систему ограничений.

Выбор рационального варианта технологического процесса из ряда нескольких альтернатив относится к классу сложных задач принятия решения, характеризующихся несколькими целевыми функциями, множеством вариантов поставленных целей и рядом ограничений. Г

Известно большое количество методов принятия решений, основанных на использовании классических критериев. Эффективны критерии и методы, используемые при решении задач искусственного интеллекта. 0 основе одного из таких методов лежит диск-рхминантный анализ.

Иетод предполагает использование некоторой функции б(Х), являющейся уравнением дискриминантной < разделяющей ) поверхности в признаковом пространстве <Ш) » 0. Рассматривая образ детали X, описанный конструктивно-технологическими признаками, можно утверждать, что данный образ принадлежит некоторому классу Г(, если значение б(Х) £ 0, и классу Г , если с!(Х) < 0. В данном случае Г определяет возможность изготовления деталей о заданными параметрами с помощью рассматриваемой операции; Г] - класс, объединяющий параметры деталей, значения которых выходят за рамки принятых ограничений по данной операции объемной штамповки.

Таким образом, если известен вид дискриминантной функции, I процесс принятая решения о принадлежности образа детали к то-

му ил» иному классу представляется несложным.

Для построения разделяю*»* поверхностей, определяют предельные возможности операция, предлагается использовать ди-скриминаятные фунхции, полученные путем аналитического преобразования выражений для определения удельных усилий. Рассмотрим ряд функций, определяющие возможности некоторых операций. При изготовлении стержневых деталей:

- для операции прямого выдавливания

б, (X) - - Г- Г „ а й, - 4 1 - \ | , ( Ю Л

1 а [к I (2 1п п)^0'" ) п ] • у

- для операции высадки /

п и /

н(Х) - — - а. , ( 11 )

^ • а к 3 1

где а к а, - коэффициенты,: учитывающие упрочнение металла:

5 1р] ^

а «

сга ( 1 > 0,08 )

сгт ( •/•, *»

• », --«-Е—-:- ; * - -—- ;

( ,1 - #, ) [р] - аь ( «р/*в 1 " *»

9а - относительное сужение образца после разрыва при испытании металла поковки на растяжение;

- относительное равномерное сужение образца при испытании металла поховки на растяжение;

с, - предел прочности металла поковки, МПа; ц - постоянная трения;

к, а, п - конструктивно-технологические признаки поховки. Для операции редуцирования дискрямииантиая функция, получена в следующем виде:

где

ц + 0,8 р 1,

а о-г.

------9 О.

( 1 - ^ Ъдас) 1до( 2

1 - I \

с! г диаметр участка поковки после редуцирования, ми;

длина утолщения поковки, мм; а - угол матричной воронки, град.

Если стержневая часть поковки имеет несхолько ступеней, то применимость операции редуцирования может быть оценена с помощью того же набора конструктивно-технологических признаков к, в, в. В »том случав процесс описания поковки предлагается осуществить итеративно в зависимости от того, какую ступень получают о помощью рассматриваемой операции. Параметрами "утолщения" условно будут являться параметры ступени, полученной на предыдущем переходе. Параметрами "стержня" - размеры ступени, Получаемой на рассматриваемом переходе редуцирования.

Для операции попе|речно-прямого выдавливания дискриминант-ная Функция имеет вид:;

1 ¡Г г , (0,333 )

(1 (X) - -а, - 1,08(1 + 1п п|-0,575 — + 2к| +

1 1,333 ш к \1 ,1 3 1 > I к J

+ ^ Р ^ " ' 0 " 1,33к "1,5?] " °-785] • ( 13 ' •Г-гГ-

где

При изготовлении полых деталей обратным выдавливанием используется дисхриминантная функция вида:

■ 3 к1 Г Г п 1 Г п 1а

* (о,35па ♦ 0,1п - 0.25)] , ( И )

гд» к,, и1 - конструктивно-технологические признаки поковки,

н

К * -1 d

Для операции комбинированного выдавливания

Г kB В a.k , 1 Г m к [В rr П)] '

+ В а.

( 15 )

/

где

В =

D2 - dj + d2

2 Г 0 h3 n2 1

= 1 Vln-г •

V *2D2V

D

rij ; n » - конструктивно-техно-

логические признаки поковки.

С помощью выбранных диекриминантных функций проводится построение разделяющих поверхностей, образующих в признаковом пространстве геометрическое место точек, характеризующих возможность получения поковок с указанными параметрами при использовании конкретной технологической операции.

Вычисление- координат точек и построение в признаковом пространстве разделяющих поверхностей проводится с помощью программного блока SURF.

Признаковые пространства будучи ограниченными координатными плоскостями и разделяющими поверхностями, как показано на рис. 2, образуют подмножества поковок, которые могут быть изготовлены с помощь» данных операций объемной штамповки. При предъявлении очередного образа поковки не возникает необходимости каждый раз строить разделяющие поверхности, следует только выяснить, попадает ли образ поковки в область допустимых параметров.

6)

а - висъдзд а прямое выдавливание;

б - редуцирован*«

■ - поперечно-прямо« выдавливание;

Г - обратное выдавливание.

