青华模具培训学校

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

青华模具培训学院
查看: 2805|回复: 1

锤上空心类自由锻件锻造工序选择的计算判别方法及 流程图设计

[复制链接]
发表于 2009-11-12 13:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
1 引言
  我国在锤上自由锻计算机辅助工艺过程设计(锻造CAPP)系统开发方面已有十多年的历史,很多科研院所和生产企业都开发出了功能各异的CAPP系统。但到目前为止,这些系统基本上还是停留在半创成型阶段,如工艺过程的选择、工序尺寸的确定等,都有赖于操作者的经验来决定,离创成型还有一定的距离。原因在于锻件的形状千变万化,锻造工艺的确定是一个复杂的过程,要建立一套适用范围广泛、又具有很强的指导性的完善的工艺专家系统,存在一定的困难。但是,就某些特定的类型而言,尽可能地接近创成型CAPP的目标,还是可以做到的。如凸肩法兰类锻件、空心类锻件等。本文以空心类锻件为例,对建立它的锻造工序选择工艺专家系统进行介绍。
2 锻造工序的选择说明
  在CAPP系统中,锻件图的生成、余量与偏差的选用、材料规格的确定、材料定额的计算等等,都比较容易实现,而对锻造工人的操作具有指导意义的工序选择、工序尺寸确定等工艺专家系统中最重要的部分,却是难度最大的。有文献[2]介绍过空心类锻件采用预估坯体积的办法来确定,应该肯定,这种方法是有效的,但具有局限性。一方面,预估就必须假定一些条件,这些假定条件与实际情况可能存在一定的误差;另一方面,该文也只给出了4类一般性的工序选择。7 @- r# R" O7 ^2 m4 _' I
  实际上,在这类锻件的工艺设计中,不需预估就可以确定它的工序选择。方法如下:
3 v7 L2 N3 i! q7 H  在计算机屏幕上,显示图1所示图形,图中的直线和曲线分割构成13个小的区域,每一个区域都代表了一种确定不同的锻造工序的方法。不妨给每一个区域进行编号,为01~13号,各区域所代表的锻造工序方案见表1(注:在这种方法中,图1中的a、b、c...、u、v、w、(1)、(2)等符号是不存在的,符号的意义见下文)。
001.gif
图1 锤上空心类自由锻件锻造工序方案选择
表1 锤上空心类锻件锻造工序方案的选择
区 域锻造工序方案
01
- x5 @; J# t+ t/ S' T* F02
3 C) Z) R$ f% @2 {3 u03
% V6 y8 p/ ?8 q$ V5 {. w042 Z7 m4 Z% @$ G
057 y3 |/ t) r7 m0 [( l/ ]# {. z+ \
060 w# m" \' I- @( F& A% J+ y
07
5 U; L4 k. ?  ]8 r082 ?3 I) t5 n, p* d
09. X4 A. {  [% l3 l/ _
10
: ]6 A7 I( L/ z: r11
; G1 M  [* E- T+ u( U4 f. x8 A12; x$ Q; i) L4 {" t' j" N
13
冲孔/ c! s( m7 R/ X3 D7 K. X1 G
单面冲孔
' g: f4 a- y) V( Y! ^& l5 W冲孔—冲头扩孔
; [$ v7 n! r: Y# _" e冲孔—芯棒扩孔—再镦粗或数件合锻
5 Z3 I: W; U4 W: B5 n" v: z# f冲孔—芯棒扩孔8 ~# Z; ~  h2 w
冲孔—冲头扩孔—芯棒扩孔5 e/ j+ M; w) F
冲孔—冲头扩孔—冲头拔长—芯棒扩孔
7 X3 U3 z, d+ r& L' c6 u# C' ~冲孔—冲头拔长或深冲孔—冲头扩孔—冲头拔长$ E8 W% U7 w. x' r9 i" ?" o
冲孔—冲头扩孔—芯棒拔长& x3 C$ L7 m( t0 u" w
冲孔—芯棒拔长
- a0 x; \, ^3 c0 [' [冲孔—冲头扩孔—芯棒拔长—缩孔
* F! V$ s9 |8 \冲孔—芯棒拔长—缩孔5 V. r5 U8 V6 F4 a9 b
不锻出孔的区域
) l, i, t6 ], [
  当锻件尺寸得出时,D/d和H/d的数值就确定了,此时可以在图1中显示出它的坐标位置,锻造工艺人员由此可以选定锻件的锻造工序,这种方法的好处是直观明了,只需少量的人机交互操作即可完成锻造工序的选择。% A8 g6 X2 \& E  ^4 ?/ s5 F
  为了使CAPP向创成化方向发展,还可以建立一种更快捷的通过计算判别的方法,实现这种方法的前提条件是必须将图1解析化,以便于编出程序,使计算机自动完成计算判别并输出结果。
3 锻造工序的计算判别解析化) x# a# N" U! p5 g' |
  锻造工序选择是锻造工艺过程设计中的一个很重要的方面,为了在计算机上自动完成计算判别,对图1的解析化工作就是要拟合出图中的每条直线和曲线的数学方程,而后作出流程图。$ B9 n# P0 X! y( G6 A) M. c
  在图1中,每一条直线的教学方程都可以比较容易地拟合得出,而几条曲线的数学方程,则应以保证曲线的计算精度为原则,通过一定的数学方法进行推导,然后加以验证、比较,再决定采用何种方式来拟合。
( L) I0 k, s% Q( o& ^  R3.1 直线的拟合方程
0 g" T1 r+ j! D) e. `  令D/d=x,H/d=y& b3 K  B3 y* I* x# }$ L: a. z
  对于每一条直线,都可以选定直线上的两点,取它们的坐标值(x1,y1)、(x2,y2),则直线的拟合方程为:
! ]: x: A+ z4 A9 u! p
y=y1+[(y2-y1)/(x2-x1)](x-x1)
  直线经拟合后,上式就是一次函数直线的一般方程:" V" M# L% {- P8 J
y=ax+b
  具体的拟合结果在表2中列出。
$ a3 r# L: g# r; ?
表2 空心类锻件工序设计判别曲线拟合方程表

