ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность

БК Автоматизированные системы управления и кибернетика

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ КРИВИЗНЫ ОСИ ТОРОИДАЛЬНОГО УЧАСТКА ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ В LABVIEW

E-mail Печать PDF

Автор: А.В. Пилипенко

1. Постановка задачи

В настоящее время перед машиностроительными предприятиями стоит задача повышения эффективности производства и качества изготовляемых изделий. Одним из вариантов решения этой задачи является использование формообразующих операций методами обработки металлов давлением (ОМД). ОМД позволяет снизить расход материала исходной заготовки, уменьшить количество технологических переходов. В ходе пластического деформирования изменяются механические, физико-химические свойства заготовки, что может оказывать влияние на качество деталей. Одним из распространенных способов ОМД является гибка. Однако, возникающие в ходе пластического формоизменения упругие деформации, оказывают отрицательное влияние на силовые режимы процесса и на качество изделия. Поэтому исследование процессов гибки является актуальной задачей.

Целью данной работы является расчет остаточного радиуса при гибке трубной заготовки. Такую схему гибки называют обкатка по копиру и используют в большинстве трубогибочных станков с программным управлением. Продукция, изготавливаемая по этой схеме, может иметь сложную форму, состоящую из различных участков - недеформированных и изогнутых (рис. 1).

Рисунок 1. Схема гибки трубы: 1, 2 – первый и второй переходы;

3 – обкатывающий ролик; 4 – копир

Требовалось разработать и создать программу, производящую динамический расчет остаточного значения кривизны оси тороидального участка трубной заготовки.

 

2. ВУЗ, кафедра, на которой внедрено решение

Решение данной задачи внедрено на кафедре «Автоматизированные процессы бесстружковой обработки» Орловского государственного технического университета в курсе исследовательских и лабораторных работ по дисциплинам «Теория пластичности», «Технологические процессы», «Теория обработки металлов давлением».

3. Описание решения

Для выполнения поставленной задачи был выбран графический язык программирования LabVIEW, т.к. он отличается простотой и наглядностью. А так же LabVIEW- специализированная среда разработки программного обеспечения для инженеров, потому что представляет операторы в виде графических блоков, привычных для любого конструктора. В LabVIEW имеется масса встроенных математических функций, которые позволяют решать модели различной сложности, представлять результаты в требуемом инженеру виде.

Рассмотрим процесс деформирования для различных групп материалов.

Механические свойства материалов, подвергающихся деформированию, представлены в таблице 1:

Группа

Марка

E, кг/мм2

n

A, кг/мм2

Сплавы алюминия

Д16М

7100

0,236

36,5

Д16T

6900

0,170

71,2

Сплавы титана

ВТ1

10500

0,1

90

ВТ14

11000

0,0985

141

Стали

10

20000

0,158

61,9

20

20000

0,161

74,8

35

20000

0,161

91

45

20000

0,170

109

30ХГСНА

20000

0,169

120

Примем диаметр трубной заготовки d, толщина стенки трубной заготовки: t1=d*0,1; t2=d*0,2; t3=d*0,3; t4=d*0,4, радиус копира R0.

Изгиб вызывает деформации ?? удлинения и сжатия в различных частях трубы, разграниченных на рисунке 1 ее осью, длина которой остается неизменной (рис.2). Деформациям ?? соответствуют растягивающие и сжимающие напряжения ??. Наибольшие и наименьшие деформации ?? = ± 0,5d/R0 испытывают волокна трубы, касающиеся обкатывающего ролика и копира. Радиусы этих волокон равны R0 ± 0,5d. Растягивающие деформации ?? могут привести к разрыву стенки трубы, а сжимающие – к образованию волн из-за потери устойчивости тонкой стенки.

>>

Рисунок 2. Деформации и перемещения в сечении трубы

Расчеты проводятся для всех материалов по одной схеме:

1.Определяем изгибающий момент по формуле (1):

>> (1)

2.Определяем момент инерции сечения трубы по формуле (2):

>> (2)

3.По формуле (3) определяем остаточное значение кривизны оси тороидального участка трубной заготовки (остаточный радиус):

>> (3)

4.Определяем относительный радиус по формуле (4):

>> (4)

Для автоматизации расчета остаточного значения кривизны оси тороидального участка трубной заготовки задачу разбили на несколько этапов:

На первом этапе производится ввод данных с помощью элементов управления. Одним из используемых элементов управления является Radio Buttons, позволяющий выбрать механические свойства нужного материала, которые занесены в блок case structure. Эти свойства являются входными данными для расчета изгибающего момента.

Следующим этапом является нахождение значения момента инерции сечения трубы.

Далее производится расчет двойного интеграла для нахождения изгибающего момента, при этом используется функции: Ramp Pattern, Sine, Power of X.

Одним из преимуществ использования программного обеспечения National Instruments является виртуальный характер расчета, а так же выдача результата в графическом виде, что повышает наглядность расчетов. В программе предусмотрена динамическая смена графиков и индикаторов при смене материала и толщины стенки трубной заготовки.

Автоматизация процесса расчета позволяет сделать выводы, что с увеличением толщины трубы остаточный радиус кривизны Rост уменьшается. Кроме того, он зависит от постоянных значений величин механических свойств материала, так, например, более мягкие материалы (например: алюминий) имеют меньший Rост.

На рисунке 3 представлен фрагмент лицевой панели работы программы для сплава алюминия Д16М.

>>

Рисунок 3 Лицевая панель программы с выбранным материалом

4. Используемое оборудование и программное обеспечение National Instruments

Среда графического программирования – LabVIEW 8.5.1

5. Перспективы внедрения и развития решения

Приведенная программа может быть внедрена на предприятиях машиностроительного комплекса, металлообрабатывающих предприятиях, нефте- и газовой промышленности. Ее использование позволит сократить время подготовки производства новых изделий, повысить эффективность технологического процесса за счет оптимального выбора усилия деформирования, непосредственно связанного с остаточными упругими деформациями, повысить качество изготавливаемых изделий.

Перспективным является разработка автоматизированной системы управления процессом деформирования с использованием систем машинного зрения компании National Instruments, которая позволит в режиме реального времени снимать показания радиуса гибки трубы, сравнивать их с расчетными и передавать управляющие воздействия на ход технологического процесса.

 

Поиск по сайту

Голосование

Какую среду программирования вы используете чаще всего?
 

Посетители