CC BY
5
УДК 658.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-56-57
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ ПО АВТОМАТИЗИРОВАНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПУЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ
А.И. Олехвер, В.С. Градов, А.С. Мельничук
В статье рассматриваются существующие отечественные и зарубежные решения, позволяющие автоматизировать процесс проектирования технологических процессов, основанных на операциях обработки материалов давлением. Отмечены основные достоинства и недостатки программных пакетов.
Ключевые слова: технология, штамповка, автоматизация, метод конечных элементов.
Проектирование штамповой оснастки для операций обработки металлов давлением (ОМД) является длительным и трудоёмким процессом, в котором, ввиду комплексности задач, широкое применение находит компьютерное моделирование.
Для конструкторской разработки ассоциативных моделей и формирования чертежей используются следующие системы объемного проектирования: Unigraphics NX (UG), CATIA, Pro/Engineer, Solid Edge, Solid Works, Компас - 3D, AutoCAD и др.
При этом для моделирования процессов ОМД и прогнозирования поведения металла под воздействием деформирующих нагрузок и условий деформирования все шире распространяются специализированные программные комплексы.
1) Программный комплекс PAM-STAMP (США) [1]. 1.1 PAM-STAMP 2G охватывает весь процесс листовой штамповки от проектирования штампа до характеристик формоизменения и проведения проверки, в том числе прогнозирование пружинения и внесение необходимых технологических корректировок.
На данный момент программное обеспечение (ПО) не поставляется.
PAM-STAMP 2G включает в себя ряд модулей, предназначенных для проектирования различных элементов процесса штамповки с обширной базой данных материалов и обширным построцессингом.
1.2 AUTOSTAMP. AUTOSTAMP предназначен для проведения расчета процесса листовой штамповки (рис.1), позволяющего промоделировать всю технологическую цепочку от укладки заготовки на поверхность штампа до окончательных отделочных операций. Помимо операций штамповки данный решатель позволяет рассчитывать деформацию труб - гибку и гидрофомовку. Результатом расчета является следующая информация:
анимация всей цепочки штамповки;
эпюры деформаций, напряжений, утонений/утолщения металла;
энергосиловые параметры оборудования;
оценка качества изделия по диаграмме предельной формуемости;
FLD;
наличие/отсутствие дефектов производства - трещин, разрывов, гофрированности (рис.1);
величины пружинения детали после извлечения ее из штампа.
Рис. 1. Результат моделирования в модуле AUTOSTAMP
1.3 Die Compensation. Данный инструмент предназначен для компенсации пружинения готового изделия путём изменения геометрии деформирующего инструмента (рис.2).
Рис. 2. Результат моделирования в модуле Die Compensation
56
1.4 PAM-DIEMAKER. Предназначен для создания готовой штамповой оснастки, которая в дальнейшем может использоваться как при расчетах, так и быть запущена в производство (рис.3). При работе в продукте существует две возможности проектирования: от готовой детали или от существующей оснастки. Первый вариант обычно применяется в случае проектирования технологии изготовления новой детали.
Рис. 3. Результат моделирования в модуле PAMDIEMAKER
1.5 PAM-INVERSE. PAM-INVERSE позволяет получить развертку детали перед штамповкой и наложить кривые обрезки на изделие, а также оценить напряженно-деформированное состояние металла и величины утолщений, что позволяет получить первые сведения о технологичности процесса.
1.6 QUIKSTAMP PLUS. Быструю оценку технологии на осуществимость можно провести с помощью модуля QUIKSTAMP PLUS, который покажет картину деформации металла, основные дефекты производства и предоставит необходимую информацию для корректировки технологии. При этом QUIKSTAMP PLUS является полнофункциональным решателем - учитываются все стадии листовой штамповки и полный набор оснастки.