Ряс£. Рааделпашяе поверхкостя в яртнаковон пространств« х»р«хтври»ующие ¿»»личные операции холодной объем-нов штампов*»

лг

Если признаки поковки таковы, что она может быть получена с помощью различных операций, то следует принимать решения по выбору рациональной технологии из ряда возможных альтернатив. Генерирование вариантов осуществляется с помощью алгоритмов технологического проектирования, основанных на разработанной методике. Исходными данными для проведения необходимых расчетов являются конструктивно-технологические признаки поковок, допустимые значения удель-чх усилий на аггамповый инструмент и степени деформаций, а также набор логических переменных, запрещающих или разрешающих изменение хода расчетов на- том, или ином этапе моделирования. Определив предварительно область применения каждой из технологических операций, являющихся претендентами. на участие в генерировании процесса изготовления поковки, управление передается блоку расчета параметров заготовок по переходам. Каждая промежуточная форма полуфабриката, генерируемая программным комплексом, образует новый базис для дальнейшего синтеза технологии. Процесс генерирования промежуточных форм полуфабрикатов продолжается до тех пор, пока не будет сгенерирована окончательная форма поковки. Генерирование может осуществляться как в глубину (детальный анализ одного процесса), так и ширину с наращиванием числа возможных вариантов технологических процессов, участвующих в принятии решения. Принятие наилучшего решения связано с решением многокритериальной задачи.

При структуризации процесса принятия решений предпочтение отдавалось технологическому процессу, реализуемому с минимально возможными средним удельным усилием и числом переходов, позволяющим применять оборудование меньшего номинального усилия, одновременно обеспечивая более высокую стойкость инструмента с минимальными затратами на его проектирование и изготовление.

В главе приведены выборки деталей представителей, на.примере которых сформированы технологические группы, показаны этапы технологического проектирования вариантов и принятие рациональных решений на основе многокритериальной оптимизации.

В набор частных критериев, по которым сравниваются варианты, входит экономический критерий. Расчет затрат и анализ их структуры позволили выявить соотношения расходов я долю каждого в общих затратах, что учитывалось при внедрении технологических процессов холодней и полугорячей объемной птакловкя в

конкретных условиях завода при имевшихся материальных и трудовых ресурсах. Сопоставлением вариантов технологических решений определяется границы их эффективного использования, характеризующиеся, критической программой выпуска, при которой сравниваемые варианты экономически равноценны.

Таким образом, на основе системного подхода с помощью разработанной методологии принятия решений формализованы и ре-ваются наиболее трудоемкие задачи технологической подготовки, а именно разработка альтернативных вариантов и выбор рационального технологического процесса холодной или полугорячей объемной штамповки. \

Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ 1ГАМП0В0Г0 ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ХОЛОДНОЙ И ПОЛУГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ

В этой главе, наряду с описанием методики построения параметрических моделей типовых штампов, предложена методика унификации сменных деталей штампов при изготовлении заданной номенклатуры комплексных поковок группированием по общности формообразующего вггампового инструмента или его отдельных рабочих деталей. При таком группировании затраты на основные материалы повышается, так как в конструкцию комплексных поковок необходимо вносить изменения, при одновременном снижении затрат на изготовление рабочих деталей штампов. Рациональное количество рабочих деталей соответствует минимальному значению

критерия, вычисляемому по формуле:

.......... «

SS " Р5/ aS.+ S I^i^t -min> ( 16 1

где p, a, v - количество соответственно пуансонов, матриц и выталкивателей для изготовления заданной номенклатуры комплексных поковок;

S(, Se, Sr- уоредненные затраты на изготовление соответственно пуансона, матрицы и выталкивателя;

S - стоимость 1 кг основных материалов;

М - масса i-fl комплексной поковки, кг; серийность i-й комплексной поковки.

Для решения задачи унификации рабочих деталей штампов в

условиях мелкосерийного производства обоснованы наборы конструктивно-технологических признаков, обеспечивающих достоверное группирование деталей в каждом рассматриваемом классе.

Оптимизация конструкции штампа проводится на основе численных экспериментов, имитирующих условия работы штампа. Решающее влияние на стойкость штампового инструмента оказывает его температурный режим. Сочетание процессов, протекающих при повышенных и переменных температурах, с механическим воздействием на рабочую поверхность и течением деформируемого металла, определяет вид разрушения рабочих деталей штампа: износ, ,пластическое смятие и термомеханическая усталость. /

Для решения задачи теплопроводности в работе исцйльэован один из популярных численных методов - метод конечных элементов.

При создании модели процессов теплообмена в условиях полугорячей объемной штамповки деталей, представляющих собой тела вращения, целесообразно использовать осесимметричные задачи теории поля. Распределение тепла в некотором осесиммет-ричном теле описывается квазигармомоническим дифференциальным уравнением теплопроводности, включаюадм член, который содержит производную по времени:

Г д*Т д*Т 1 6Т

где - коэффициент теплопроводности материала рассматриваемого тела, нормированный по координате г;

- объемная плотность мощности источника теплоты;

Кг - комплекс свойств материала тела,

К - Го ,

у - плотность материала;

с - удельная теплоемкость материала.

Если на границе происходит конвективный теплообмен <й(Т-Тш)) или задан поток тепла то граничное условие представляется в виде:

ОТ ЭТ

Ч X Хг + \ X + + а(Т * Т» ' " 0 ' < 18 > "

<7Г 01

где Т8 - температура на границе, хоторая может быть функцией

координат точек поверхности 1-,

Тш - температура окружающей среды;

с( - коэффициент теплопередачи на границе;

- поверхностная плотность мощности источника теплоты;

1г, 1 - направляющие косинусы внешней нормали к граничной поверхности.

