Альтернативное проектирование обрезных штампов для листовой штамповки в САПР
|
Введение 3
1 Обзор и анализ технологии, конструкции штампов и программного обеспечения для оценки стоимости оснастки обрезных операций в автомобилестроении 7
1.1 Описание типовых технологических процессов и оборудования для разделительных операций 7
1.2 Особенности конструкции штампов для разделительных операций 11
1.3 Обзор программных продуктов в оценке стоимости оснастки для разделительных операций 14
2 Моделирование и оптимизация разделительных операций 20
2.1 Разработка модели изделия в САПР 20
2.2 Разработка и моделирование техпроцесса разделительных операций в CAE 32
2.3 Оптимизация процесса обрезки изделия в САБ 47
3 Особенности разработки разделительных штампов в САПР 57
3.1 Моделирование конструкции разделительных инструментов в NX 57
3.2 Анализ точности и собираемости конструкции разделительного штампа 69
3.3 Технология и стандартизация изготовления разделительных штампов 73
4 Анализ стоимости разделительных штампов на ранних этапах проектирования 78
4.1 Разработка стандартов для оценки стоимости обрезных штампов в Autoform 78
4.2 Оценка стоимости заготовки в CAE 88
4.3 Разработка методики оценки стоимости разделительного штампа в среде Autoform 95
Заключение 109
Список используемой литературы 110
1 Обзор и анализ технологии, конструкции штампов и программного обеспечения для оценки стоимости оснастки обрезных операций в автомобилестроении 7
1.1 Описание типовых технологических процессов и оборудования для разделительных операций 7
1.2 Особенности конструкции штампов для разделительных операций 11
1.3 Обзор программных продуктов в оценке стоимости оснастки для разделительных операций 14
2 Моделирование и оптимизация разделительных операций 20
2.1 Разработка модели изделия в САПР 20
2.2 Разработка и моделирование техпроцесса разделительных операций в CAE 32
2.3 Оптимизация процесса обрезки изделия в САБ 47
3 Особенности разработки разделительных штампов в САПР 57
3.1 Моделирование конструкции разделительных инструментов в NX 57
3.2 Анализ точности и собираемости конструкции разделительного штампа 69
3.3 Технология и стандартизация изготовления разделительных штампов 73
4 Анализ стоимости разделительных штампов на ранних этапах проектирования 78
4.1 Разработка стандартов для оценки стоимости обрезных штампов в Autoform 78
4.2 Оценка стоимости заготовки в CAE 88
4.3 Разработка методики оценки стоимости разделительного штампа в среде Autoform 95
Заключение 109
Список используемой литературы 110
Актуальность исследования. В настоящее время современное производство характеризуется широким внедрением систем автоматизированного проектирования (САПР) в таких отраслях, как авиастроение, автомобилестроение, тяжелое машиностроение, архитектура, строительство и др.
С помощью систем автоматизированного проектирования в машиностроении можно выполнять ряд работ, таких как: разработка конструкторской документации, технологическая подготовка производства, разработка электронных математических моделей, проектирование различного типа штамповой оснастки, работа с числовыми программными управлениями и т.д.
На практике довольно часто оказывается, что произведенная конструкция штампа или детали является дорогостоящей или не удовлетворяет техническим требованиям. Изготовление новой конструкции штампа требует дополнительных затрат, поэтому очень экономичным и важным является метод разработки на стадии раннего проектирования нескольких (альтернативных) технологий и конструкций штампов из которых для производства выбирают лучшие технологии и конструкции, которые бы имели наименьшую стоимость и выполняли все технические условия. Такую методологию разработки можно определить как альтернативное проектирование технологического процесса и оснастки.
На данный момент существует небольшое количество систем автоматизированного проектирования (САПР), которые предназначены для разработки конструкции штампа и способны учитывать его стоимость на стадии раннего проектирования. Одной из наиболее популярных САПР разработки технологии листовой штамповки и оснастки является программный продукт «AutoForm».
