ОПТИМИЗАЦИЯ НАЧАЛЬНОЙ ФОРМЫ ЗАГОТОВКИ В РДМ-БТДМР 26
Ершов Александр Алексеевич, инженер технической поддержки*
Котов Вячеслав Валерьевич, канд. техн. наук, начальник службы технической поддержки* Логинов Юрий Николаевич, д-р тех. наук, проф.** * Группа компаний ООО «ПЛМ Урал», ООО «Делкам-Урал»
** ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Экономия в производстве, особенно крупносерийном, имеет огромное значение для процветания предприятия. Одними из основных путей экономии являются снижение расхода сырья, а также сокращение времени цикла производства единицы изделия, куда входят этапы подготовки к производству, непосредственно производства и контроля качества изделий с передачей их конечному заказчику-потребителю. На этапе изготовления продукта с целью снижения расхода материала целесообразно применять оптимальную по форме и размерам заготовку. Это позволяет экономить материал за счет значительно меньшего количества отходов, сократить время на последующую доработку изделия, уменьшая затраты труда.
Ранее при разработке и отладке новой технологии требовалось проводить большое количество цеховых экспериментов с реальным использованием металла, что является дорогим и энергозатратным методом. В настоящее время выполнить операции оптимизации можно при помощи виртуального прототипа - в программах компьютерного моделирования, которые позволяют получить оптимальную по размерам и форме заготовку и просчитать варианты ее обработки с получением конечного изделия.
Рассмотрим способ оптимизации начальной формы заготовки для листовой штамповки, выполненный в программном комплексе конечно-элементного моделирования процессов обработки металлов давлением РАМ^ашр 2С, разработанный компанией ББ1-Сгоир ©. В качестве примера описано проектирование изготовления детали «поддон». Предполагается, что имеется реальный прототип детали, на основании которого построена ее САБ-модель, представленная на рис.1. Поставленная за™ дача - выполнить оптимизацию начальной формы ° заготовки для получения данной детали, максималь-^ но приближенной к полностью готовому изделию.
тк.
Для решения задачи, активировав новый про-£ ект, необходимо перейти к импорту и созданию < требуемых элементов геометрии инструментов, за-г готовки, локальной системы координат и др.
Сначала в редакторе Blank editor задаются параметры новой заготовки, указываются начальные размеры. В данной задаче исходная заготовка представлена в виде обычного прямоугольного листа металла: размеры его заведомо превышают размеры конечного изделия. Для создания заготовки используется кривая, описывающая ее внешний контур (рис. 2). Данное условие должно выполняться, так как последующая корректировка начальной формы заготовки, по сути, будет являться корректировкой этой кривой. Также задаются размер и тип конечно-элементной сетки. После этого для заготовки задаются параметры материала и толщины: в данной задаче в качестве материала используется модель обычной изотропной углеродистой стали, начальная толщина листа 0,5 мм. В программе также реализована возможность расчета анизотропных листовых материалов. Конечный вид заготовки показан на рис. 2.
К необходимым исходным данным также относятся геометрия штамповой оснастки для двух переходов штамповки, 3Б-геометрия готового изделия (импортируется для того, чтобы получить его сеточную модель, с которой впоследствии будут производиться сравнение и соответствующая корректировка начальной формы) (рис. 3).
Моделирование процесса получения детали «поддон» выполняется за пять этапов: прижим заготовки, первый переход штамповки, снятие нагрузки и расчет пружинения, второй переход штамповки (до конечного вида изделия), расчет пружинения.
Рис. 1. Внешний вид образца готового изделия
Рис. 2. Внешний вид неоптимизированной заготовки
Рис. 3. Сеточная модель образца готового изделия
Рис. 4. Внешний вид заготовки после первого перехода штамповки (а) и после второго перехода штамповки (б)
Рис. 5. Выбор стадий процесса для оптимизации
Рис. 7. Вкладка Iteration - задание параметров критерия сходимости
Рис. 9. Вкладка Analysis модуля оптимизации (а); конечный вариант оптимизированного контура заготовки в сравнении с начальным (б)
Рис. 8. Задание параметров решателей на вкладке Run (а); отображение расчетных данных на вкладке Console (б)
Рис. 10. Начальный вид оптимизированной заготовки (а); заготовка после операций штамповки (б - показано поле распределения толщины в изделии, мм); образец изделия (в)
а
б
б
Технологические параметры процесса штамповки задаются через специальные макросы: здесь указываются необходимые граничные условия протекания процесса, устанавливаются начальное положение всех объектов, параметры взаимодействия между объектами, направление их перемещения, условия остановки процесса.