В качестве инструмента моделирования процессов теплопередачи использован программный комплекс ШБА I, охватывающий широкий спектр прикладных технических задач. Для проверки адекватности математических моделей и верификации работы программного комплекса использованы классические задачи теплопроводности, имеющие точное аналитическое решение. Адекватность построенных математических моделей реальному процессу устанавливалась по представленным, в литературе зависимостям безразмерного перепада температур от значений критериев Био и Фурье. Проведенные численные эксперименты показали хорошую сходимость результатов, наибольшее расхождение лежит в пределах 5%.

Проведен анализ влияния густоты сетки конечных элементов на результаты и время расчетов. Рациональными признаны модели инструментов, в которых более мелкое разбиение на конечные элементы проведено для слоев, расположенных вблизи поверхности контакта с нагретым металлом, а менее густая сетка элементов принята в периферийных зонах.

Для построения модели теплообмен а в системе "поковка- пограничный слой - инструмент" процесс полугорячего выдавливания уоловно разбит на следующие стадии:

- контакт заготовки с инструментом при установке заготовки в штамп, в течение времени Т1, при этом теплопередача от заготовки к инструменту происходит в основном излучением;

- контакт поковки с инструментом при деформировании в течение времени т2. На этом этапе при определении плотности теплового потока, учитывались дополнительные источники тепла, обусловленные термомеханическим эффектом пластической деформации;

контакт при снятии технологического усилия в течение времени при этом теплопередача от поковки к инструменту происходит аналогично предыдущей стадии - теплопроводностью, поскольку поковка после снятия усилия до момента выталкивания еще остается под давлением, обусловленным упругой деформацией матрицы;

- охлаждение инструмента после удаления отштампованной поковки в течение времени т4, на этом этапе происходит конвективный теплообмен между поверхностью инструмента и окружающей средой.

В результате проведенных численных экспериментов выявлен интервал температур предварительного подогрева инструмента для уменьшения температурного напора; определены параметры температурного режима рабочих деталей штампа.

Максимальная температура рабочей поверхности инструмента при первых ходах пресса составила 758 - 822°К, а при выходе на кваэистационарный режим работы повышается до 932°К. Распределение температуры по сеченив матрицы и пуансона показано на графиках (рис. За, б) для первой штамповки, где максимален' температурный напор. Температурные поля получены для каждого момента времени в пределах 1 мин работы оборудования при различном числе ходов. Установлено, что рациональным режимом работы оборудования является число ходов не более п»12 мин*1. Изменение температуры узлов, расположенных на различном расстоянии от поверхности контакта с нагретым металлом показано на рис. 4. Достоверность полученных температур подтвердилась экспериментами по измерению температуры инструмента в паузах между рабочими ходами с помощью электронно-оптических пирометров.

Используя теорию подобия, выполнено обобщение полученных результатов температурного распределения по сечению пуансона, приведены данные в критериальной форме.

Полученные температурные поля рабочих деталей штампа являются исходными данными для расчета возникающих термонапряжений. Анализ показывает, что упругие деформации, вызванные тепловым расширением металла пуансона оказывают существеное влияние на общее изменение геометрической формы инструмента. Рассчитанные схемы напряженно-деформированного состояния инструмента позволяют выделить участки, работающие в неблагоприятных термосиловых условиях, а также позволяют оценить стсйкость рабочих деталей штампа.

т,°к

«80,5 В18.9 551,3 «5,7 ' «4,1

0 ; 4 в 12 1в I ин

Кривце 1, 2, 3 г .4 стдехехп соответственно иоисзти времена

цима, равше 0,5, 1,0, 2,0 я 5,0 с

] . ■) '

т,°к

715,4 654,6 593.6 532,9 472,1

0 5 15 20 25 30 х, мм

Кривые 1, 2, 3 и 4 отражмот «ютветсгвеаяо иэкгиш вреиеан цщла, равзые 0,5 ; 1,0 ; 1,6 ; 6,0 с.

б)

РисЯ. Графики распределения температуры по

толщияе стенок пуансона (в) и матрицы (б)

—1

У3

О /

—,— 1 /М

< /2!

Л

\ \

: .......

■ «ь»,

0.Я 1Я

I I 1 I ¡11 Г) 24.ee з». те время, с

у»»л Х,МЛ

' V 0,00

н

»» »,«

1М (,00

12« 1,11

| 127 10,«9

119 15,15

184 21,3«

1вЗ 21,11

' 19» 35,00

а)

вээ.г

л

А

£ я о. о в X о н

тип уявл

___________ 4 3»

.......... 13Э

1«

......... II»

ТТТТ

е.е t2.ee 24,ее эб.ов чв.ае »е.ее Время, с

автоматические режим работы пресса п - И х/мин ■'

Х,мм

о.оо 1,60 3,20 1,10 6,40 1,00 »,40 11,20 12,10 14,<0

б)

Рис. 4. Температурные кривые узлов моделей матрицы (а) и пуансона (б), расположенных на различном расстоянии X от поверхности контакта.

Глава 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТОЙКОСТИ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Важнейшим критерием, комплексно оценивавшим рациональность конструктивного исполнения и свойства материала в определенных условиях работы инструмента, является его стойкость.

В общем случае оценка стойкости деформирующего инструмента включает следующие этапы: .выявление причин выхода инструмента из строя; создание физических детерминированных моделей выхода инструмента из строя; разработка вероятностных моделей выхода инструмента из строя; расчет стойкости инструмента по разработанным моделям.

