Обеспечение точности технологических процессов изготовления деталей повышенной изгибной податливости в системе автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Митрофанов, Георгий Владимирович

• Митрофанов, Георгий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Митрофанов, Георгий Владимирович

Введение.

1. Аналитический обзор по размерному анализу. Постановка задачи исследования.

1.1. Анализ рекомендаций и правил по выбору технологических баз при проектировании технологических процессов механической обработки.

1.2. Сущность размерного анализа технологического процесса как способ оценки вариантов базирования деталей.

1.3. Выбор технологических баз и размерный анализ при автоматизированном проектировании технологических процессов механической обработки.

1.4. Постановка задачи исследования.

1.5. Выводы по главе 1.

2. Выбор математической модели.

2.1. Области применения покрытий и требования, предъявляемые к ним.

2.2. Передачи сосредоточенной силы через длинный брус, лежащий на упругом основании.

2.3. Формулирование условий, определяющих толщину поверхностного слоя.

2.4. Модели определения напряжений в поверхностном слое

2.5. Выводы по главе 2.

3. Дискретная модель расчёта.

3.1. Предпосылки расчёта.

3.2. Дискретная модель.

3.3. Типы конечных элементов.

3.4. Основные соотношения для оболочки.

3.4.1. Изгиб пластин.

3.4.2. Изгиб оболочек.

3.4.3. Жёсткость фиктивного поворота.

3.5. Выводы по главе 3.

4. Математическая модель контактной задачи.

4.1. Методы решения контактных задач.

4.2. Моделирование кинематических условий контакта.

4.3. Выводы по главе 4.

5. Методика расчёта контактной задачи.

5.1. Расчётная схема и принятые допущения.

5.2. Алгоритм решения и перечень необходимых данных.

5.3. Выводы по главе 5.

6. Автоматизированная система оценки толщины поверхностного слоя.

6.1. Контактные задачи, возникающие при расчёте упругого слоя.

6.2. Учет остаточных и сжимающих напряжений.

6.3. Пример расчета толщины покрытия.

6.4. Выводы по главе 6.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение точности технологических процессов изготовления деталей повышенной изгибной податливости в системе автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства»

При автоматизации машиностроительного производства используются системы конструкторско-технологической подготовки, содержащие ряд этапов: подготовка исходных данных, предварительное проектирование принципиальных схем и вариантов обработки, логическая оценка вариантов и отбор наиболее приемлемых, размерный анализ намечаемых вариантов и их уточнение, оценка вариантов технологического процесса по критерию оптимизации выбор окончательного варианта. Из всех перечисленных этапов существенную роль играет этап размерного анализа, на котором устанавливаются связи между размерными параметрами детали при ее изготовлении.

С его помощью решается задача обеспечения точности выполнения размеров на конкретной операции и устанавливаются связи между операционными размерами на различных стадиях обработки. Он позволяет определить размеры (номиналы и отклонения), при которых по окончании технологического процесса деталь будет полностью соответствовать чертежу.

Размерный анализ технологических процессов опирается на ряд общих правил и стандарты. В размерном анализе связь между операционными размерами определяется на основе геометрических соображений, хотя и учитывает различные технические требования. Однако, в технике и технологии машиностроения встречаются случаи, когда пониженная жесткость обрабатываемой детали существенно влияет на точность и, следовательно, на величину припуска, кроме того, в деталях с покрытиями толщина покрытия, припуски и допуски должны определяться с учетом жесткости и прочности покрытия и невозможности отрыва слоя покрытия от подложки под нагрузкой, т.е. с учетом служебного назначения.

Поэтому для автоматизации процесса конструкторско-технологической подготовки при моделировании операционных размерных цепей необходимо дополнительное изучение физической сущности взаимодействия деталей и узлов технологического оборудования применительно к деталям повышенной изгибной податливости, к учету воздействия поверхностного слоя и т.д., существенно влияющих на параметры технологических размерных цепей.

Поэтому повышение эффективности проектирования невозможно без разработки системы, учитывающей жесткостные и прочностные факторы. Этим определяется актуальность приведенных в работе исследований.

Целью работы является обеспечение точности изготовления деталей повышенной изгибной податливости на основе построения размерных структур технологических процессов.

Научная новизна работы состоит в выявлении связей между толщиной покрытия, физико-механическими свойствами слоя, его жёсткостью, прочностью и нагрузочной способностью и точностью на основе выявления существа силовых взаимодействий.

На защиту выносится:

1. Информационная модель контакта узлов технологического оборудования, на стыкуемые поверхности которых нанесено покрытие.

