Обеспечение качества технологической оснастки с применением методов компьютерного моделирования и анализа Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК :621.74:681.3

В. Ф. Мозговой, Е. Р. Липский, К. Б. Балушок

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА

В статье рассмотрен подход к обеспечению качества проектирования и изготовления сложной формообразующей технологической оснастки на основе широкого применения систем компьютерного моделирования и анализа на стадии технологической подготовки производства. Приведены примеры успешного применения информационных технологий моделирования и анализа при освоении производства новых изделий.

Общая постановка проблемы и её связь с научно-техническими задачами

Аналитический эталон (АЭ) представляет собой объемную математическую модель детали, построенную на языке аналитической геометрии и несущую полную информацию о геометрии этой детали [1]. Суть метода аналитических эталонов (МАЭ) заключается в том, что основным носителем и источником информации о геометрии детали в машиностроительном производстве является её аналитический эталон. При этом чертеж, создаваемый на основании АЭ, является документом, удостоверяющим передачу в производство детали, и, как правило, содержит только изображения внешнего вида детали (основные проекции и изометрию), а также информацию, отсутствующую в АЭ (технические требования, допуски, посадки, шероховатость и т.п.).

Использование АЭ, как принципиально нового вида конструкторской документации, требует разработки и внедрения новых подходов к обеспечению качества изделий в условиях современного компьютеризированного производства.

Цель данной статьи

Показать перспективные направления управления качеством проектирования и изготовления технологической оснастки, основанные на применении методов компьютерного моделирования и анализа.

Результаты работ и исследований

Современный авиационный двигатель представляет собой сложную техническую систему, предъявляющую жёсткие требования к качеству изготовления деталей. Большинство деталей двигателя работает в условиях высоких температур и значительных циклических нагрузок.

Это требует применения новых подходов к обеспечению качества изделий на этапе ТПП, основанных на широком применении средств автоматизации. Противоречие между геометрической сложностью большинства деталей ГТД и жёсткими тре-

© В. Ф. Мозговой, Е. Р. Липский, К. Б. Балушок 2006 г.

бованиями к качеству их изготовления и естественным стремлением свести к минимуму затраты на освоение производства новых изделий диктуют необходимость уменьшения номенклатуры применяемой технологической оснастки при одновременном повышении её качества и снижении издержек инструментального производства. Отдельным вопросом является повторяемость оснастки в дублёрах, что особенно актуально в условиях авиационного производства.

Эффективное удовлетворение столь противоречивым требованиям ТПП возможно при условии широкого применения современного высокоточного многофункционального оборудования как в основном, так и во вспомогательном производстве.

Опыт создания компьютеризированного инструментального производства в ОАО "Мотор Сич" показал, что его эффективное функционирование возможно при условии пересмотра положений системы управления качеством в части, регламентирующей технический документооборот. В настоящее время очевидно, что обеспечение качества и повторяемости сложной технологической оснастки невозможно на основе традиционной конструкторской документации, которой являются чертежи на бумажных носителях. В связи с этим, в ОАО "Мотор Сич" основным проектным документом, определяющим геометрию и топологию деталей технологической оснастки является пространственная компьютерная модель или аналитический эталон (рис. 1). При этом чертеж, создаваемый на основании АЭ, является документом, удостоверяющим передачу в производство детали, и, как правило, содержит только изображения внешнего вида детали (основные проекции и изометрию), а также информацию, отсутствующую в АЭ (технические требования, допуски, посадки, шероховатость и т.п.). При этом исходными данными для проектирования СТО является аналитический эталон детали авиадвигателя.

Рис. 1. Аналитический эталон стержневой пресс-формы

Применительно к заготовительному производству, аналитический эталон детали является основой для разработки АЭ отливки или поковки, который учитывает наличие припусков под механическую или электрохимическую обработку, литейных и штамповочных усадок, радиусов и уклонов. Созданная таким образом геометрия заготовки определяет геометрию аналитических эталонов модельных и стержневых пресс-форм, форм для заливки металлополимерной композиции, мастер-моделей, штампов и другой заготовительной оснастки. На этапе разработки АЭ металлургической оснастки необходимым условием обеспечения её качества является проведение инженерного анализа процессов литья и обработ-

ки давлением с применением специальных систем анализа.

Этап компьютерного инженерного анализа является основой обеспечения качества отливок и позволяет свести к минимуму количество изменений сложной и дорогостоящей металлургической оснастки, вызванных ошибками проектирования или объективной невозможностью оценки совершенства конструкции. Для литейной технологической оснастки компьютерный анализ включает следующие этапы:

- анализ геометрии АЭ отливки;

- анализ геометрии пресс-форм;

- анализ процессов прессования модельной и стержневой масс;

- анализ процессов литья металла.

Анализ геометрии аналитических эталонов отливок, стержневых и модельных пресс-форм производится с целью обеспечения съёма восковых моделей и стержней и исключения возможности их деформации вследствие наличия поднутрений.