2) Программный комплекс T-FLEX CAD (Российская Федерация) [2]. T-FLEX CAD - параметрическая система для конструкторской подготовки и 3D-моделирования. Это система гибридного параметрического проектирования, объединяющая в себе функциональность 2D- и 3D-моделирования. Обладает широкими возможностями для создания чертежей и 3D-моделей деталей и сборок, а также для оформления конструкторской документации. При этом она обеспечивает полную поддержку как ЕСКД, так и зарубежных стандартов (ISO, DIN, ANSI). Рассмотрим функциональность пакета:
2.1 Проектирование деталей из листового металла. Модуль для работы с листовым металлом позволяет решать задачи по моделированию деталей, изготавливаемых методом листовой штамповки. Он позволяет создавать исходные заготовки детали заданной толщины и выполнять над ними формоизменяющие операции: сгибать их относительно выбранной линии, «приклеивать» к заготовке отгибы, делать вырезы. После завершения процесса моделирования можно получить листовую заготовку, создать ее чертеж, а затем вернуться к прежнему виду детали, получить таблицу гибов (рис.4).
ТЛ1Х
Рис. 4. Результат моделирования детали из листового металла
2.2 Геометрический анализ 3D-моделей и сборок. T-FLEX CAD предоставляет широкий спектр команд для проведения геометрического анализа 3D-моделей. Пользователь может провести оценку корректности модели, удостовериться в отсутствии пересечений тел, измерить характеристики тел, кривизну поверхностей и кривых, дать оценку гладкости модели, убедиться в разнимаемости формы.
2.3 Инженерный анализ. Стандартная поставка T-FLEX CAD включает в себя бесплатные модули для проведения инженерного анализа (рис.5) и оптимизации конструкции. Встроенный модуль прочностного анализа предлагает набор инструментов для проверки создаваемых моделей непосредственно в T-FLEX CAD. Он позволяет быстро определить расположение концентраторов напряжений, степень деформации, оценить элементы конструкции с избыточным материалом.
Встроенный модуль анализа динамики позволяет производить исследование динамического поведения различных пространственных механических систем. Данные для анализа автоматически берутся непосредственно от созданной в системе T-FLEX CAD геометрической модели.
3) Программный комплекс СПРУТ-ТП (Российская Федерация) [3]. СПРУТ-ТП - инструмент для проектирования и документирования техпроцессов, сокращения сроков подготовки производства, оптимизации материальных и трудовых затрат.
СПРУТ-ТП позволяет проектировать единичные техпроцессы, шаблоны единичных техпроцессов с параметрами и условиями применения операций, типовые и групповые техпроцессы.
Программное обеспечение СПРУТ-ТП позволяет:
Сформировать данные для расчета себестоимости изделия;
Подготовить комплект технологической документации на изделие;
Подготовить комплект документации в соответствии с ЕСТД и ГОСТ;
Экспортировать и импортировать данные;
Управлять нормативно-справочной информацией;
57
Подготовить технологические процессы;
Оформлять технологические процессы по ГОСТ.
4) Программный комплекс Logopress (Франция) [4]. Logopress - программное решение для инструментального производства.
Создано с учетом потребностей производителей штампов для прогрессивной штамповки, которое включает в себя как инструменты проектирования штампов, так и инструменты для создания разверток и расчета необходимых размеров заготовки (Logopress® DieDesign PREMIUM, Logopress® DieDesign, Logopress® StripLayout и Logopress® Flatten).
В Россию данное ПО не поставляется.
Logopress® DieDesign и Logopress® DieDesign PREMIUM включают в себя программный модуль DIE DEBUGGER™, который позволяет моделировать движение инструмента и определять возможные пересечения поверхностей при штамповке. С его помощью можно обнаружить возможные ошибки проектирования уже на ранней стадии и избежать дорогостоящих доработок на более поздних этапах.
Logopress® ProgSim выполняет точное моделирование процессов формования с использованием технологии инкрементного моделирования.
Logopress® ProgSim позволяет (рис.6-7):
Выявить и устранить проблемы с формуемостью и пружинистостью на этапе компоновки полосы/проектирования штампа;
Произвести высокоточное виртуальное пробное прессование, предназначенное для штамповки небольших и средних размеров;
Предоставить результаты утончения, сморщивания, расщепления, деформации и т.д.;
Использовать несколько способов отображения точных результатов на шагах моделирования;
Сократить время на пробном прессовании.
