При проектировании технологического процесса профилирования гнутых профилей особую важность играют вопросы выбора углов подгибки и схемы формоизменения. Поэтому создание математической модели позволяющей решать такие задачи является достаточно актуальной задачей.
Математическая модель формообразования гнутых гофрированных профилей реализована в виде программного продукта – прикладной библиотеки для САПР-системы КОМПАС-3D v13.
Созданная прикладная библиотека предназначена для автоматизации расчёта и получения калибровок гнутых гофрированных профилей, что способствует ускорению освоения и внедрения в производство новых типов продукции.
Данный программный продукт позволяет значительно снизить время на математические вычисления и последующий процесс вычерчивания, путём задания геометрии желаемого профиля и в результате работы прикладной библиотеки получения готового чертежа калибровки профиля в системе КОМПАС-3D.
Математическая модель, лежащая в основе программы, включает в себя методику расчета калибровки, метод определения углов подгибки для каждого перехода, а также метод расчета массивов координат точек профиля для геометрической отрисовки и отображения результатов моделирования. Результатом работы программы является графическое отображение калибровки задаваемого профиля для каждого из переходов процесса профилирования.
Исходными данными для расчета являются:
— значения угла наклона гофров “α” на готовом профиле;
— значения радиуса закругления мест изгиба “r” на готовом профиле;
— значения длин прямолинейных участков гофрированного профиля.
Прикладная библиотека для КОМПАС-3D представляет собой модульную систему. Программа состоит из четырех подсистем, структурная схема программы представлена на рисунке 1. Блок- схема работы программы представлена на рисунке 2.
Рисунок 1. Структурная схема программы
Рисунок 2. Блок-схема работы программы
Подсистема для ввода исходных данных оборудования. Для получения результата работы разрабатываемой библиотеки в виде готового чертежа необходимо задать ширину исходной заготовки и параметры профилегибочного стана в соответствующем окне программы (рис.3). Для профилегибочного стана задаются следующие технологические параметры: ширина рулона, количество клетей, количество формующих роликовых пар для изготовления готового профиля на последней клети (по количеству гофров на готовом профиле).
Рисунок 3. Окно ввода данных оборудования
Также, наряду с задаваемыми вышеперечисленными параметрами, в данной подсистеме производятся по умолчанию расчеты возможных вариантов количества подгибок исходя из заданных параметров оборудования. Это является достоинством программы, так как предоставляется возможность сравнения и выбора в процессе работы сразу из нескольких вариантов технологического процесса производства профилей.
Подсистема для работы с данными из ГОСТа. Согласно ГОСТ 24045-94 сортамент профилей подразделяется на несколько типов по назначению: для настила покрытий (Н), для настила и стеновых ограждений (НС) и для стеновых ограждений (С).
В разработанной программе, так же как и в приведённом ГОСТе сортамент профилей группируется по назначению (рис.4).
Рисунок 4. Окно выбора сортамента профилей
Подсистема для конструирования новых разновидностей профилей. В данной подсистеме пользователю предлагается набор готовых геометрических конфигураций профилей. Первым этапом конструирования в библиотеке является выбор типовой формы гофрированного профиля с нормализованными параметрами, взятыми из сортамента по ГОСТ 24045-94. Вторым этапом является предварительный просмотр с возможностью корректировки автоматически заданных начальных значений геометрических параметров, если стоит задача получить сильно отличающуюся конфигурацию от предлагаемой в ГОСТ (рис.5).
Рисунок 5. Окно редактирования геометрии профиля
Подсистема для работы с графическим отображением результата расчетов на основе взаимодействия с графическим ядром КОМПАС-3D. Любое графическое изображение строится из графических примитивов. Графические примитивы могут быть такие как точка, отрезок, ломаная, дуга, кривая и другие. В графическом ядре КОМПАС-3D реализованы все графические примитивы, которые можно получить вызовом специальных функций готовых интерфейсов.
