Отчёт по преддипломной практике на заводе имени Орджоникидзе

- возможность использования  программного комплекса автоматизации  оптимального проектирования в  системах коллективного пользования.  Система управления комплексом  программ автоматизированного оптимального  проектирования, таким образом, может  рассматриваться как некоторая  проблемно-ориентированная операционная  система. Она предназначена для  поиска оптимума конструктивных  параметров при произвольных  ограничениях на пределы их  изменения. Структура программного  комплекса, реализующего оптимальное  проектирование объектов на ПЭВМ, представлена на рисунке –  12.

 

Рисунок 12- структура программного комплекса оптимального проектирования

Система по минимальным управляющим  указаниям со стороны пользователя (инженера-проектировщика) должна выполнять  следующие операции: формировать  модель объекта, выбирать для каждой конкретной задачи проектирования наиболее эффективные методы решения и  осуществлять их применение в требуемой  последовательности.

Для формирования рабочей  модели объекта и поисковой программы  система должна использовать следующие  признаки, определяющие, по существу, характер и особенности решаемой задачи оптимального проектирования:

- модификацию проектируемого  объекта (указание используемых  модулей программной модели объекта);

- список ограничений;

- критерий оптимальности  (в случае нескольких критериев  должны быть указаны отношения  приоритета);

- указание о дискретной  или непрерывной области изменения  отдельных конструктивных параметров;

- требования к точности  решения.

Исходными данными при  проектировании формовочной машины являются габариты опок, необходимая  производительность формовочной машины, прочность формовочной смеси, масса  отливки, габариты отливки, серийность производства. Общая постановка задачи оптимального проектирования формовочной  машины предполагает одновременный  поиск оптимальных параметров (в  частности, размеров) как активной, так и конструктивной частей машины. Однако при этом задача усложняется.

Таким образом, чем точнее будет сделан расчет при помощи ПЭВМ, тем точнее будет результат расчетов, значения будут оптимальными, необходимая  надежность будет достигнута, конструкция  машины в итоге будет спроектирована.

11.1.3 Обоснование выбора направленности  методики и программы

В данное время существует большое количество способов уплотнение формовочной смеси, такие как  встряхивание, прессование, вакуум-пленочная формовка, специальные виды литья. Но в данной работе за основу взят воздушно- импульсный способ уплотнения потому, что:

Процесс воздушно-импульсного формообразования обеспечивает:

·   стабильную повторяемость уплотнения независимо от конфигурации модели;

·   снижение массы отливок (в среднем на 12-18 %) за счет повышения размерной точности формы, рационального распределения плотности смеси по высоте полуформы;

·   снижение брака по вине формы (в среднем на 5-7%);

·   снижение трудоемкости по очистке литья;

·      отсутствует необходимость переналадки оборудования при переходе на другую номенклатуру;

·   сохраняются существующие модели и формовочные смеси.

В настоящей работе большое  внимание уделено методике расчета  импульсных головок как низкого  так и высокого давления, т.к в данное время отсутствуют какие- либо единые методики, и все разработчики при проектировании используют «метод эксперимента», который слишком дорогостоящ, и занимаем много времени.

11.1.4 Методика автоматизированного  проектирования машины

Автоматизированное проектирование начинается с составления структурной  схемы формовочной машины.

При разработке общей методики расчётов и моделей для трёхмерного  проектирования узлов и деталей  формовочной машины использованы различные  методики:

1.   математическое моделирование;

2.   алгоритмическое моделирование;

3.   статистическое моделирование.

Математическое моделирование

Согласно различным теориям  математического моделирования [7, 8] проектированию программного обеспечения  предшествует аналитическое моделирование. Которое представляет множество  функциональных и логических отношений, которые полностью описывают  функционирование технической системы  или ее частей и сводящееся к применению аппарата аналитической механики и  методов динамических аналогий, и  цифровое моделирование, представляющее замкнутую модель системы алгебраических уравнений, описывающих преобразование входных данных в выходные.

Разработка математической модели начинается с построения расчетной  схемы. В данном случае формовочную  машину представляем в виде объекта, состоящего из ряда сборочных единиц, логически описать, которые не вызвало затруднений и поддающиеся упрощению и схематизации:

1     импульсная головка;

2     станина;

3     траверса;

4     колонны.

5     Рольганги подачи опок.

6     Рольганги подмодельных плит.