" ]" K8 p3 U3 M  j  p, q
线名实际0 [( m, R5 x* ?% S# R6 O  ]7 U
线型
拟合
0 Y! j  q+ \$ y4 Q9 w: N; [线型
   定义域   拟合方程
a
1 b9 i" ]  e5 L  ub
) D, }  C; c" j# Y9 `; |( pc3 d( M2 x* t  z6 R- U: H5 r# b& h1 m; l1 q
d0 E% \- p8 I& Y% }
e
+ V: l) G; A4 _0 n7 Nf
, r" K  y. Y3 G2 l( m; F! @3 |8 Fg
2 W8 x: K5 g  m# r  |3 p: sh
* n; a% G% L2 Ci
3 x4 ~0 ~3 Z  d$ E; Y& B  `! w; `( [j9 j9 E. w1 a6 v0 W1 ?( z
k2 G+ x) x, i$ `- F  [, m
l
, c1 G" |5 y2 q+ j! vm( }1 v6 v2 l% F8 f+ v, C
n* X) h) s% K+ a# d; _0 l! e
o
* J4 g' }: |% n' q( K) Bp
1 s' p, L: c# m/ W9 \+ S& hq3 f8 z! o" Q- ^/ ~7 v$ B
r/ [$ A& w% w+ O3 p
s- O5 D5 p& W0 p( N; f+ e
t
/ o5 k+ k" m7 Z- \u
; k: N& x" i& B4 U+ s0 h( J% Kv& Z6 t( d1 w& B9 m4 `9 s
w
直线
, j( Z# a  Y% L" N曲线# k) E: b8 p( L2 L1 |
曲线
' D6 B: Z; Y% S, R! M9 h" O直线
+ N( \* u7 N6 W5 E# G直线
5 o) j9 s! E: c1 G: @" ]直线5 y8 T0 h' z* d( o# {5 U
直线6 |1 u) e& D1 D4 T
直线
$ k; O% _5 @! L1 i0 Q8 U直线
' I3 L9 c6 i0 Y; H# p& K1 P直线
7 ^, \/ q: i6 M直线/ x1 m5 C$ N# |' h9 m
曲线+ u" O7 m/ ?& K# i3 X+ Z  ^  W
直线
) F+ U7 s# \. k: C6 F曲线, b. ~) B! Y. s% Y. K- N' h- Z% a- v
曲线
5 K. \, g4 b2 ^6 b曲线7 r2 Z/ s. |1 O7 l% ]; P
曲线( r" V8 ~* I( ]" G' y! t
曲线8 z* B/ `! _& [" O# \; ]# D
曲线
% ^- U6 I* x1 \曲线
# I* t5 h8 o  a& I曲线
1 ^& j) y) g% ]4 `; R" b曲线% q! K# _" L8 I; j
曲线
直线
* z$ R# Q/ D# B3 O, X直线
. S# _1 k7 t5 {0 `& Z1 t直线
# B6 \% ?" }6 A' @8 A( R' L( O直线- O( a4 X* h1 e8 q% N8 H& z3 c
直线( K7 U1 {6 `8 t- C  n+ G, @
直线
$ y8 J' U4 U7 p8 u1 D$ S直线3 ]6 V" a: G( z1 H3 O* W3 {  `
直线
4 [. m! m  O8 K+ G, C直线
+ A. H' f3 b: [; ~1 m直线  v# o# h9 E. [& W4 g! ^
直线
2 M! D0 @+ I- `2 Y直线& ]2 {) Y' Y5 W( N4 ~' I1 n
直线1 Z  `" q# j* l; S* Y! C  u
直线
1 d1 F, f7 e+ d  {直线
: W7 P8 ~% A# p& }直线
: G& f9 l9 b( x4 [) U1 \% b直线
7 Q" O& Z+ N4 M/ }; K直线
4 U5 R7 f* a& L$ Q, x直线6 h: f: a7 d0 L* O- c, ~/ c& t5 e
直线
  m- S7 W. x5 O) `, I; q直线% S( z4 ^. f% f# W9 S
直线
# L; }  u% z/ `& i直线
x∈[1,8]