2. Математическая модель слоя покрытия, позволяющая оценить свойства слоя, технических требований, определяемых служебным назначением соединения.

3. Методология построения технологических размерных цепей с учётом жесткости и прочности поверхностного слоя деталей.

4. Автоматизированная система технологической подготовки производства, включающая оценку поверхностных контактных напряжений, оценку напряжений внутри слоя, в стыке его с подложкой и обоснования выбора толщины наносимого покрытия.

5. Структура связей между технологическими показателями обработки и параметрами, определяемыми служебным назначением узла.

Практическую ценность представляет методика, учитывающая связи между свойствами покрытия и параметрами, определяемыми служебным назначением и разработанная на этой основе автоматизированная система оценки глубины наносимого слоя покрытия.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились на базе основных положений технологии машиностроения, технологических размерных цепей, дискретной модели точности, теории упругости, метода конечных элементов.

Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на заседании кафедры «Основы конструирования машин» МГТУ «СТАНКИН», на научном семинаре института конструкторско-технологической информатики РАН, на Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2004).

Реализация работы. Материалы диссертационной работы использованы при чтении курсов и проведении семинарских занятий на кафедре «Основы конструирования машин» МГТУ «Станкин».

Содержание работы:

В первой главе приводится обзор работ по размерному анализу, из которого делается вывод, что толщину слоя покрытия в размерном анализе определяется в основном технологией их нанесения и геометрическими соображениями.

Во второй главе приводятся методы и области нанесения покрытий, рассматриваются явления, проходящие в слое под нагрузкой и формулируется система критериев для оценки толщины слоя. Показано, что адекватная модель может быть получена на основе контактного взаимодействия деталей в стыках узла. В соответствии с этим

В третьей, четвёртой и пятой главах приводится информационная модель решения контактной задачи методом конечных элементов и описание автоматизированной системы решения различных задач.

В шестой главе приводятся описание автоматизированной системы расчёта толщины поверхностного слоя и приводится сравнение полученных результатов с известными методиками.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Митрофанов, Георгий Владимирович

Основные выводы и рекомендации

1. Проведенный анализ показал, что в технологии машиностроения технологические размерные цепи строятся на основе структуры операции и геометрических расчетов без учета собственных и контактных деформаций детали и элементов оснастки.

2. В технологической практике встречаются случаи, когда обрабатываются детали пониженной жесткости, или детали с нанесенными на них покрытиями, где величины припуска должны определяться жесткостью или прочностью детали которые определяются требованиями служебного назначения.

3. Для универсального описания технологических размерных цепей, в которых учитывается пониженная жесткость детали или явление отрыва наносимого слоя, следует использовать дискретную модель, согласно которой узлы аппроксимируются набором поверхностных и объёмных элементов.

4. Оценку толщины поверхностного слоя следует осуществлять на основе собственных и контактных деформаций, при этом связь между контактируемыми телами описывается на основе кинематических контактов и стержневой модели, которая учитывает физико-механические свойства слоя, контактирующая с основой.

5. Математическая модель слоя покрытия представляется двумя схемами: объёмными или плоскими симплекс-элементами для слоёв толщиной от 0,4мм и выше, и набором оболочечных конечных элементов (для плёночных покрытий).

6. Методика оценки толщины напыляемого слоя и построении на этой основе технологических размерных цепей позволяет в автоматическом режиме определять искомое контактное давление, адгезионную прочность и прочность сцепления,

7. При проведении машинного эксперимента получены зависимости для определения толщины наносимого слоя и показана связь между физико-механическими характеристиками, служебным назначением узла.

8. Разработанные алгоритмы и программы реализованы на языке С++ в среде программирования Borland С++ Builder, удовлетворяют основным требованиям к средствам моделирования. Разработанное программное и методическое л обеспечение используется в качестве подсистемы АСТПП.

V »

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Митрофанов, Георгий Владимирович, 2005 год

1. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. - М.: "Машиностроение", 1969. 559 с.

2. Гаврилов А.Н. Основы технологии приборостроения. М.: "Высшая школа", 1976. 328 с.

3. Егоров М.Е., Дементьев В.И., Дмитриев B.JI. Технология машиностроения. -М.: "Высшая школа", 1976. 534 с.

4. Каширин А.И. Технология машиностроения, -М.: Машгиз, 1949. 629 с.

5. Кован В.М. Основы технологии машиностроения. М.: Машгиз, 1959. 496 с.