В известных классификациях видов разрушения штампов основными являются:

для вггампов горячей и полугорячей объемной штамповки -образование трещин, связанных с малоцикловой и термомеханической усталостной прочностью; необратимая пластическая деформация и износ;

для штампов холодной штамповки - образование трещин, связанных с малоцикловой ¡усталостной прочностью; объемная пластическая деформация и износ.

Объемное разрушение является нежелательным видом разрушения, поскольку создает опасность для обслуживающего персонала. Почти единственными способами избежать этого вида разрушения является правильный вфор пггампового материала и его термической обработки, обеспечивающих повышенные показатели вязкости, в сочетании с применением предварительного подогрева инструмента до температур 373 - 473°К, что улучшает условия работы как поверхностного, слой, уменьшая в нем температурный градиент, так и основного металла рабочих деталей штампа.

Специфические условия работы штампов для холодной и полугорячей объемной штамповки определяют ряд требований, предъявляемых к материалам, из которых изготавливаются рабочие дета-, ли. Как правило, штамповые материалы характеризуются повышенными свойствами: прочностью и величиной предела текучести, что необходимо для сохранения формы инструмента при высоких удельных усилиях в процессе деформирования; теплостойкостью, что обеспечивает сохранение необходимых прочностных свойств при повышенных температурах; вязкостью для предупреждения поломок и выкрашивания, особенно инструментов, работаюадх в условиях

динамически нагрузок; сопротивлением термической и термомеханической усталости в условия циклических нагревов н охлакде- , нил; износостойкостью; окалиностойхостыв (если поверхностные слон инструментов нагреваются до 873°К); теплопроводностью для лучиего отвода теплоты, передаваемой деформируемой заготовкой.

Прогноз ирование стойкости рабочих деталей итампо» для холодной я полугорячей объемной вгамвовки обеспечивается программными средствами, базирующимися на фязмчесхях и вероятностных моделях, разработанных Я.Г.Степанским. Модели позволяют с высокой степенью достоверности прогнозировать стойкость инструмента и вероятность выхода его из строя. Входными параметрами являются температурный рехим деформирования; количество- переходов я используемые схемы деформирования; относительные-степени деформации по переходам в значения удельных усилий; геометрические параметры полуфабрикатов и вгампового инструмента, используемого на каждом переходе. Перечисленные параметры вычисляются и"формируются в определенной последовательности подсистемой расчета технологических параметров на этапе технологического проектирования.

Для функционирования подсистемы прогнозирования стойкости инструмента разработаны необходимые базы данных, содержащие характеристики инструментальных и конструкционных материалов. На определенных этапах работы подсистемы организован доступ х базам, поиск и обмен необходимой информацией.

При алгоритмизации процесса выбора марки «ггампового материала важно использовать наиболее информативные признаки, которые в большей степени влияют на принятие решения. Минимизация набора признаков базируется на концепции дивергенции, теоретические положения которой рассмотрены выше. Путем попарных сравнений информативности каждому признаку ставится в ' соответствие его приоритет, который заносится в матрицу смежности. Зная номенклатуру свойств и относительную информативность признаков конкурирующих материалов в группе пригодности, рассчитывают комплексный критерий пригодности 1-го материала:

К1 ■ *н\+*г1*х;-- '«.Л. < 19 ' где х>(- относительные количественные уровни признаков;

о^ - относительная информативность признака х(.

Наиболее пригодный материал, отвечающий требованиям функционального назначения детали штампа и условиям его работы, определяются по максимальному значению критерия К(.

В процессе работы программного обеспечения определяется общая группа пригодности иггамповых материалов и для каждого материала группы рассчитываются параметры стойкости инструмента. После анализа всех материалов, входящих в группу пригодности, характеристики ¡Ламповых материалов и данные о стойкости передаются на вход .подсистемы принятия решения, ответственной за выбор рациональной для данных условий работы марки шгампового материала. \

Использование предложенной системы прогнозирования стойкости инструмента на примере пуансона для обратного полугорячего выдавливания, позволило получить следующие результаты.

.. При анализе установлено, что рациональной маркой штампо-вого материала является сталь 4Х5МФС. Оценки стойкости по пластическому смятию рабочей поверхности, износу и образованию трещин малоцикловой усталостной прочности показывают, что пре- , обладающим видом выхода инструмента из строя является пласти--ческое смятие рабочей |поверхности пуансона. Данные прогнозирования стойкости представлены в виде графиков на рис. 5 и 6.

Полученные расчетные оценки стойкости пуансона хорошо • согласуются с данными Наблюдений в производственных условиях.

1 ' ' Глава 6. УРОВНИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И СИНТЕЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ !

ПРОЦЕССОВ холоднф И ПОЛУГОРЯЧЕИ ОБЪЕМНОЙ иггамповки <

' 1 '

На этапе .анализа 'объекта моделирования формируется возможно более полное описание объекта (детали, технологического процесса, инструмента)выделяются составляющие элементы, ус-/ танавливаются связи между ними, вычленяются существенные для' исследования характеристики. Структура модели зависит от задач исследования.