/ -
Р Р
Foot
Рис. 6. Поэтапное модерирование процесса штамповки
58
Рис. 7 - Моделирование в модуле Logopress® ProgSim
5) Программный комплекс AutoForm Forming (Швейцария) [5]. AutoForm Forming предлагает пакет программных продуктов с широким спектром мощных инструментов для цифрового планирования производства и валидации процессов и деталей из листового металла. Программные решения AutoForm образуют комплексную платформу для проектирования, оценки и улучшения процессов листовой штамповки. Платформа позволяет осуществлять полную цифровизацию процесса, наладить обмен информации и данными.
В Россию данное ПО не поставляется.
5.1 AutoForm-StampingAdviser. AutoForm-StampingAdviser позволяет быстро и легко оценивать штампу-емость детали и выполнимость процесса, а также определять контур заготовки, ее стоимость и норму расхода материала (рис.8).
Программное обеспечение предоставляет информацию по рискам возникновения разрывов и избыточных утонений, рискам гофрообразования, развертке детали и необходимым затратам на материал. Используется для ранней оценки штампуемости, основанной только на геометрии детали, без учета геометрии инструмента. Имеет детальную визуализацию дефектов поверхности.
Р.М: geometry modification
Рис. 8. Модерирование в модуле AutoForm-StampingAdviser
5.2 AutoForm-Explorer. AutoForm-Explorer позволяет легко настроить и детально оценить производственный процесс листовой штамповки, позволяет быстро и легко интерпретировать результаты моделирования (рис.9). Программа имеет простую концепцию навигации, полуавтоматическую оценку результатов и оценку дефектов поверхности.
Issue detection and systematic solution
Рис. 9. Моделирование в модуле AutoForm-Explorer
5.3 AutoForm-Sigma. AutoForm-Sigma позволяет анализировать и повышать устойчивость технологических процессов листовой штамповки (рис.10). Программный модуль обеспечивает прозрачность и глубокое понимание процесса формообразования на ранней стадии проектирования, позволяет оценить, какое влияние оказывают параметры дизайна перехода на качество детали и в какой степени. Подразделяет корректировки на те, которые не имеют никакого эффекта, и на те, которые дают реальный шанс на решение конкретной проблемы.
5.4 AutoForm-TryoutAssistant. AutoForm-TryoutAssistant является цифровым помощником при реальной наладке штампов (рис.14). Делает проверку параметров процесса и геометрии штамповой оснастки, проверку размеров и контура заготовки, а также запись всех всех важных данных во время каждого шага процесса наладки, комплексный анализ параметров процесса и соответствующих модификаций геометрии с возможностью перевода интерфейса на любой язык.
Рис. 10. Моделирование в модуле AutoForm-Sigma
5.5 AutoForm-DieDesigner. AutoForm-DieDesigner позволяет создавать формообразующие поверхности для всей цепочки процессов листовой штамповки (рис.11). Имеет понятную и логичную структуру, которая позволяет работать шаг за шагом, от импорта CAD геометрии детали до получения форм рабочих поверхностей оснастки. Это программное позволяет проверять схему, а также форму технологических переходов на всем множестве опера-
Рис. 11. Моделирование в модуле AutoForm-DieDesigner
5.6 AutoForm-CostEstimator. AutoForm-CostEstimator позволяет осуществлять оценку стоимости инструмента на ранних стадиях планирования и тендера (рис.16). С AutoForm-CostEstimator каждый конструктивный элемент детали, который оказывает влияние на стоимость оснастки, становится автоматически ассоциативен с производственной операцией.
С помощью нескольких кликов мыши, основываясь на заданной последовательности производства, AutoForm-CostEstimator вычисляет стоимость инструмента. Таким образом, программное обеспечение позволяет систематически оценивать различные варианты концепции производства одной и той же детали и быстро идентифицировать наиболее экономически эффективные.
5.7 AutoForm-DieAdviser. AutoForm-DieAdviser позволяет определять оптимальную схему инструмента и наиболее эффективную концепцию защиты от износа, рассчитать долговечность материала штампа с учетом его твердости и покрытия, а также программы производства и производительности пресса. Имеет обширную базу данных материалов.