6. Мальков Н.П. Некоторые закономерности технологических размерных связей и использование их при разработке технологических процессов. Дисс. На соискание ученой степени к.т.н., М.: 1966. 175 с.

7. Маталин А.А. Технология механической обработки. JL: "Машиностроение", 1977. 462 с.

8. Основы технологии машиностроения. Под ред. В.С.Корсакова, М.: "Машиностроение", 1977. 416 с.

9. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. JL: Машгиз, 1947. 516 с.

10. Ю.Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. JL: Машгиз, 1947. 516 с.

11. П.Беспалов Б.Л., Глейзер Л.А., Колесов И.М., Латышев Н.Г., Соловьев С.Н., Тимирязев В.А., Чарнко Д.В., Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. М.: "Машиностроение", 1973. 447 с.

12. Фираго В.П. Основы проектирования технологических процессов и приспособлений. Методы обработки поверхностей. М.: Оборонгиз, 1973. 468 с.

13. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении. Под редакцией чл.- кор. АН БССР Г.К. Горонского, Москва "Машиностроение", 1976. 240 с.

14. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

15. ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. 35 с.

16. Мордвинов Б.С. Новый метод расчета операционных размеров и допусков. Автореф. дисс. на соис. уч. ст. к.т.н. М.: Станкин, 1992. 17с.

17. РТМ 23-61. Методика расчета размерных цепей. М.: Изд-во стандартов, 1967. 43 с.

18. Матвеев В.В., Войков Ф.И. Размерный анализ технологических процессов механической обработки. Челябинск, ЧПИ, 1974. 125 с.

19. Матвеев В.В., Войков Ф.И., Свиридов Ю.Н. Размерный анализ технологических процессов изготовления деталей машин. Челябинск, ЧПИ, 1977. 48 с.

20. Балакшин Б.С. К вопросу об использовании теории размерных цепей при разработке и выполнении технологических и производственных процессов. Труды кафедры технологии машиностроения. М.: Московский станкоинструментальный институт, 1957. с. 3-9.

21. Балакшин Б.С. Роль размерных цепей и компенсаторов приконструировании машин. "Машиностроение", № 10, 1933. с. 5-9.

22. Балакшин Б.С. Размерные цепи и компенсаторы. M-JL: Росмаштехиздат 1934.41 с.

23. Балакшин Б.С. Основы расчета размерных цепей. ЭСМ, т. 5. М.: Машгиз, 1947. с. 100-113.

24. Балакшин Б.С. Размерные цепи. Основные понятия и определения. М.: ЦБТИ, 1954. 26 с.

25. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.: Машгиз, 1961. 369 с.

26. Дунаев П.Ф. Размерные цепи. М.: Машгиз, 1963. 308 с.

27. Иванов В.В. Практика расчета размерных цепей в машиностроении. М.Киев, Машгиз, 1960. 92 с.

28. Иващенко И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации. -М.: "Машиностроение", 1976. 222 с.

29. Полещенко П.В., Чернов Г.Г. Допуски и размерные цепи в сельскохозяйственных машинах. -М.: ГНТИ,1963. 193 с.

30. Полещенко П.В. Некоторые особенности суммирования допусков во взаимосвязанных цепях, ВИСХОМ, выпуск 16. -М.: ЦБТИ, 1957.

31. Пузанова В.П. Размерный анализ и простановка размеров в рабочих чертежах. М.- JL: Машгиз, 1958. 196 с.

32. Кован В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении. М.: Машгиз, 1953.207 с.

33. Плоткин И.В. Операционные припуски и допуски на механическую обработку. -М.: Машгиз, 1947. 157 с.

34. Коганов И.А., Станкеев А.А. Расчет припусков на механическую обработку. Тула: Тульский политехнический институт, 1973. 192 с.

35. Шевелев А.С., Кащеев Н.А. Расчеты операционных размеров механической обработки деталей. Труды научно технической конференции по внедрению прогрессивной технологии в машиностроении. Куйбышев, 1956. с. 78-85.

36. Шевелев А.С., Федорченко Г.П. Определение погрешностей расположения поверхностей при обработке детелей. ИВУЗ, "Авиатехника", 1961, № 3. с. 74-83.

37. Колесов И.М. Установление операционных допусков с помощью технологических размерных цепей. Станки и инструмент. М.: Машгиз, 1962. с.15-18.

38. Матвеев В.В., Бойков Ф.И. Расчет припусков и операционных размеров технологических процессов механической обработки. Челябинск, ЧПИ, 1970. 116 с.