Объектом исследования является процесс оптимизации линии обрезки (оптимизированная форма линии обрезки способствуют экономии материала и сокращению операций обрезки), а также процедура проектирования разделительного штампа с наименьшей стоимостью.
Предметом исследования является метод альтернативного проектирования, позволяющий уменьшить стоимость технологии проектирования штампа.
Целью диссертационной работы является снижение производственных затрат за счет разработки и применения методики альтернативного проектирования технологии штамповки и штампов обрезки листовых заготовок в CAE наименьшей стоимости за счет оптимизации линии обрезки изделия.
Гипотеза исследования основана на предположении о том, что если применить предложенную в работе методику альтернативного проектирования технологии, то производственные затраты на оснастку и изготовление детали снизятся, а также улучшится качество детали благодаря выбору наилучшей технологии изготовления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
1. Провести анализ методов проектирования технологических процессов и штампов для листовой штамповки в САПР.
2. Провести анализ существующих программных обеспечений для оценки стоимости штампа обрезки в CAE.
3. Разработать оптимизированный (улучшенный) технологический процесс изготовления детали.
4. Разработать методику проектирования технологического процесса с учетом оценки стоимости штампа обрезки в CAE, а также провести оптимизацию линии обрезки в CAE.
Методы исследования, использованные для решения поставленных задач: метод построения 3D-моделей и штампов в системах САПР, метод конечно-элементного анализа, метод функционально-стоимостного анализа.
Научной новизной является разработка методики альтернативного проектирования технологического процесса штампа обрезки с оценкой стоимости проектирования изготовления штампа.
Теоретическая значимость работы заключается в постановке задачи оптимизации и в определении наилучшей линии обрезки, что способствует экономии материала и сокращению операций обрезки.
Практическая значимость заключается в снижении затрат на проектирование разделительного штампа путем оценки стоимости на ранней стадии проектирования в CAE продукте «AutoForm».
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в анализе программных продуктов для оценки стоимости оснастки на ранней стадии проектирования, разработке методики альтернативного проектирования, создании конструкции обрезного штампа в «NX», оценке стоимости штамповой оснастки и детали в программном продукте CAE «AutoForm», разработке нового улучшенного технологического процесса изготовления детали и создании его симуляции в «AutoForm», а также проведение оптимизации линии обрезки детали в «AutoForm».
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Экспериментальная проверка предлагаемых методических рекомендаций была осуществлена в период производственной практики (научно-исследовательской работы) и преддипломной практики на базе кафедры сварки, обработки материалов давлением и родственных процессов Тольяттинского государственного университета, а также в период работы инженером-технологом на базе АО «АВТОВАЗ» г. Тольятти Самарской области. Теоретические выводы и практические результаты исследования представлены на следующих конференциях:
1. «Молодежь. Наука. Общество»: Всероссийская студенческая научно-практическая междисциплинарная конференция (Тольятти, 5 декабря 2018 года).
2. Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук: материалы V Международной научно-практической конференции (школы-семинара) молодых ученых: 2224 апреля 2019 года.
3. «Молодежь. Наука. Общество»: Всероссийская студенческая научно-практическая междисциплинарная конференция (Тольятти, 5 декабря 2019 года).
На защиту выносятся:
1. Новый (улучшенный) технологический процесс изготовления детали типа «Кронштейн запасного колеса».
2. Конструкция штампа обрезки для детали «Кронштейн запасного колеса».
3. Метод оценки стоимости штамповой оснастки в программном продукте САЕ «AutoForm».
4. Результаты симуляций для трех различных техпроцессов изготовления детали «Кронштейн запасного колеса» в программном продукте САЕ «AutoForm».
5. Методика проведения оптимизации линии обрезки детали в САЕ «AutoForm».
6. Оценка результатов стоимости штамповой оснастки и деталей для трех различных техпроцессов изготовления детали «Кронштейн запасного колеса» в программном продукте САЕ «AutoForm».
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, содержит 123 рисунка, 4 таблицы, список используемой литературы (30 источников). Основной текст работы изложен на 110 страницах.