После задания всех необходимых для процесса условий производится запуск задачи на расчет. Применяется решатель PAM-Autostamp с возможностью распараллеливания процесса.
Внешний вид изделия после первого перехода штамповки представлен на рис. 4, а, после второго перехода штамповки - на рис. 4, б.
После того, как проведено моделирование всех операций и получено требуемое изделие, активируют модуль оптимизации. В данном модуле последовательно задаются все необходимые параметры для начала процесса оптимизации. На первой вкладке требуется указать диапазон операций, для которых будет произведена оптимизация: для данной задачи был указан весь список операций, включая расчет пружинения (рис. 5).
Далее на вкладке Definition указываются следующие параметры: в поле Target выбирается целевой объект - это импортированная сеточная модель оригинального изделия; в поле Compare target with указывается, что будет сравниваться с оригинальной моделью, а именно - отштампованная заготовка; требуется задать в модуле Object to modify after comparison объект, который будет отредактирован с целью оптимизации, - здесь задается кривая, описывающая начальный контур заготовки.
Эти три объекта в виде кривых разного цвета отображаются в рабочем окне (рис. 6). Также на вкладке Definition задается параметр оптимизации: contour optimized by stretching или contour optimized by positioning. Первый отвечает за оптимизацию путем изменения размеров и формы начальной заготовки, второй - за оптимизацию путем изменения положения заготовки в пространстве. Был выбран первый тип оптимизации - с изменением начальных размеров и формы.
На следующей вкладке Iterations задаются параметры для проводимых итераций оптимизации: критерии сходимости процесса. Во-первых, выбирается один из вариантов оценки расстояния между контуром целевого изделия и контуром заготовки после моделирования штамповки Max. projected distance и устанавливается значение данного расстояния: 10 мм (рис. 7). Также устанавливается параметр Proportion below max. distance - 95% (см. рис. 7). Этот и предыдущий параметры вместе говорят о том, что должна
быть получена такая сходимость, чтобы оптимизированный контур изделия отличался от целевого на величину не более 10 мм с вероятностью 95%. Далее устанавливается требуемое количество итераций: чем более высокую точность расчета требуется получить, тем большее число итераций потребуется выполнить. В данной задаче число итераций ограничено восемью (см. рис. 7).
Далее на вкладке Run требуется указать параметры решателей для процесса оптимизации. Сюда относятся непосредственно оптимизатор - Optimizer и основной решатель PAM-Autostamp - он производит расчет всего процесса после каждой итерации с целью сравнения результатов и параметров сходимости (рис. 8, а). После того, как параметры решателей заданы, производится запуск задачи оптимизации начальной формы заготовки на расчет. Все данные по расчету, включая процент достижения сходимости, отображаются на вкладке Console (рис. 8, б).
По достижении требуемого уровня сходимости расчет автоматически останавливается. В данной задаче уровень сходимости в 95% был достигнут на седьмой итерации и составил 100% (рис.9, а), т. е. все точки контура нового изделия находятся на расстоянии менее 10 мм от образца.
Далее можно перейти на вкладку Analysis. Здесь можно вывести графики, отображающие процесс приближения контура заготовки к оптимальному, а также импортировать все контуры по итерациям процесса оптимизации, включая и конечный вариант (рис. 9, б).
После этого данный оптимизированный контур используется для создания новой заготовки в модуле Blank editor, а затем проводится повторный расчет всего процесса с целью проверки полученного результата. Оптимизированный контур себя оправдывает, позволяя получить изделие, требующее минимальной доработки до готовой детали «поддон» (рис. 10).
Таким образом, программный комплекс PAM-Stamp 2G позволяет при применении исключительно внутренних инструментов произвести качественную оптимизацию начальной формы заготовки. При этом оптимизация проводилась не для одностадийного процесса, а для процесса, состоящего из нескольких операций обработки давлением и расчета пружине-ния, что связано с необходимостью учета многих факторов и граничных условий. Наличие обратной связи между модулем оптимизации и основным расчетным модулем позволяет передать оптимизированный кон- ° тур в модуль создания заготовки, провести процесс ^ моделирования с новой заготовкой, что дает исследователю, технологу, инженеру возможность быстрого £
с;
анализа полученного изделия и возможность сделать 5 вывод о применимости технологии. г
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.