39. Матвеев В.В., Бойков Ф.И. Расчет операционных допусков и припусков при проектировании технологических процессов. Челябинск, ЧПИ, 1977. 47 с.

40. Автоматизация проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства в машиностроении. Т. I. Под общей редакцией О.И. Семенкова. Минск, "Высшая школа", 1976. 352 с.

41. Зарубин В.М., Капустин Н.М., Павлов В.В., Старовойтов Г.П., Цветков В.Д. Автоматизированная система проектирования технологических процессов механосборочного производства. М.: Машиностроение, 1979. 247 с.

42. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. М.: "Машиностроение", 1976. 288 с.

43. Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. -М.: "Машиностроение", 1972. 240 с.

44. Челищев Б.Е., Боброва И.В. Автоматизированные системы технологической подготовки производства. -М.: "Энергия", 1975. 136 с.

45. Бруевич Н.Г., Боброва И.В., Челищев Б.Е. Методические основы технологического проектирования при автоматизации решения. Сб. "Моделирование задач машиноведения на ЭВМ", М.: "Наука", 1976. с. 3-17.

46. Бруевич Н.Г., Челищев Б.Е., Боброва И.В. Вопросы автоматизации технологического проектирования. Сборник трудов НИАТа № 381 "Вопросы автоматизации технологического проектирования". М.: НИАТ, 1978. с. 8-24.

47. Ситников А.А. Технологическое обеспечение точности изготовления деталей с износостойкими покрытиями: Автореферат. Барнаул, 2004. 47

48. Васильев М.Г., Галлиев И.И., Васильева Т.Н. Выбор толщины направляемого слоя с учетом взаимосвязей операций технологического процесса . Сварочное производство. 1997 №3 С. 14- 16.

49. Харламов Ю.А. Методика расчёта толщины покрытия // Сварочное производство. 1987, №9 - с. 9 - 11.

50. Татаркин Е.Ю., Федорова Н.П., Ситников А.А. Определение межоперационных размеров при изготовлении деталей с покрытием. Сварочное производство. 1991, №12 - с. 5 - 6.

51. Кулагин С.П., Леонов С.Л., Новосёлов Ю.К., Татаркин Е.Ю. Технологическое обеспечение качества деталей с износостойким покрытием. Новосиб.: Изд-во Новосиб. Ун-та, 1993. 209с.

52. Кулагин С.П. Повышение эффективности изготовления деталей с износостойкими керамическими покрытиями выбором рациональных условий алмазно-абразивной обработки. Автореферат. Саратов: Издательство СПИ, 1987. 17с.

53. Сердобинцев Ю.П. Технологические методы обеспечения требуемых свойств поверхностного слоя сопряжений технологического оборудования. Автореферат. М: МГТУ «СТАНКИН», 1991. 42 с.

54. Фрохт М.М. Фотоупругость. Т.2. М., Л.: Гостехиздат, 1950. 248 с.

55. Кокер А. Файтлон М. Оптический метод распределения напряжений. М.: ОНТИ, 1936. 106 с.

56. Трубин Г.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колёс. М.: "Машиностроение", 1962. 384 с.

57. Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надёжность машин. -Высшая школа, 1988. 182 с.

58. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Механическое изнашивание сталей и сплавов. -М.: Недра, 1996. 366 с.

59. Петрусевич А.И. Зубчатые и червячные передачи. Энциклопедический справочник т.2, М.: "Машиностроение", 1972. 342 с.

60. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. М.: "Машиностроение", 1979. 462 с.

61. Верещака А.С., Табаков В.П. Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойкими покрытиями. Учебное пособие. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 184 с.

62. Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования. -Дисс. На соискание уч. степени д.т.н. М.: Мосстанкин, 1985.- 405с.

63. Косов М.Г., Кутин А.А., Саакян Р.В., Червяков JI.M. Моделирование точности при проектировании технологических машин: Учебное пособие. М.: МГТУ «Станкин», 1997. - 104с.

64. Мяченков В.И., Мальцев В.П., Майборода В.П. и др.; Под общ. Ред. В.И. Мяченкова-М.: "Машиностроение" 1989. -520с.

65. Зенкевич О. Метод конечных элементов в техники. -М.: Мир, 1975. -542с.

66. Сегерменд JI. Применение метода конечных элементов.- М.: Мир, 1979. 392с.

67. Секулович М. Метод конечных элементов -М.:Строиздат, 1993.-564с.

68. Штаерман И.Л. Контактная задача теории упругости. М.: Гостехиздат,1949.-272с.

69. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. -М. Машиностроение, 1971. -264с.