С помощью систем автоматизированного проектирования в машиностроении можно выполнять ряд работ, таких как: разработка конструкторской документации, технологическая подготовка производства, разработка электронных математических моделей, проектирование различного типа штамповой оснастки, работа с числовыми программными управлениями и т.д.
На практике довольно часто оказывается, что произведенная конструкция штампа или детали является дорогостоящей или не удовлетворяет техническим требованиям. Изготовление новой конструкции штампа требует дополнительных затрат, поэтому очень экономичным и важным является метод разработки на стадии раннего проектирования нескольких (альтернативных) технологий и конструкций штампов из которых для производства выбирают лучшие технологии и конструкции, которые бы имели наименьшую стоимость и выполняли все технические условия. Такую методологию разработки можно определить как альтернативное проектирование технологического процесса и оснастки.
На данный момент существует небольшое количество систем автоматизированного проектирования (САПР), которые предназначены для разработки конструкции штампа и способны учитывать его стоимость на стадии раннего проектирования. Одной из наиболее популярных САПР разработки технологии листовой штамповки и оснастки является программный продукт «AutoForm».
Объектом исследования является процесс оптимизации линии обрезки (оптимизированная форма линии обрезки способствуют экономии материала и сокращению операций обрезки), а также процедура проектирования разделительного штампа с наименьшей стоимостью.
Предметом исследования является метод альтернативного проектирования, позволяющий уменьшить стоимость технологии проектирования штампа.
Целью диссертационной работы является снижение производственных затрат за счет разработки и применения методики альтернативного проектирования технологии штамповки и штампов обрезки листовых заготовок в CAE наименьшей стоимости за счет оптимизации линии обрезки изделия.
Гипотеза исследования основана на предположении о том, что если применить предложенную в работе методику альтернативного проектирования технологии, то производственные затраты на оснастку и изготовление детали снизятся, а также улучшится качество детали благодаря выбору наилучшей технологии изготовления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
1. Провести анализ методов проектирования технологических процессов и штампов для листовой штамповки в САПР.
2. Провести анализ существующих программных обеспечений для оценки стоимости штампа обрезки в CAE.
3. Разработать оптимизированный (улучшенный) технологический процесс изготовления детали.
4. Разработать методику проектирования технологического процесса с учетом оценки стоимости штампа обрезки в CAE, а также провести оптимизацию линии обрезки в CAE.
Методы исследования, использованные для решения поставленных задач: метод построения 3D-моделей и штампов в системах САПР, метод конечно-элементного анализа, метод функционально-стоимостного анализа.
Научной новизной является разработка методики альтернативного проектирования технологического процесса штампа обрезки с оценкой стоимости проектирования изготовления штампа.
Теоретическая значимость работы заключается в постановке задачи оптимизации и в определении наилучшей линии обрезки, что способствует экономии материала и сокращению операций обрезки.
Практическая значимость заключается в снижении затрат на проектирование разделительного штампа путем оценки стоимости на ранней стадии проектирования в CAE продукте «AutoForm».
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в анализе программных продуктов для оценки стоимости оснастки на ранней стадии проектирования, разработке методики альтернативного проектирования, создании конструкции обрезного штампа в «NX», оценке стоимости штамповой оснастки и детали в программном продукте CAE «AutoForm», разработке нового улучшенного технологического процесса изготовления детали и создании его симуляции в «AutoForm», а также проведение оптимизации линии обрезки детали в «AutoForm».
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Экспериментальная проверка предлагаемых методических рекомендаций была осуществлена в период производственной практики (научно-исследовательской работы) и преддипломной практики на базе кафедры сварки, обработки материалов давлением и родственных процессов Тольяттинского государственного университета, а также в период работы инженером-технологом на базе АО «АВТОВАЗ» г. Тольятти Самарской области. Теоретические выводы и практические результаты исследования представлены на следующих конференциях:
1. «Молодежь. Наука. Общество»: Всероссийская студенческая научно-практическая междисциплинарная конференция (Тольятти, 5 декабря 2018 года).
2. Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук: материалы V Международной научно-практической конференции (школы-семинара) молодых ученых: 2224 апреля 2019 года.