Рассмотрим методики математических моделей названных сборочных  единиц.

Математическое моделирование  импульсной головки.

В основу математического  расчета конструктивных параметров головки низкого давления положены следующие соотношения [4], [5]:

1) объема опоки Vo к объему ресивера головки Vp

[4]

гдеZ=0,09…0,12для импульсной головки высокого давления

Z=1…3для импульсной головки  низкого давления

2) площади выпускного отверстия  ресивера FВО к площади опоки Fоп

,[5]

где =0.025…0.043для импульсной головки высокого давления

=0,15…0,2для импульсной головки  низкого давления

4)     объема полости рассекателя Vрас к объему опоки Vо

,[6]

где =1,6…2,4для импульсной головки высокого давления

=0,04…1,5для импульсной головки  низкого давления

Для проведения расчетов предоставим  упрощенные конструкции известных  импульсных головок [5], [6]. Импульсную головку  низкого давления опишем как прямоугольную  емкость по площади соответствующую уплотняемой опоке Fо , по объему Vp=(1…3)V0 , с множеством выпускных отверстий FВО в нижней части емкости, соединяемой с опокой. Схема импульсной головки высокого давления более сложная, имеет в основании пустотелую плиту- рассекатель с множеством выпускных отверстий FВО для прохождения воздуха из рассекателя в опоку. По площади плита-рассекатель соответствует площади уплотняемой опоки, а по объему Vрас=(1,6…2,4) V0. Сверху на плите-рассекателе расположен цилиндр-ресивер (один, два или более), внутренняя полость которого отсекается от полости рассекателя клапаном [1], [2], [4].

Для создания математической модели используем алгоритмическую  форму, т. е. запись соответствующей  модели и выбранного численного метода решения в форме алгоритма.

Расчет головки давления начинаем с выбора объема ресивера головки Vp , зависящего от Z (чем больше объем уплотняемой опоки, тем больше Z). Запись проведем следующим образом :

гдеa,b- ширина и длина опоки, м

h- изменяемая высота опоки  от 0,2 до 0,4 м в каждом типоразмере  опоки. 

Оптимальный расчет ведем  по следующей схеме. Если , то Z=0,09 и все параметры головки будут рассчитаны для объема ресивера , расчет ведем пока , после чего прекращаем, т.е. необходимо изменить вводимые параметры опоки, либо пересмотреть технологию изготовления отливки.

В расчет параметров головки  входит определение оптимальных  размеров выпускного отверстия из ресивера в рассекатель Dвып равного диаметру клапана и хода поршня клапана H. Для определения Dвып представим объем ресивера импульсной головки высокого давления как объем цилиндра, т.е.

,

где Dв- внутренний диаметр ресивера,

Hp- высота ресивера.

Если принять, что Dвып=0,5Dв, Hp=Dв, а тогда , а  .

Ход клапана (H) ограничим  так, чтобы над клапаном сохранялась  дополнительная емкость, работающая на запирание клапана и предупреждение его преждевременного открытия, т.е. .

Оптимальные размеры a, b, h, Dв, Hp, Dвып, H выводим на печать и переходим к проверочной части расчета корпуса импульсной головки на прочность.

Подбираем материал для корпуса  ресивера, проверочные расчеты ведем  с учетом допускаемого предела прочности  на растяжение . Если соблюдаются соотношения Р >Р  и Р >Р  , где Р  и Р  - допускаемые давления на стенки и днище сосуда, Р  - рабочее давление, необходимое для уплотнения смеси, то выбранная конструкция работоспособна; если соотношения не соблюдаются, то выбирается другая марка материала с более высоким  ( или ). В блок-схеме использованы обозначения:  - коэффициент прочности сосуда; С - прибавка на коррозию; R  - радиус контакта клапана с седлом головки, т. е. радиус выпускного отверстия;  - высота клапана, необходимо учесть, что R  и  выбираются по априорным данным [2] и составляют, м,

R =0,05...0,08;  = 0,1...0,15

и зависят от давления в  импульсной головке Р  .т.е. чем выше давление, тем меньше размеры; d - диаметр отверстия, соединяющего полость головки с атмосферой; S и S  - толщины днища и корпуса головки; К - эмпирический коэффициент [3].

Математическое моделирование  колонн

Математическое моделирование  колонн подразумевает объяснение конструкции, функций, т.е. аналитическое моделирование  и алгеброическое выражение на основе, которого можно проверить на прочность любую колонну, т.е. цифровое моделирование.