Проведенная на основе системного анализа декомпозиция процесса проектирования технологии, позволила построить группу взаимосвязанных моделей (рис. 7), обеспечивающих расчет и имитацию основных параметров процесса и поэтапную оптимизацию

Д, ш

0.«

0,36 0,26 0,15

0

&, 1Ш

0,46

/ Щ- Р*- >-

£ /Г ,

Т«нстр- 10Й°С

, VII

0,45

0,35 0,25 0,15

200 400 600 600 1000 1200 1400 1800 1800 N. шт

,Г И1

200 400 600

. - Т^-КОРС л - Таы.=?60°С

» - Тзаг»600°С О - Тмг«740»с

х -Тзи,.7вО°С

600

К, Ш1

т~ -

/

Тпстр'2«

К, Ш!

Рис. 5. Изменение размеров пуансона вследствие износа в

зависимости от температуры заготовки и инструмента

в зависимости от температуры заготовки и температуры предварительно подогрева инструмента

/

H

X X

Принимаемых реяений при синтезе вариантов. На основ« моделей 3,5,7 реваяггся оптимизационные задача. На базе моделей 2,4,6.8.9 проводятся численные эксперименты на ЭВМ.

Вторым «талом моделнроваям является сюггеэ модели. Здесь в соответствии о задачами исследования осуществляется воспроизведение иин имитация объекта на ЭВМ с помодо программных комплексов. <

Одним из последних этапов модеяироваиия является оценка маяиниыт результатов, заключающаяся я установлении адекватности модели я реального технологического процесса. При атом существенно не абсолютное качество мантия результатов, а степень сходства с обмятом исследования. Успемиый результат сравнения исследуемого объекта о моделью свидетельствует о достаточной степени изученности объекта, о правильности принципов, пояоаниых в основу моделирования, я о том. что алгоритм моделирования не содержит \ ошбок.

На основе подученных промеяуточиых я окончательных результатов выбирается стратегия принятия технических реиеиий на этапах технологической подготовки производства. Последоватеяь-яая реализация реяеихй поэвояиет синтезировать рациональные технологические процессы, оптимизировать конструкции применяемых игампов, управлять темоературно-сяловмми реиимами процессов деформирования и точностью получаемых поковок.

В главе рассмотрена модель н методика унификации прутковых заготовок с целью! уменьшения количества диаметров используемого проката, что -рвет возможность в условиях мелкосерийного и серийного производства использовать весьма производительную безотходную разрезку сдвигом пруткового металла. Но с другой стороны, унификация заготовок ведет к увеличению затрат, связанных с назначением дополнительных формообразующих переходов итамповки для ряда комплексных поковок, объединяемых / в группу. Поэтому возможность изготовления поковок требуемое' конфигурации из ограниченного количества заготовок проверяется с помощью итеративного расчета параметров технологических процессов. Начальным вариантом для группирования являются параметры заготовок, рассчитанные яа этапе технологического проектирования. Одкако, для каждой комплексной поковки. Наряду с рассчитанным вариантом могут быть выбраны другие заготовки для реализации альтернативных вариантов технологии.

Разработанная методах» унификации заготовок я программная реализация базируется на методе погенциаяънмх функций. Качество группирования заготовок по близости геометр» оценивается критерием, предложенным А.А.Лорофеюком.

После расчета значений потенциально! функции ( 7 ) и матрицы мер близости заготовок ( 8 ) определяется мера компактности формируемых групп заготовок:

1 V

I. - - Е'п„ *<«„»,) < 20 ) .......у .... N .7, V

и средняя мера близости между группами:

1 \ п«

12 - - I е'П К(и>,« ), ( 21 )

П. I • I ¡*1 Ш1 Ш1 1

где

п - Е Г п п

II 1

Геометрический критерий качества группирования определяется выражением: I, « {1)-11)/(11*1г). При рациональном варианте группирования данный критерий принимает максимальное значение. Группирование 55 заготовок всей номенклатуры комплексных поковок 5-ти классов показало, что для их изготовления можно ограничиться 12 диаметрами прутков.

Аля стабилизации точностных параметров поковок одной на важных задач является уменьшение рассеяния объема отрезаемых заготовок. Погрешность объема заготовок, наряду с другими факторами, как то нестабильность нагрева и механических свойств металла, условий смазки и др., приводят к колебаниям удельного усилия при вгамповке в пределах 15ч, что в свою очередь оказывает влияние на стойкость инструмента. Выявление влияния рассеяния размеров заготовок на колебания их объема (массы) были посвянены экспериментальные исследования в производственных условиях ТО "Москвич". Обработка результатов экспериментов включала статистический анализ точности размеров и массы заготовок по методу больших и- малых выборок. По результатам иэме-

рений строились гистограммы распределения размеров заготовок, попавших в выборку. Выявлены взаимосвязи между анализируемыми величинами. О характере и силе связи судили по величине коэффициента корреляции.

Теоретический расчет операционных размеров заготовок и поковок позволил прогнозировать величину поля рассеяния длины заготовок я высотных размеров получаемых поковок. Обеспечить рассчитанные отклонения размеров заготовок в процессе их иэго- , товления является задачей технологической дисциплины. Одним из путей уменьшения колебаний массы заготовок до *0,5х является их сортировка по массе с созданием 3., .5 технологических групп. Перед втамповкой заготовок каждой из таких групп необходима подналадка оборудования.

Приведены примеру реализации спроектированных технологических процессов ХОШ и ПГОШ в производственных условиях, что подтверждает корректность теоретических положений и отсутствие ошибок в разработанных моделях технологического проектирования. На основе технологической проработки сформулированы тре- ; бования х кузнечно-вгг£мповочному оборудованию.

