Тема 2. Сапр элементов литейной формы. Интегрированные

САПР литейной технологии – (6 часов)

План лекции

1. Состав и содержание задач технологического проектирования. Методы проектирования на базе типовых технологических процессов. Принципы построения ИПС технологических процессов.

2. Структура интегрированных САПР, принципы их построения. Подсистемы, образующие интегрированные САПР: типового проектирования, технологической документации, информационно - поисковые базы данных и системы управления ими.

3. Принципы построения, состав, структурная схема и базы данных подсистемы САПР «Элементы литейной формы».

 

Важным направлением развития САПР технологии является системное использование возможностей отображения информации, средств машинной графики, доступа к разветвленным базам данных, стандартным сервисным программам математического анализа и т.д.

В настоящее время создано и достаточно детально разработано довольно большое количество САПР технологии, ориентированных на применение для изделий различного уровня сложности, массы, серийности производства и ряда других параметров, определяющих особенности технологии. Разработчиками САПР, как правило, являются коллективы специализированных проектно-исследовательских фирм, а также специалистов технологических подразделений и служб крупных промышленных предприятий.

Основные требования, предъявляемые к САПР технологии, следующие:

- они должны охватывать до 90% номенклатуры изделий предприятия, эти изделия можно классифицировать по конструкторско-технологическим признакам и для выделенных групп создавать типовые технологические процессы, сведения о которых аккумулировать в базах данных, обслуживаемых информационно-поисковыми системами (ИПС);

- создаваемые САПР должны обеспечивать проектирование технологических процессов для типовых изделий и для индивидуального и мелкосерийного производства, в том числе изделий высоких категорий сложности, конструкторско-технологические характеристики которых могут варьироваться в широком диапазоне, для которых использование типовых технологических решений затруднительно.

Наиболее эффективна разработка систем на основе модулей, образующих при объединении базу для развития полномасштабной САПР. При этом для обеспечения возможно высокого уровня автоматизации отдельные модули системы должны сопрягаться между собой, с тем, чтобы как можно больше сокращалась доля диалогового режима её работы. На первом этапе создания САПР модули могут работать автономно, решая локальные задачи, в рамках интегрированной САПР они образуют единую систему.

Базовый набор модулей может состоять из подсистем: информационно-поисковой, типового проектирования, технологических расчётов, геометрического моделирования, моделирования процессов, диагностики качества, формирования графической и текстовой технологической документации.

Информационно-поисковая система служит для поиска графической и текстовой информации в БД, где хранимые сведения могут быть выбраны по формируемому набору поисковых признаков. Это позволяет отыскать для проектируемой детали в машинном архиве детали-аналоги и просмотреть на экране дисплея их технологические карты и соответствующие чертежи. При наличии подходящего аналога его технология может быть принята для последующего редактирования или использована в качестве отправного варианта. ИПС одновременно выполняет функции системного диспетчера, отображая информацию о состоянии проектных разработок по всем деталям, находящимся в работе.

Развитие ИПС способствует систематизации наполнения многолетнего производственного опыта, нормативной и справочной информации, унификации технологических разработок и повышению их качества. Желательно включать в структуру ИПС подсистемы автоматического кодирования технологических признаков.

Система типового проектирования (СТП) обеспечивает проектирование технологии для изделий, охватываемых машинным конструктивно-технологическим классификатором, на основе статистического моделирования взаимосвязей между параметрами технологии. При успешном поиске деталей в классификаторе СТП предоставляет для просмотра типовую схему технологии, организует опрос размеров детали и осуществляет расчёт среднестатистических параметров, базирующихся на данных технологического архива. Результаты расчёта могут быть отредактированы на основе данных, полученных с помощью других расчётных процедур.

Система технологических расчётов (СТР) позволяет выполнить комплекс расчётов для разработки технологии, не прибегая к типовым решениям или данным об аналогичных деталях. Набор используемых проектных и расчётных процедур определяется содержанием решаемой задачи по разработке или корректировке элементов технологии. Результаты расчётов фиксируются для использования в других модулях.

Первоначальные шаги по автоматизации проектирования литейной технологии сводились к машинному воплощению традиционных инженер­ных расчётов, в основе своей эмпирических или использующие простейшие математические зависимости, полученные путём радикального упрощения сложных зависимостей. Это направление к настоящему времени на основе использования средств информатики и развитого математического аппарата приближённого описания литейных процессов оформилось как автоматиза­ция проектирования отдельных технологических процедур и параметров. На базе таких разработок возникли и с тем или иным успехом используются в производстве пакеты программ для автоматизации проектирования.

Система формирования технологической документации (СФТ5. обеспечивает создание комплекса текстовых (карта технологической информации, маршрутная карта и т.д.) и графических документов. Для этого в системе создаётся БД о применяемых на данном производстве сплавах, смесях, оснастке и т.д., групповых технологических потоках, операциях, тарифных ставках и др.

Для формирования технологического чертежа средствами стандартного графического пакета в него вводят параметризованные графические и текстовые заготовки. Количественные параметры технологии запрашиваются из других модулей САПР и автоматически наносятся в заданном масштабе на чертеже. В рамках СФТД осуществляется также архивизация технологических разработок для просмотра и анализа с помощью других систем (ИПС, СТР и т.д.).

Структуру, сходную с описанной, имеют в той или иной степени большинство созданных САПР технологии.