1)аналитическое моделирование  колонн.

Колонны осуществляют конструктивную и силовую связь траверсы со станиной. Колонны воспринимают усилие прессования, передавая его станине. На колонны  действует вес траверсы и других деталей, укрепленных на траверсе и  колоннах. Колонны могут быть различные : круглые, квадратные, в виде уголка, швелера и т.д. .

2)цифровое моделирование  колонн.

Цифровой моделью для  выбора и расчета сечения колонн и проверки его на изгиб является уравнение:

где 

σ - расчетное наибольшее по абсолютной величине напряжение в опасном сечении, МПа;

[σ]р - допускаемое напряжение на растяжение материала траверсы, МПа [18];

G  - вес нагружающих частей (сюда входят: усилие траверсы, дозатора, прессовой колодки или много плунжерной головки и т.д.), кг,

1 - расстояние, на котором  действует нагрузка относительно  опоры, мм;

h - высота сечения, мм;

I - момент инерции элементов  сечения.

Математическое моделирование  станины и траверсы

При математическом моделировании  траверсы и станины, используем различные  методики: - аналитическое моделирование; цифровое моделирование.

Рассмотрим каждый вид  моделирования отдельно.

1) аналитическое моделирование  станины и траверы.

Станина представляет собой  литую деталь коробчатого, сечения, разделенную на ряд сообщающихся между собой отсеков. Станина  выдерживает все нагрузки, которые  на нее оказывают. Станина имеет  прямоугольный вид. Машина имеет  три позиции. На первой позиции и  на третьей станина имеет полость, в которой располагаются цилиндр (подъемный). В станине машины имеются  также гнезда, выполненные в виде цилиндрических приливов и служащие для крепления четырех колонн.

Траверсы могут быть различными: поворотные, неповоротные и т.д. траверса, как и станина, представляет собой  сложную литую деталь коробчатой формы. Угловые цилиндрические приливы  служат для крепления траверсы к  колоннам. Усилие импульса воспринимается приливом. Траверса формовочной машины служит для крепления головки  и воспринимает усилие импульса, передавая  его на колонны. Воспринимая большую  силу импульса и работая на изгиб, траверса имеет большой момент сопротивления. Неподвижные импульсные траверсы укрепляют  на двух, трех, четырех колоннах. Опока, наполненная формовочной смесью, подводится под траверсу и оказывает  усилие на нее при помощи цилиндра.

2) цифровое моделирование  станины и траверсы состоит  в описании их нагружения специальными формулами, которые в даннном разделе не рассматриваются из-за их ненадобности.

Таким образом имеем универсальные формулы, по каким можно рассчитать станину, траверсу, колонны для любой формовочной машины.

Алгоритмическое моделирование

Алгоритмическая модель - это  графическое представление алгоритма  в виде блок-схемы, В нашем случае проектирование осуществляется при  помощи ПЭВМ, для проектирование на компьютере необходимо составить алгоритм программирования.

Алгоритм - это совокупность .действий со строго определенными правилами выполнения, также это формальное описание способа решения задачи путем дробления ее на конечную по времени последовательность действий (элементарных операций). Под словом "формальное" подразумевается, что описание абсолютно полное и учитывает все возможные ситуации, которые могут встретиться по ходу решения. Под элементарной операцией понимается действие, которое по заранее определенным критериям не имеет смысла детализировать.

Алгоритмическое моделирование  заключается в составлении алгоритмических  моделей каждого отдельного узла проектируемой машины: станина, траверса и т.д. Составим алгоритмические  модели для каждого узла отдельно.

На последующих рисунках представлены блок-схемы расчета  импульсных головок высокого (рисунок 2) и низкого (рисунок 3) давления, состоящих  из нескольких подсистем: высокого давления- из двух подсистем (от расчета основных оптимальных параметров к расчету корпуса головки на прочность); низкого давления- из одной подсистемы (от расчета необходимого давления к выбору оптимальных конструктивных параметров головки).

Блок-схема расчета импульсной головки низкого давления представлена на рисунке 3. Расчет начинаем с определения  необходимого давления по методике [5]. Затем, в зависимости от величины давления выбираем Z, и находим объем  ресивера. Из найденного объема ресивера головки - Vp находим его габариты. Если принять, что ресивер имеет форму параллелепипеда, объем которого составляет ,