I '

ОСНОВ«» ВЫВОДЫ по ДИССЕРТАШИ

1. Выполненные Исследования послужили основой создания , методики системного проектирования ресурсосберегающих технологических процессов объемной штамповки, основанной на использовании принципов искусственного интеллекта. Это имеет важное научное и практическое^значение.

2. Разработанные на базе универсальных принципов распознавания образов информационные модели и классификаторы объектов производства позволили объединить знания предметной области в процедурные правила, обеспечивающие функционирование системы экспертной классификации деталей.

3. Предложении информационные модели деталей и технологических процессов, являющиеся часть» информационной среды, разработаны алгоритмы и система принятия решений,позволяющие объединять детали в технологически однородные группы в соответствии с интегральным критерием минимальных металлоемкости проек-

тируемых комплексных поковок я затрат на отамповый инструмент,

4. Положенные в основу системологическне принципы проектирования сложных технических объектов позволили разработать методику анализа и синтеза ресурсосберегающих технологических процессов объемной штамповки, с помощью которой определены области применения и приоритеты операций, являющихся компонентами технологического процесса.

5. Созданная база» знаний, содержащая продукционные модели и правила, и ориентированные на ее использование интеллектуальные алгоритмы, позволяют генерировать альтернативные варианты технологических процессов и принимать экспертные решения в пользу рациональных технологических структур.

6. Разработанные параметрические модели штампов позволяют учесть упругие деформации инструментов и скорректировать их геометрическую форму на этапе конструирования для обеспечения штамповки высокоточных поковок.

7. Созданная экспертно-прогнозирующая система позволяет прогнозировать доминирование того или иного механизма выхода инструмента из строя и с высокой степенью достоверности определить стойкость основных формоизменяющих деталей, а также, используя разработанную базу знаний, произвести выбор штампо-вого материала, отвечающего условиям эксплуатации сконструированного штампа.

8. Результаты работы примененяются на машиностроительных предприятиях: Людиновском ПО "Агрегатный завод",Кузнецком машиностроительном заводе. Самаркандском опытном заводе по раз- ' работке и производству твердосплавного бурового инструмента, „*. Ступинском металлургическом комбинате, Воронежском АО ТМП; в учебном процессе и исследовательской практике в виде методик, алгоритмов и программных комплексов для проектирования ресурсосберегающих технологических процессов объемной вггамповки и штамповой оснастки для их реализации, а также в виде новых

технологических процессов ХОШ я ПГОШ точных поковок.

•

Основные печатные работы автора по теме диссертации:

1, Артес А.Э., Васильев К. И., Сосенушкин E.H. Система автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления деталей холодной объемной штамповкой.//В кн.: Повы- ■

шение технического уровня и эффективности кузнечно-штамповоч-ного производства. - Челябинск, 1982. - С. 16 - 17.

2. Лансхой E.H., Васильев К.И., Артес А.Э., Сосенушкин E.H., Серов Е.С. Выбор рационального варианта технологического процесса изготовления стержневых деталей холодной объемной штамповкой.//Ъ кн.: Повышение производительности и эффективности использования технологического оборудования. - Рыбинск, 1982. - С. 122.

3. Васильев К.И., Артес А.Э., Сосенушкин E.H. Разработка .. подсистемы САПР технологии холодной объемной пггамповки стержневых деталей.//В кн.: Проблемы создания систем автоматизированного проектирования'' в куэнечно-прессовом машиностроении. Воронеж, 1983. - С. 90- 91.

4. Артес А.Э., Сосенушкин E.H. Оптимизация выбора оборудования при изготовлении деталей стержневого типа методом холодного деформирования в мелкосерийном производстве.//В кн.: Автоматизация и прогрессивные технологические процессы холодной штамповки. - Л.: ЛДНТП, 1983. - С. 53 - 57.

5. Васильев К.И.j Сосенушкин E.H., Пименов О.Г. Варианты технологического процесса холодной объемной штамповки стержневых деталей.//В кн.: прогрессивная малоотходная технология "в ' производстве^ародукцик, сельскохозяйственного машиностроения., -Челябинск, 1903. - С. ¡16 - 17. ;

6. Васильев К. И. Сосенушкин Е. Н. Подсистема" автоматизированного проектирования технологии холодной объемной пггампор-ки стержневых деталей. У/Ъ кн.Проблемы автоматизации проектирования и изготовления!в машиностроении.-М.: Мосстанкин, 1983. - С. 9 - 18. i :

7. Артес А.Э., Васильев К. И., Сосенушкин E.H. Автоматизированное проектирование технологии холодной объемной штамповки стержневых деталей.//В кн.: Инженерные проблемы автоматизации и улучшения условий труда в кузнечно-штамповочном про-иэводстве. - М., 1984. - С. 63 - 64.

8. Ланской E.H., Васильев К.И,, Сосенушкин E.H. Автоматизированный выбор рационального технологического процесса изготовления стержневых jvталей холодной объемной штамповкой.//В кн.: Малоотходные технологические процессы холодной объемной штамповки. - М.: Мосстанкин, 1984. - С. 126 - 136.

. 9. Васильев К.И., Сосенушкин Е^Н. Подсистема,автоматизи-

рованного проектирования технологических процессов холодной объемной штамповки стержневых деталей.// Информационный листок "НТТМ - 84". - М.: ВДНХ СССР, 1984. - 1с.