5.8 AutoForm-FormingSolver. AutoForm-FormingSolver позволяет быстро и точно моделировать процессы листовой штамповки, включая вытяжку, вторичные операции, зафланцовку, процессы штамповки на тандемных или трансферных линиях, и линиях прогрессивной штамповки, а также оценивать величину пружинения. Программа моделирует различные типы прессовых линий, в том числе для прогрессивной штамповки, быстрое и точное моделирование глубокой вытяжки и точное моделирование пружинения.
6) Программный комплекс Cimatron (Израиль) [6]. Cimatron - единое интегрированное программное решение CAD/CAM, предназначенное для изготовления штампов, изготовления инструментов и преимущественно для программирования ЧПУ станков на производстве. Так же программа имеет обширный инструментарий для создания 3D моделей изделий и обширную базу данных материалов.
На данный момент программное обеспечение (ПО) от экспортера не поставляется.
6.1 Cimatron Mold. Cimatron Mold - единое интегрированное программное решение CAD/CAM, предназначенное для изготовления пресс-форм (рис.12), позволяющее:
Спроектировать пресс-формы любого размера с различными поверхностями, включая многопустотные;
Легко устанавливать все компоненты формы, включая пластины, направляющие, подъемники, вставки и другие детали из каталога, а также системы охлаждения и выталкивания;
Создать предварительную спецификацию материалов, чтобы заказать материал и начать первичную обработку параллельно с окончательным утверждением проекта.
Рис. 12. Моделирование в модуле Cimatron Mold
6.2 Cimatron Die Design. Cimatron Die Design (рис. 13) позволяет:
Выполнить автоматический расчет заготовки;
Использовать специальные геометрические инструменты для гибки, разгибания, разворачивания, скручивания, отбортовки и других операций формования;
Использовать встроенные инструменты анализа: анализ возвратной пружины, анализ зон безопасности, карты кривизны, анализ угла осадки и многие другие, чтобы гарантировать, что любые проблемы с целостностью решаются на ранней стадии проектирования.
© ^ Ч, ::: м ç £" ~
-, Л Л. ^ .
■s,
J
3
Pue. 13. Моделирование в модуле Cimatron DieDesign
Заключение. Все перечисленные комплексы, при всём многообразии функционала, обладают двумя существенными недостатками: высокой стоимостью и значительной сложностью в освоении для потребителя.
Работа со средствами моделирования и анализа методом конечных элементов требует достаточно высокой квалификации как при подготовке задач проектирования, так и их интерпретации.
Актуальной является задача создания отечественного программного обеспечения, обеспечивающее автоматизированные расчеты по классическим методикам, устоявшимся на производствах, которое позволит сократить цикл проектирования оснастки и не требует высокого уровня подготовки инженера-технолога.
Список литературы
1. Конструкторско-технологическая подготовка. [Электронный ресурс] URL: https://www.plm-ural.ru/resheniva/konstruktorsko-tekhnologicheskava-podgotovka (дата обращения: 02.07.2023).
2 T-FLEX CAD 3D-моделирование, чертежи по ЕСКД, параметрическое проектирование. [Электронный ресурс] URL: https://www.tflexcad.ru/t-flexcad/functionalitv (дата обращения: 04.07.2023).
3 СПРУТ-ТП - sprut.ru. [Электронный ресурс] URL: https://sprut.ru/sprut-tp/#learn more (дата обращения: 04.07.2023).
4 Logopress, 3D DieDesign Software for SOLIDWORKS. [Электронный ресурс] URL: https://www.logopress.com/en/index.php#progsim (дата обращения: 04.07.2023).
5 AutoForm Forming. [Электронный ресурс] URL: https://www.autoform.com/ru/products/autoform-forming (дата обращения: 04.07.2023).
6 Cimatron - Integrated CAD/CAM Software for Tooling. [Электронный ресурс] URL: https://www.cimatron.com/en (дата обращения: 04.07.2023).