В данной подсистеме реализована отрисовка конечной калибровки гнутых гофрированных профилей на чертеже КОМПАС-3D с использованием специально разработанных алгоритмов для каждой конфигурации профиля с учетом четности или нечётности количества гофров на готовом профиле, а так же с учетом технологического процесса (типа формовки).
Результатом работы программы является калибровка профиля для всех технологических переходов (рис.6).
Рисунок 6. Калибровка профиля
Оценка результатов работы программы производилась путем сравнения их с параметрами калибровок на действующих станах предприятия «Ижторгметалл».
В качестве экспериментальных данных примем известные данные о углах подгибки действующих калибровок гнутых гофрированных профилей Н10, Н20, С35, С44, Н60.
Теоретическими данными будем считать значения углов подгибки, полученные в результате работы разработанной программы. Для этого потребуется ввести в программу значения геометрических параметров для профилей Н10, Н20, С44, Н60, С35.
Сравнение теоретических и экспериментальных данных углов подгибки представим таблицах 1–6 и виде графиков на рисунках 7–12. Графики построены при помощи MS Exel для калибровок каждого типа профиля.
Таблица 1
Углы подгибки профиля Н10
|
Номер перехода |
Экспериментальные значения угла подгибки, о |
Теоретические значения угла подгибки, о |
Разница, % |
|
1 |
24,47 |
16,4 |
33 |
|
2 |
48,38 |
33,43 |
31 |
|
3 |
52,47 |
52,47 |
0 |
Рисунок 7. Углы подгибки профиля Н10
Таблица 2
Углы подгибки центральных гофр профиля Н20
|
Номер перехода |
Экспериментальные значения угла подгибки, о |
Теоретические значения угла подгибки, о |
Разница, % |
|
1 |
19,48 |
17,72 |
9,03 |
|
2 |
40,38 |
36,2 |
10,35 |
|
3 |
57,43 |
57,43 |
0 |
Рисунок 8. Углы подгибки профиля Н20
Таблица 3
Углы подгибки кромок профиля Н20
|
Номер перехода |
Экспериментальные значения угла подгибки, о |
Теоретические значения угла подгибки, о |
Разница, % |
|
1 |
10 |
13,25 |
24,53 |
|
2 |
20 |
26,8 |
25,37 |
|
3 |
40 |
41,12 |
2,72 |
|
4 |
57,43 |
57,43 |
0 |
- Рисунок 9. Углы подгибки кромок профиля Н20
Таблица 4
Углы подгибки профиля С44
|
Номер перехода |
Экспериментальные значения угла подгибки, о |
Теоретические значения угла подгибки, о |
Разница, % |
|
1 |
18,42 |
16,55 |
10,15 |
|
2 |
35,12 |
33,75 |
3,9 |
|
3 |
53,03 |
53,03 |
0 |
Рисунок 10. Углы подгибки профиля С44
Таблица 5
Углы подгибки профиля Н60
|
Номер перехода |
Экспериментальные значения угла подгибки, о |
Теоретические значения угла подгибки, о |
Разница, % |
|
1 |
20,3 |
15,77 |
22,31 |
|
2 |
39,7 |
31,92 |
19,6 |
|
3 |
60,03 |
49,25 |
17,96 |
|
4 |
71,38 |
71,38 |
0 |
Рисунок 11. Углы подгибки профиля Н60
Таблица 6
Углы подгибки профиля С35
|
Номер перехода |
Экспериментальные значения угла подгибки, о |
Теоретические значения угла подгибки, о |
Разница, % |
|
1 |
13,75 |
12,78 |
7,05 |
|
2 |
27,50 |
25,83 |
6,07 |
|
3 |
41,25 |
39,56 |
4,09 |
|
4 |
55,00 |
55,00 |
0 |
Рисунок 12. Углы подгибки профиля С35
Анализ графиков показывает хорошую сходимость для профилей Н20, С44, С35, что говорит об адекватности разработанной математической модели и работы созданной на ее основе программы.
Анализ производственных дефектов профилей Н10 и Н60 показал, что в зависимости от механических свойств заготовки периодически проявляются дефекты связанные с жестким режимом деформирования. Это объясняет существенные расхождения производственных и теоретических данных.