10. Артес А.Э., Серов Е.С., Сосенушкин E.H. Технологические процессы получения точных заготовок деталей гидроагрегатов.// Информационный листок "НТТМ - 86". - М.: ВДНХ СССР, 1986. - 4с.

11. Ланской E.H.,' Сосенушкин E.H. Методы распознавания при изготовлении заготовок гибких производственных систем.//В кн.: Проблемы оптимизации в машиностроении. - Харьков: ХПИ, 1986. - С. 100 - 101.

12. Сосенушкин E.H. Машинное распознавание осесимметрич-ных деталей применительно к проектирование гибкой технологии холодной и полугорячей объемной вггамповки.//В кн.: Проблемы автоматизированного проектирования и изготовления в машиностроении. - М.: Мосстанкин, 1986. - С. 95 - 101.

13. Ланской E.H., Сосенушкин E.H. Автоматизация группирования деталей для комплексных поковок. //Кузнечио-вггамповочное производство. - 1987. - N11. - С. 22 - 24.

14. Позднеев Б.М., Сосенушкин E.H., Серов Е.С., Горючев

B. И. Групповые технологические процессы пояугорячей объемной иггамповки деталей гидроаппаратуры. //Кузнечно-вггакшовочное производство. - 1987. - N12. - С. 12 - 14.

15. Сосенушкин E.H. Моделирование групповых технологических процессов штамповки заготовок.//В кн.; Физико-технические аспекты гибких автоматизированных производств. "ДСП". - М.: Мосстанкин, 1987. - С. 36 - 42.

16. Ланской E.H., Сосенушкин E.H. Программные комплексы классификации и группирования деталей при холодной объемной штамповке.//В кн.: Системы автоматизированного проектирования в кузнечно-шташювочноы производстве. - Свердловск: УПИ, 1988.

C. 229 - 231.

17. Ланской E.H., Сосенушкин E.H. Автоматизация процессов унификации заготовок при холодной и полугорячей объемной штамповке.//В кн.: Конструкторско-технологическая информатика. Автоматизированное создание машин и технологий. КТИ-89. - М.: Мосстанкин, 1989. - С. 4.

18. Бондаренко М.В., Кенбаев A.C., Серов Е.С., Сосенувкин E.H. Малоотходная технология изготовления корпусов буровых ко-

ронок.//В кн.: Повышение эффективности горячеиггамповочного производства. - Челябинск, 1989. - С. 30 - 32.

19. Сосенушкин E.H. Опыт унификации прутковых заготовок под холодную и полугорячую объемную штамповку.//В кн.: Основные направления экономии металлопроката в кузнечно-штамповоч-ном производстве. -М.: ЦНИИ информации и ТЭИ, 1989.- С.26 - 27.

20. Ланской Е.Н., Сосенушкин Е. Н. Автоматизация проектирования групповых процессов холодной и полугорячей объемной штамповки при многономенклатурном производстве деталей. -Машиностроительное производство. Сер. Технология и оборудование кузнечно-штгмповочного производства: Обзорная информация ВНИИГЭМР. Вып.6, im I- 82 с.

21. Ланской E.H.i Сосенушкин E.H. Унификация заготовок при холодной и полугорячей объемной штамповке.//Кузнечно-итам-повочное производство.! - 1989. - N11. - С. 17 - 19.

22. Васильев К.И.!, Сосенушкин E.H. Подсистема автоматизированного проектирования технологии холодной объемной штамповки стержневых деталей! //В кн. : Оптимизация металлосберегающих процессов при обработке металлов давлением. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1989. - С. 55 4 61. ,

23. Lanskoi Е. н] and Sosenuschkin Е. N. Unification of blanks for cold and warm closed-die forging.//Soviet forging and sheet metall stamping technology. - 1989. - N6. - P. 12; -17. I . • •

24. Васильев К.И.|, Сосенушкин E.H. Рациональное распределение степеней деформации при проектировании многопереходного выдавливания стержневых деталей.//В кн.: Перспективы производства точных заготовок и деталей методами объемного деформирования. - М.: ИДЙТП, 1990. - С. 45 - 48.

25. Серов" Е.С., Сдсенушсин E.H. Универсально-переналажи-ваемый штамп для точной! объемной штамповки деталей. // Информа- / ционный листок. М.: ИПШТИ. 1990. - 3 с. /

26. Серов Е.С., Сосенушкин E.H. БыстропереиалаживаемыЙ штамп для точной объемной вггамповки деталей.// Информационный листок. - М.: МПЩИГ. 1990. - 3 с.

27. Сосенушкин E.H. Выбор материалов для штамповых инструментов холодного и полугорячего деформирования, основанный на принципах искусственного интеллекта. // В кн.: Автоматизация проектирования и изготовления штампов. - Л.: ЛДНТП,' 1990. - С.

42 /

/

82 - 84. '

28. Ланской E.H., Подольский A.C., Беляничев С.А., Сосенушкин Б.Н. Интегрированная система технологической подготовки изготовления штампов. //Сб. статей Второго китайско-советского семинара по теории и технология кузнечно-лггамповочного производства. Пекин, 1990. - С. 41 - 43.

29. Сосенушкин E.H., Беляничев С.А., Короткое С.Е. Экспертно-прогнозирующая система выбора материалов для вггам-повых инструментов холодной и полугорячей объемной штамповки. //Сб. статей Второго китайско-советского семинара по теории и технологии, кузнечно-иггамповочного производства. - Пекин, 1990. - С. 44 - 47.