Олехвер Алексей Иванович, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
ANALYSIS OF EXISTING AUTOMATED DESIGN OF TECHNOLOGIES SOLUTIONS FOR MANUFACTURING
OF STAMPING PRODUCTS
A.I. Olekhver, V.S. Gradov, A.S. Melnychuk
The article discusses the existing domestic and foreign solutions that allow automating the process of designing technological processes based on the operations of processing materials by pressure. The main advantages and disadvantages of software packages are noted.
Key words: technology, stamping, automation, finite element method.
Olekhver Aleksey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, leshicher@mail. ru, Russia. Saint-Petersburg. Baltic state technical university "VOENMEH" named after D.F. Ustinov
УДК 628
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-62-63
ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ
С.Л. Горобченко, Д.А. Ковалёв, М.В. Тарабан, А.В. Теппоев, С.А. Войнаш
Статья рассматривает проблемные вопросы, связанные с интеллектуализацией электропривода. Показано, что широкому внедрению интеллектуальных электроприводов мешают многие проблемы, связанные с недостаточной готовностью инфраструктуры и собственными проблемами интеллектуальных устройств для работы в электроприводах и электросетях с высокими электромагнитными помехами. Представлены рекомендации по эксплуатации интеллектуальных электроприводов без существенных проблем, но чтобы была возможность в полной мере использовать их преимущества. Приведены данные по интеллектуальным контроллерам электродвигателей, и новым видам устройств, например, FPGA, которые позволяют объединять универсальные ШИМ-блоки, интерфейсы преобразователей и специфические предварительно сконфигурированные блоки управления двигателем, а также имеющих встроенные контроллеры с соответствующими программными драйверами. Также приведены данные по усовершенствованным датчикам и силовым устройствам для более эффективного использования интеллектуальных электроприводов. Сделан вывод о необходимости комплексного подхода к анализу условий работы и выбору оптимальных интеллектуальных устройств, комплектующих привод, что значительно повысит быстроту их внедрения, увеличит срок эксплуатации электроприводов и улучшит их КПД.
Ключевые слова: электропривод, интеллектуализация, проблемы, рекомендации, интеллектуальные контроллеры электродвигателей, FPGA, интеллектуальные датчики, силовые устройства, выбор.
С быстрым ростом промышленных электронных технологий пришло понимание того, что системы управления электроприводом промышленных механизмов, кроме выполнения операций запуска и останова, должны контролировать все стадии производственного процесса, сокращать простои, повышать безопасность, увеличивать производительность оборудования, а также выполнять самодиагностику электронных систем и иметь еще целый набор полезных функций. Именно поэтому накопленный за многие годы опыт передовых методов управления и защиты электропривода привел к появлению современных систем интеллектуального управления электродвигателями.
Современные устройства и блоки управления электродвигателями (БУЭ) обладают встроенными функциями «интеллекта», - они способны заранее запрограммированным образом реагировать на возникающую в технологическом процессе последовательность событий для достижения поставленных целей и удержания системы в заданных режимах работы.
Интеллектуальная система - это совокупность электронного оборудования, программного обеспечения и линий связи для управления, защиты и контроля технологических параметров инженерного оборудования. Основные функциональные отличия интеллектуального электропривода от традиционного состоят в наличии устройства управления электродвигателем, устройства контроля положения и т.д.
Преобразователь может быть как внешним, так и встроенным непосредственно в корпус привода. В состав интеллектуального электропривода обязательно входит технологический контроллер со специальными электронными модулями. Именно его наличие делает электропривод интеллектуальным и придает ему свойства, которые не могут быть реализованы в традиционном электроприводе, а именно:
- возможность свободно программировать циклограмму работы привода и реализовывать различные автоматические регуляторы и устройства;
- возможность обмена информацией между приводом и внешними устройствами по цифровым последовательным интерфейсам с применением специализированных протоколов Modbus, Profibus, CAN и др., что, в свою очередь, дает возможность встраивать электроприводы в современные системы управления промышленными объектами и объектами инфраструктуры без привлечения дополнительных устройств сопряжения;
- микропроцессорный контроллер в сочетании с бесконтактным энергонезависимым датчиком положения - энкодером - позволяет производить настройку привода без вскрытия корпуса с помощью пульта с инфракрасным приемо-передатчиком.