Инструментальными средствами анализа геометрии являются соответствующие модули универсальных систем автоматизированного проектирования.

Анализ процессов прессования модельной и стержневой масс включает в себя исследование тепловых и гидродинамических свойств модельной и стержневой пресс-форм. Анализ предназначен для обеспечения таких эксплуатационных свойств оснастки как износостойкость, необходимость принудительного охлаждения и т.д. (рис. 2).

✓

Наиболее ответственной частью этапа инженерного анализа металлургической оснастки является исследование процессов литья металлов, включающее:

- анализ заполнения формы;

- анализ застывания отливки и возникающих градиентов температур;

- определение возможности появления литейных дефектов;

- анализ микроструктуры отливки.

В настоящее время наиболее мощным и совершенным инструментом решения подобных задач является система CAE MAGMA (рис. 3).

Инструментами анализа процессов прессования модельных и стержневых масс могут быть как специальные так и универсальные системы анализа.

Применение средств инженерного анализа оправдано и целесообразно и при проектировании оснастки, применяемой на этапе механической обработки деталей ГТД. В частности, компьютерный анализ сложнофасонного режущего инструмента позволяет не только обеспечить качество его проектирования, но и свести к минимуму номенклатуру.

Применительно к зубообрабатывающему инструменту, применение средств анализа (рис. 4) обеспечивает возможность значительно сократить сроки и стоимость инструментального оснащения производства за счёт:

- начала подготовки производства на этапе разработки кинематической схемы изделия и проведения прочностных расчётов его зубчатых колёс;

- проектирования зубчатых передач, изначально оснащённых зуборезным инструментом.

Начало подготовки производства на ранних стадиях проектирования изделия обеспечивает возможность выпуска конструкторской документации

Рис. 3. Анализ заполнения литейной формы в CAE MAGMASoft

на зуборезный инструмент ещё до разработки технологического процесса обработки детали, а готовый инструмент - одновременно с технологическим процессом.

Возможность реализации ранней подготовки производства, сокращающей время инструментального оснащения деталей ГТД с зубчатыми венцами на срок до 2 месяцев, особенно актуальна в условиях освоения опытных изделий в условиях серийного производства. Проектирование изначально оснащённых инструментом зубчатых венцов позволяет отказаться от проектирования и изготовления зуборезного инструмента за счёт активного использования уже имеющейся на предприятии номенклатуры зуборезного инструмента.

Таким образом, возможность быстрого решения задач ТПП, обусловленная применением средств компьютерного анализа технологической оснастки позволяет:

- повысить качество выполнения проектных работ;

- повысить качество изготовления оснастки и обеспечить её повторяемость за счёт применения современных высокоточных технологий;

- ускорить выпуск новых изделий за счёт более рациональной организации работ по подготовке производства;

- сократить затраты на подготовку производства за счёт сокращения номенклатуры проектируемой и изготавливаемой ТО;

- позволяет свести к минимуму количество изменений конструкторской документации, тем самым сокращая затраты на технологическую подготовку производства.

Рис. 4. Проектирование и анализ зуборезного инструмента

Выводы

Организация системы управления качеством технологической оснастки, основанная на применении метода аналитических эталонов, позволяет свести к минимуму количество изменений конструкторской документации, обеспечить высокое качество проектирования и изготовления оснастки, а также обеспечить повторяемость геометрии в дублёрах.

Список литературы 1. А.К. М'ялиця. Технолопчна пдотовка лп"акобу-дiвного виробництва в умовах дискретно-неста-

бтьних програм випуску виробiв. - Автореферат дисертаци на здобуття наукового ступеня доктора техычних наук. Ки'1'в, 2003. - 28 с.

2. П.Д. Жеманюк, В.Ф. Мозговой, А.В. Малахат-ко и др. Новая методика проектирования оснастки для литья по выплавляемым моделям лопаток ГТД на базе компьютерных интегрированных систем. Сборник трудов XI международной конференции "Машиностроение и техносфера XXI века", том 1. Донецк 2004. - С. 262-265.

Поступила в редакцию 17.05.2006 г.

В cmammi розглянуто nidxid до забезпечення якост1 проектування та виготовлення складно!' формообразуючо!технологiчноl оснастки на основi широкого застосування систем комп'ютерного моделювання та аналiзу на стадн технологiчноl пiдготовки виробництва. Наведено приклади успiшного застосування iнформацiйних технологiй моделювання та аналiзу при освоeннi виробництва нових виробiв.

An approach to guarantee the quality designing and manufacturing of complicated-formed tooling, based on the wide using of CAD-systems and analyses on a stage of process and methods preparation to manufacturing is described. The examples of successful application of IT modeling and analyses during the mastering of manufacturing new goods are presented.

ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения № 2/2006 # 105 —