30. Сосенушкин E.H. Система автоматизированного выбора' материалов для штампов холодной и полугорячей объемной вггам-повки.//В кн. t Актуальни проблеми на пластичната обработка на металите. - Варна, 1990. - С. 379 - 385.

31. Сосенушкин Е.Н.. Ерманок Н.Э., Кутышкин A.B. Научно-техническая конференция "Актуальные проблемы пластической обработки металлов?* (5-6 июля 1990 г. НРБ).//Кузнечно-штампо-вочное производство. - 1991. - Н4. - С. 30 - 32.

32. Сосенушкин E.H. Совершенствование технологической подготовки производства деталей холодной и полугорячей объемной штамповкой. Машиностроительное производство. Сер. Технология и оборудование кузнечно-иггамповочного производства: Обзорная информация ВНШЭМР. Вып.1, 1991. - 108 с.

33. Кенбаев А.С., Сосенувкнн Е. Н. Расчет температурного поля и термонапряженнй в теле инструмента для полугорячего вы-дазяйвгййз..// В кн.: Пути повышения стойкости штампов и формообразующего инструмента. - М.: ЦРДЗ, 1992. - С. 35 - 41.

34. Кенбаев A.C., Ланской E.H.. Сосенушкин E.H. Расчет ' теплопередачи при полугорячем выдавливании. //Куэнечно-яггампо-вочное производство. - 1992. - N3. - С. 19 - 20.

35. Сосенушкин E.H., Васильев К.И. Формализация процесса принятия технологических решений при голодной обьфшой итам-

П(_ 1вке деталей. //Кузнечно-шгамповочное производство. -.1993.

N4. - С. 6 - 9. / ^

36. Лозднеев Б. М., Сосенушкин Е. Н., Балаганский В. и., Гришин Лм-■ Аверин В. В. Обоснование технологических параметров и техн характеристик автоматизированного комплекса

для многопозиционной полугорячей штамповки.//Кузнечно-штампо-вочное производство. - 1993. - N4. - С. 25-28.

37. Позднеев Б. М., Сосенушкин Е. Н., Балаганский В. И., Гришин В.М., Аверин В.В. Создание автоматизированного комплекса для многопозиционной полугорячей штамповки.//В.кн.: Эффективные технологии и техническое перевооружение литейного и куэнечно-отамповочного производств. - Суздаль: НТЦИ, 1993. -С. 29.

38. Сосенушкин E.H. Применение принципов искусственного интеллекта при моделировании технологии холодной и полугорячей объемной вггамповки. //В кн. •• Интенсификация металлосберегащих процессов обработки металлов давлением. - Ростов-на-Дону: ДГТУ 1993. - С. 28 - 36. i

39. Сосенушкин Е. Н. Интеллектуальная программная среда для технологического Проектирования процессов холодной и полугорячей объемной штамповки.//В кн.: Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении. - Изд. Рубцовского индустриального института, 1994. .-|С.247 - 249.

40. Сосенушкин Е.;Н. Прогнозирование стойкости деформирующего инструмента холодного и полугорячего выдавливания.//В кн. Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении. - Изд. Рубцовского индустриального института, 1994. - С.249 - 251. ;

41. Сосенушкин Ё.Н. Системология технологической подготовки процессов объемной вггамповки.// В кн. ¡Проблей автоматизации и технологии в машиностроении. - Изд. Рубцовского индустриального института,- 1994. - С.251 - 253.

42. Сосенушкин Е1Н. Расчет температурных условий работы

инструмента при холодной и полугорячей штамповке.//Кузнечно-

штамповочное производство. - N7. - 1994. - С. 23 - 24.

- i •

Научно-исследовательские работы

1. Артес А.Э., Семенов И.Е., Серов Е.С., Сосенушкин E.Ii, и др. Исследование по разработке групповых технологических процессов для гибкого участка холодной объемной штамповки. Отчет по НИР N86-10. Гос. per. N01860018515. - 1986. - 84 с.

2. Ланской E.H., Артес А.Э., Сосенушкин E.H. и др. Разработка и внедрение малоотходной технологии штамповки.корпусов буровых коронок. Отчет по НИР N88-5. Гос. per. N01.88.0011199.

- 1988. - 72 с. -

3. Артес А.Э., Серов Е.С., Сосенушкин E.H. и др. Разработка и внедрение технологических процессов точной объемной штамповки деталей бурового оборудования. Отчет по НИР N89-9. -Гос. per. N01890011909. - М.: Мосстанкин, 1989. - 93 с.

4. Артес А.Э., Сосенушкин E.H., Серов Е.С. и др. Исследование, разработка технологии и организация серийного производства полного ассортимента мелющих тел повышенной износостойкости для цементной промышленности из отходов подшипниковой промышленности. Отчет по НИР N89-77. - Гос. per. N01910026913. - М.-. Мосстанкин, 1990. - 81 с.

5. Позднеев Б. М., Сосенушкин Е. Н. и др. разработка технологического обоснования и технических требований на комплекс* для многопозиционной штамповки, Отчет по НИР N05/09-91. - 143с.

6. Позднеев Б.М., Сосенушкин Е. Н. и др. Разработка рациональных технологических режимов и конструкций инструмента для многопереходной полугорячей штамповки на прессе усилием 16000 кН. Отчет по НИР N92-16. - 59 с.