Современная САПР ТП должна быть двухуровневой, что предполагает, возможность использования персональных компьютеров (РС), непосредственно используемых технологами и конструкторами, с одной стороны, а с другой – вычислительных мощностей и программного обеспечения рабочих станций.

По функциональному назначению (синтез проектных решений) САПР первого уровня составляют системы, предназначенные для автоматизированного формирования графической документации (чертежей оснастки и т.д.), а также текстовой – карт технологической информации, маршрутных технологических карт, включая определение основных параметров технологии, как при типовом, так и при индивидуальном проектировании.

Направлением развития средств автоматизированного проек­тирования технологии являются информационно-поисковые системы, обеспе­чивающие отображение накопленного опыта тех­нологических разработок, его обобщения в виде классификаторов типовых элементов технологии и типовых техпроцессов. Появившиеся на их основе интегрированные программные комплексы перекрывают до 60 - 75 % но­менклатуры большой группы цехов мелкосерийного производства.

 

Рекомендуемая литература [2, 3, 4, 7]

 

Контрольные задания для СРС (тема 1) [2, 3, 4, 5]

1. Современные системы автоматизированного проектирования

технологических процессов литья.

2. Основные методы типизации технологических процессов литья.

3. Интегрированные САПР технологии специальных способов литья.

 

Тема 3. Системы автоматизированного моделирования процессов

формирования отливки – (6 часов)

План лекции:

1. Системный анализ процессов формирования отливки и системы автоматического моделирования (САМ) процессов литья.

2. Связь теории формирования отливки и систем автоматического моделирования. Роль САМ в предупреждении дефектов в отливках на стадии проектирования и отработки технологических процессов. Основные виды математических моделей процессов литья.

3. Системы автоматического моделирования на базе двумерных и трехмерных геометрических моделей: "Полигон", LVM-Solid, Pro Cast и другие, их методические основы, область рационального применения.

4. САМ специальных способов литья.

Основу систем должны составлять системы автоматизированного моделирования (САМ) процессов, позволяющие проектировщикам в короткие сроки и без дорогостоящих натурных экспериментов производить итерационную доработку технологии. Последнее особенно важно для освоения производства ответственных и крупных изделий сложной конфигурации из дорогих сплавов, в условиях единичного либо мелкосерийного производства.

Системы автоматизированного моделирования (САМ) предназначены для численного анализа разработанной технологии на основе визуального, графического или табличного представления результатов моделирования.

Компьютерное моделирование технологий, являясь альтернативой заводским испытаниям, за последние годы получило мощное развитие, обеспечивая реальную экономию времени и материальных ресурсов на этапе проектирования оснастки и геометрии отливки с использованием виртуальных имитаторов.

Современные программы компьютерного моделирования основаны на физических теориях тепловых, диффузионных, гидродинамических и деформационных явлений, они способны адекватно имитировать многие процессы, происходящие при эксплуатации объектов проектирования или в ходе их изготовления. Они различаются функциональными возможностями и типом генерируемой сетки (т.е. способом разбиения геометрической модели на элементарные объемы для дискретного решения дифференциальных уравнений теплопроводности и иных задач), как следствие, программы имеют различную стоимость.

Системы моделирования позволяют на этапе проектирования технологии смоделировать сложные физические явления и проверить различные варианты технологических решений. Они помогают проанализировать причины возникновения дефекта и подобрать оптимальные параметры, обеспечивающие устойчивую, бездефектную и экономически выгодную технологию производства.

Моделирующая система позволяет пронаблюдать процессы, идущие в конкретном изделии, и найти причины возникновения дефекта при данных технологических параметрах. В результате можно выделить эффективные технологические решения, которые затем неоднократно можно перепроверить с помощью компьютерных моделей. Система автоматизированного моделирования (САМ) предназначена для численного анализа разработанной технологии на основе визуального, графического или табличного представления результатов моделирования процессов. Наиболее важным направлением совершенствования систем моделирования является разработка средств объективного анализа, позволяющих диагностировать технологические разработки с помощью систем обобщенных критических параметров, устанавливаемых экспериментально.

К преимуществам виртуальных экспериментов перед натурными исследованиями относятся возможность моделирования физического процесса в широком диапазоне значений исходных параметров, наглядное представление результатов эксперимента, независимость от типа приборов, измеряющих параметры процесса.

Наиболее важным направлением совершенствования систем моделирования является разработка средств объективного анализа, позволяющих диагностировать технологические разработки с помощью системы обобщённых критических параметров, устанавливаемых экспериментально. Качество выполняемой диагностики определяется адекватностью используемых моделей, для адаптации которых к условиям конкретного производства они должны иметь настроечные параметры. Необходима разработка процедур производственной экспериментальной адаптации моделей.

Главный результат визуализации процессов – точное знание протекающих физических явлений, позволяющее вносить необходимые коррективы на стадии проектирования, что позволяет решить одновременно две задачи: повысить качество продукции и снизить ее себестоимость.

Существующие системы компьютерного моделирования процессов позволяют еще на стадии проектирования технологии выбрать оптимальный вариант, обеспечивающий получение качественной продукции при минимальных затратах на ее изготовление.

 

Рекомендуемая литература [1, 3, 4, 5, 10, 13]

 

Контрольные задания для СРС [3, 4, 5]

1.Сущность и назначение визуализации процесса формирования отливок.

2. Системы автоматизированного моделирования Magmasoft, LVM-Solid, ProCast.

3. Автоматизированное моделирование напряжённого состояния охлаждающейся отливки.