¬аше окно в мир —јѕ–
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

6 феврал€ 2017

»спользование программного комплекса T-FLEX PLM и возможностей 3D-печати дл€ проектировани€ оснастки испытательной установки

јлексей ѕлотников, ёрий  учковский, —ергей ‘едотов

ќт редакции isicad.ru: ѕо представлению компании Ђ“оп —истемыї воспроизводим статью, ранее опубликованную в журнале Ђ—јѕ– и графикаї, €нварь 2017. Ёту статью можно рассматривать, в частности, в качестве иллюстрации к статье Ђ»нженерный анализ средствами T-FLEXї.

јвторы: ј.ѕлотников Ч инженер компании “оп —истемы, ё. учковский Ч магистрант кафедры обработки материалов давлением и аддитивных технологий ћосковского политехнического университета, —. ‘едотов Ч генеральный директор ќќќ Ђ”ниверсальное техническое обслуживаниеї

÷елью проекта €вл€етс€ проектирование лабораторной установки дл€ исследовани€ р€да физических характеристик исследуемого материала методом одновременного трехосного сжати€ образца кубической формы силой до 100 т.

ƒл€ реализации проекта использовались программные продукты комплекса T-FLEX PLM Ч T-FLEX CAD и T-FLEX јнализ.

»сходные данные дл€ решени€ задачи

¬ качестве исходных данных дл€ проектировани€ и расчетов использовались эскизы и наброски рабочих плит и станины в сборе, предоставленные главным инженером проекта, а также предполагаемые технические характеристики проектируемой установки:


Ќаибольшее рабочее давление в системе гидропривода, ћпа20
Ќаибольша€ сила сжати€ по каждой из осей нагружени€, Ќ1х106
Ќаибольший рабочий ход нажимных плит, мм12
Ќаибольший холостой ход нажимных плит, мм150
Ќаибольша€ скорость перемещени€ одной нажимной плиты (при неподвижных двух других плитах), мм/с16
Ќаибольша€ скорость перемещени€ нажимных плит (при одновременной работе трЄх цилиндров), мм/с5
Ќаибольша€ частота генерации функции нагружени€, √ц0,2
–азмеры исследуемых образцов, мм40 х 40 х 40
50 х 50 х 50
ƒавление в сети, атм300
’од, мм120


 роме того, к конструкции предъ€влены следующие требовани€:

  • максимальное отклонение осей штоков гидроцилиндров под нагрузкой Ч не более 40Ф, что соответствует смещению 0,05 мм относительно геометрического центра испытуемого образца;
  • масса конструкции (установки) должна быть оптимальной, cоразмерной ее силовым параметрам;
  • конструкци€ должна обеспечивать удобство ее обслуживани€, максимально возможный эксплуатационный ресурс;
  • конструкци€ должна выдерживать среднее количество циклов нагружени€;
  • конструкци€, по возможности, должна быть изготовлена из наиболее распространенных конструкционных материалов.
Ќа рис. 1 представлен пример прототипа конструкции установки.
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 1.  онструкци€ установки Ч прототипа проектируемой испытательной машины

ѕроектирование оснастки испытательной установки в T-FLEX CAD с использованием параметризации

¬ результате проектировани€ в T-FLEX CAD была создана 3D-модель оснастки испытательной установки. ‘рагменты выполнены параметрическими, созданы окна диалогов управлени€. Ёто позволило ускорить работу по оптимизации геометрических размеров и формы элементов конструкции (рис. 2 и 3), а также существенно ускорить выполнение прочностных расчетов в модуле T-FLEX јнализ.
TFLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 2. 3D-модель оснастки испытательной установки

T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 3. ѕараметрический 3D-фрагмент

–асчет и оптимизаци€ конструкции оснастки испытательной установки на прочность в T-FLEX јнализ

 онечно-элементный расчет конструкции установки выполн€лс€ в два этапа: 1. ѕроверка прочностных характеристик спроектированной установки Ч оптимизаци€ весовых характеристик и подбор материала исход€ из его физико-механических свойств и доступности на рынке.

2. »змерение углов изворота осей гидроцилиндров под нагрузкой.

Ќа первом этапе конструкци€ нагружалась силой 100 т по каждой оси цилиндра, имитирующей сжатие испытываемого образца (рис. 4).

T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 4. —хема нагружени€ плит при  Ё-анализе, поверочный расчет

ѕри выполнении расчетов принимаютс€ следующие допущени€ и упрощени€:
  • материал конструкции принимаетс€ изотропным, неточности сборки, сварки, концентраторы напр€жений, вызванные идеальной геометрией модели, и дефекты материала в расчете не учитываютс€;
  • сварные швы в рассматриваемой конструкции при расчете замен€ютс€ Ђжесткой св€зьюї между свариваемыми элементами. ¬ этом случае тела рассматриваютс€ как св€занные; перемещени€ грани одного тела без каких-либо ограничений передаютс€ гран€м другого тела;
  • расчет прочности конструкции проводитс€ по пределу текучести материала, соответствующему напр€жению, при котором начинаетс€ пластическа€ деформаци€ материала;
  • прочность конструкции оцениваетс€ величиной коэффициента запаса прочности по эквивалентным напр€жени€м ( .«.ѕ.). ѕо техническому заданию  .«.ѕ. должен быть не менее 1,5.
Ќа основе 3D-модели была построена расчетна€ конечно-элементна€ модель, заданы контактные услови€ и услови€ нагружени€, выполнен поверочный расчет модели, выполнена обща€ оценка прочности конструкции (рис. 5).
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 5. ќценка коэффициента запаса 1-го варианта конструкции