3. «Молодежь. Наука. Общество»: Всероссийская студенческая научно-практическая междисциплинарная конференция (Тольятти, 5 декабря 2019 года).
На защиту выносятся:
1. Новый (улучшенный) технологический процесс изготовления детали типа «Кронштейн запасного колеса».
2. Конструкция штампа обрезки для детали «Кронштейн запасного колеса».
3. Метод оценки стоимости штамповой оснастки в программном продукте САЕ «AutoForm».
4. Результаты симуляций для трех различных техпроцессов изготовления детали «Кронштейн запасного колеса» в программном продукте САЕ «AutoForm».
5. Методика проведения оптимизации линии обрезки детали в САЕ «AutoForm».
6. Оценка результатов стоимости штамповой оснастки и деталей для трех различных техпроцессов изготовления детали «Кронштейн запасного колеса» в программном продукте САЕ «AutoForm».
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, содержит 123 рисунка, 4 таблицы, список используемой литературы (30 источников). Основной текст работы изложен на 110 страницах.
1. Проведен анализ методов проектирования в САПР технологических процессов разделительных операций и обрезных штампов для листовой штамповки.
2. Осуществлен анализ современных программных продуктов для оценки стоимости штампа обрезки в САПР. Отметим, что программные продукты CAE позволяют инженерам упрощать процессы проектирования детали, заранее предсказывать результат изготовления деталей, что в свою очередь помогает на ранних стадиях проектирования определить слабые или сильные стороны технологического процесса, и тем самым устранить их уже во время создания симуляций.
3. Разработаны три альтернативных технологических процесса изготовления детали «Кронштейн запасного колеса в сборе» и методика выбора наилучшего (рационального) технологического процесса изготовления детали. Определено, что для оценки стоимости технологии и штамповой оснастки для обрезки листовых заготовок на ранних стадиях проектирования необходимо разработать методику альтернативного проектирования, которая позволит снизить стоимость изготовления штампа обрезки, а также оптимизировать линию обрезки детали.
4. Выполнена оптимизация линии вырубки заготовки для изделия «Кронштейн запасного колеса в сборе» в приложении «Trimline Optimisation» CAE программы «AutoForm».
5. Разработана методика проектирования технологического процесса в CAE с учетом оценки стоимости штампа обрезки для изделия «Кронштейн запасного колеса в сборе». Установлено, что внедрение в машиностроительную практику САПР (САЕ) помогает снизить расходы на проектирование штамповой оснастки, улучшают качество документации, сокращают цикл подготовки производства, уменьшают себестоимость не только вспомогательного, но и основного производства.
2. Осуществлен анализ современных программных продуктов для оценки стоимости штампа обрезки в САПР. Отметим, что программные продукты CAE позволяют инженерам упрощать процессы проектирования детали, заранее предсказывать результат изготовления деталей, что в свою очередь помогает на ранних стадиях проектирования определить слабые или сильные стороны технологического процесса, и тем самым устранить их уже во время создания симуляций.
3. Разработаны три альтернативных технологических процесса изготовления детали «Кронштейн запасного колеса в сборе» и методика выбора наилучшего (рационального) технологического процесса изготовления детали. Определено, что для оценки стоимости технологии и штамповой оснастки для обрезки листовых заготовок на ранних стадиях проектирования необходимо разработать методику альтернативного проектирования, которая позволит снизить стоимость изготовления штампа обрезки, а также оптимизировать линию обрезки детали.
4. Выполнена оптимизация линии вырубки заготовки для изделия «Кронштейн запасного колеса в сборе» в приложении «Trimline Optimisation» CAE программы «AutoForm».
5. Разработана методика проектирования технологического процесса в CAE с учетом оценки стоимости штампа обрезки для изделия «Кронштейн запасного колеса в сборе». Установлено, что внедрение в машиностроительную практику САПР (САЕ) помогает снизить расходы на проектирование штамповой оснастки, улучшают качество документации, сокращают цикл подготовки производства, уменьшают себестоимость не только вспомогательного, но и основного производства.