3 m5 V* N1 ~) {  Yy∈[0,0.3125]0 `1 b7 s) Q/ h/ Y0 c: ?; e# B1 }
x∈[1,1.7], s2 r6 w4 m9 _6 t0 E1 U; Z
x∈[1,1.7]- {$ A; y9 p7 h) f6 s4 D
x∈[1,1.7]' H" {9 t& v3 f; F, M1 A$ f
y∈[0.2125,1.7]
9 ]. C5 T5 P3 N  B" Gx∈[2.5,3]
; \0 f  X* v7 Xx∈[4,8]
; |& g/ G1 M  V( g9 N4 ex∈[3.2,4]
5 S* M0 D2 e) T& ex∈[1,8]
& P$ N8 \* Y( s* {' {0 wx∈[1,5.333]: M1 X4 @5 k6 y$ d/ |
x∈[1.54,1.7]
* H# ^8 c* N9 H  y' f3 M) R7 px∈[1,2.75]5 l2 i3 P1 d0 ]$ v
x∈[2.5,2.84]
! A+ g% ?& g- Q& Q: tx∈[2.84,3.15]& k* K4 b8 c& i; V
x∈[3.15,3.34]
" ]" b+ o5 X; v' L: D6 b5 z: px∈[3.34,3.6]$ H+ L- t; \  d7 ^6 N: K# y
x∈[3.6,3.8]) P% ?# G6 P& `4 S& Y2 x1 n8 _
x∈[3.8,4]
1 G3 ]9 o) X( D! s6 d* j* _8 e+ O# Oy∈[7,8]
" L# t- k% z7 g5 dx∈[2,2.14]3 W8 j' Q/ L# n) Y9 x7 O
x∈[2.14,2.32]: f5 w. F1 S  t1 X. ^5 m
x∈[2.32,2.59]
y=0.125x) [; c+ o$ _  P* |5 b! ]
x=2.5$ G& ?+ K$ O. j! k# M" [
y=0.3036x-0.3036+ ?  l- S2 y, h0 y; F! X
y=0.743x-0.6436 P7 j! W6 `; Y) b9 g
y=1.4571x-1.0571% \3 B9 T. ^- R& J/ `* e% Z
x=1.7
6 |& }) e1 R" K' _* gy=5.375x-13.125
8 ?) n! A" q: q8 g( d, y+ y$ oy=-0.35x+4.6
) w0 n0 u3 t+ P, q. T) |y=3.2
7 A; I3 w: j! b* y# Ty=x$ ^$ A5 q6 S- |; [8 }
y=1.5x6 Y+ i/ Q; r7 P6 \  f1 C" y& z
y=-3.8125x+8.18125+ w- q0 |0 f( @
y=6.5! q4 h0 }9 L& D3 n5 l- L, u
y=-5.882x+22.705
. O* I1 A+ [- A) S6 f; |y=-4.113x+17.681. X; z% P( M" P; P
y=-2.763x+13.429
4 u# d; X& n: H, N: \y=-2.3077x+11.9077
! n) f( F- w- T% g; M- Ay=-1.25x+8.1  a) D2 A$ N4 ]4 ?
y=-0.75x+6.2' m# |1 S, i+ N, B
x=25 P8 k$ Q/ ]; T  h+ X1 L
y=-8.333x+23.667
$ g% L4 M. z! I# }8 f/ s$ Xy=-5.556x+17.689
  L. i" U" I% b$ v4 ey=-3.407x+12.705
' o2 J2 e! t' m) S. j7 _
3.2 曲线的拟合方程
5 t* w: s7 }6 y; t# v0 }5 o3 O  先讨论五条曲线中的两条长曲线。
0 ?1 _- {, |  }: B  曲线(1)、(2)与二次函数中的抛物线类似,可以用二次函数进行拟合。数学方程可按如下方法推导得出:
7 ?: B9 u" Y* S9 C  令D/d=x,H/d=y  ~5 ]' R8 h) j6 f
  选定曲线上的三点,取它们的坐标值(x0,y0)、(x1,y1)、(x2,y2),则曲线的二次函数表达式为:

9 ]4 k5 R; {1 ?4 O2 x1 K( s
, B1 A5 X' J6 Q. r1 p( M  曲线经拟合后,上式就是二次函数抛物线的一般方程:! b, a+ J" z/ o! x+ [! p
y=ax2+bx+c
  按照这种方法拟合的二次函数表达式随三点取值的不同而略有不同,即a、b、c的数值不同,但y的计算结果相差不大。
, s: \3 |! Z% `  在拟合结果中,两条曲线有如下的表达式;
5 E$ M. u, W9 ^" k, Z9 |  曲线(1):y=2.167x2-18.102x+39.8180 ]3 \: C; [0 K- \) b
  曲线(2):y=5.017x2-29.925x+46.804* M; q* W- _$ g) n. r: Q
  对照图1上的坐标点,验证其精确度,以曲线(1)为例,x的取值范围为2.5~4,0 ~' T3 @# x: m5 c8 Q  u) s( o
  当x=2.5~2.6时,y的误差为0~+0.2;. {. @: r6 Y8 x0 x4 Y
  当x=2.6~2.84时,y的误差为0~-0.1;
5 f$ k* K3 u- U0 T9 Y! h" i  当x=2.84~4时,y的误差为-0.1~-1.1。5 G9 d% r  ~; W- A- D/ i
  由此看出,只有当x的值在2.6附近时,y的计算值才能满足精确度要求。其他取值范围都不太理想,尤其当x=2.84~4时,y的计算值误差过大,拟合的二次函数表达式根本不能使用。验证曲线(2)的精确度,结果与曲线(1)基本类似。7 Z5 Y7 ?+ _# y& @- c1 M9 j1 T
  这样就应该找到一种能确保精确度的方法,重新进行拟合。不妨设想,如果把两条曲线都分成若干段,使每一段都与直线逼近,把它们拟合成直线方程,再检验其精确度。只要分成的段数足够多,就可以使每一段基本上与直线重合,这样精确度就能得到满足。$ S4 L1 o% H0 f  Q0 q
  按照这种思路,将曲线(1)分成n、o、p、q、r、s共6段,将曲线(2)分成t、u、v、w共4段,再分别建立直线方程,见表2。检验其精确度,误差均小于0.1,可见这些直线方程已经能够满足使用要求。需要说明的是,将曲线分成多少段,分法并不是唯一的,只要能够确保精确度就行。( A2 q% L: q: D8 m
  五条曲线中,曲线b、c、l的长度较短,按照上述方法,允许用一次函数直线代替。拟合结果在表2中列出。
! R% p# `* {; T
4 锻造工序的计算判别方法及流程图设计" f. x, l" B; c7 S
  在拟合出所有直线和曲线的数学方程后,即可建立起锻造工序选择的计算判别方法,并且根据这个方法绘制出流程图,供程序设计用。图2中列出了01~08区和部分13区的判别流程图。限于篇幅,09~12区和部分13区的判别流程图未详细介绍,但根据图1和表2就不难绘出这些区域的判别流程图(图2)。% b0 r6 a% c1 ]! a9 B  \
图2 锤上空心类锻件锻造工序选择计算判别流程图
  绘出了锻造工序计算判别的流程图,就可以用计算机高级语言(如C语言)编出程序,自动完成锻造工序的判别并输出结果。& t& n& I' P9 L) T, _
  另外,锻造工序确定以后,各个工序的工序尺寸确定也至关重要。只有确定了工序尺寸,锻造工人才能按图进行操作。只要将与之相关的工艺知识综合运用起来,就可以建立这方面的工艺专家系统。关于如何建立该系统,此文不再介绍。
发表于 2009-11-12 15:08 | 显示全部楼层
我们国家的锻造工艺还普遍非常落后,数控自动化水平不高,锻打出来的毛坏精度都很难达到,切边大导致外观也不好看,能源消耗也非常大……
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

QQ|关于我们|sitemap|小黑屋|Archiver|手机版|UG网-UG技术论坛-青华数控模具培训学校 ( 粤ICP备15108561号 )

GMT+8, 2025-2-19 07:11 , Processed in 0.071329 second(s), 25 queries .

Powered by Discuz! X3.5 Licensed

© 2001-2024 Discuz! Team.

快速回复 返回顶部 返回列表