¬ результате поверочного расчета было прин€то решение внести изменени€ в конструкцию оснастки: добавлены боковые вырезы дл€ облегчени€ доступа внутрь и фланцы, которые придали дополнительную жесткость и позволили построить более точную 3D-модель (рис. 6), а также составить новую расчетную схему (рис. 7). ¬ качестве материала была выбрана сталь 45 (рис. 8), обладающа€ достаточными прочностными характеристиками.
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 6. ќптимизированна€ 3D-модель оснастки испытательной установки

T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 7. —хема нагружени€ плит при  Ё-анализе, оптимизированна€ модель

T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 8. ‘изико-механические свойства стали 45, библиотека материалов T-FLEX CAD

Ќа рис. 9 и 10 представлены результаты конечно-элементного анализа доработанной конструкции оснастки испытательной установки.
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 9. Ёпюра распределени€ коэффициента запаса по эквивалентным напр€жени€м дл€ оптимизированной конструкции; min.  .«.ѕ. не менее 1,5

T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 10. Ёпюра распределени€ перемещений по толщине деталей, мм

Ќа втором этапе расчетов выполн€лось измерение углов изворота осей гидроцилиндров под нагрузкой. ƒл€ этого на каждом цилиндре были установлены датчики, как показано на рис. 11.
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 11. —хема расчета углов изворота осей гидроцилиндров под нагрузкой

ѕо указанной схеме были рассчитаны углы изворота осей. ¬ процессе конечно-элементного анализа с датчиков были сн€ты показани€ перемещений и записаны в переменные. ѕосле этого был создан диалог управлени€, через который были посчитаны суммарные углы изворота (рис. 12).
TFLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 12. —писок переменных дл€ расчета углов изворота и пользовательский диалог

ѕо результатам расчета значени€ углов изворота оказались меньше предельно допустимых, что подтвердило правильность выбранной конструкции.

3D-печать прототипа оснастки дл€ проверки схемы сборки

ѕосле проведени€ завершающих расчетов возникла потребность проверки собираемости конструкции. ƒл€ этого была использована 3D-печать на установке Designer PRO 250 компании PICASO 3D. ћодель была проверена и экспортирована в STL-формат средствами T-FLEX CAD через диалог 3D-печати (рис. 13).
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 13. Ёкспорт сборки в STL-формат дл€ 3D-печати

STL-файлы были загружены в KISSLicer дл€ создани€ траекторий.

ѕараметры 3D-печати:

  • скорость, внешний периметр Ч 40 мм/с;
  • скорость заполнени€ Ч 100 мм/с;
  • толщина сло€ Ч 0,25 мм;
  • среднее врем€ печати 1-й детали Ч 5-6 ч.
Ќа рис. 14 представлены результаты 3D-печати оснастки испытательной установки в масштабе 1:5. ¬ качестве основного материала модели использовалс€ PLA-пластик, в качестве материала поддерживающих структур Ч PVA-пластик. ѕрототип оснастки был довольно легко собран и помог визуально пон€ть и отладить схему сборки, что было отражено в технических требовани€х конструкторско-технологической документации на спроектированную оснастку.
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 14. –езультаты 3D-печати на 3D-принтере Designer PRO 250

—оздание комплекта конструкторско-технологической документации дл€ производства опытного образца

¬ результате проведенных работ был подготовлен комплект конструкторско-технологической документации дл€ производства опытного образца оснастки дл€ испытательной установки (рис. 15).
TFLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис.15. —борочный чертеж оснастки дл€ испытательной установки

Ѕыли использованы инструменты дл€ автоматического создани€ спецификаций, анимаци€ сборки конструкции (выгружена в 3D PDF) Ч дл€ повышени€ нагл€дности сборочного процесса и предотвращени€ ошибок на производстве, функци€ создани€ реалистичного изображени€ Ч дл€ формировани€ отчета дл€ заказчика (рис. 16 и 17). ¬ насто€щее врем€ ведутс€ работы по подготовке к производству опытного образца.
T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 16. јнимаци€ сборки оснастки, выгруженна€ в 3D PDF

T-FLEX проектирование оснастки испытательной установки

–ис. 17. –еалистичное изображение оснастки (технологи€ Optix)

«аключение

Ѕлагодар€ широкому набору инструментов, уникальному параметрическому функционалу, а также полной интеграции системы T-FLEX CAD с системой прочностных расчетов T-FLEX јнализ, конструкци€ универсальной установки была разработана в достаточно сжатые сроки. Ќе менее важным €вл€етс€ и то, что с помощью T-FLEX CAD стало возможным создание твердотельного прототипа оснастки, а также автоматизированное получение полного комплекта конструкторско-технологической документации дл€ производства опытного образца.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ќадо ли жалеть свои мозги?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2023 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.