Повышение эффективности подготовки специалистов в области переработки пластмасс за счет внедрения в дипломное проектирование систем CAD/CAM/CAE

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ И НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
УДК 678.5. 05
С. С. Ахтямова, В. В. Курносов, Ю. В. Перухин ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ В ОБЛАСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАСС ЗА СЧЕТ ВНЕДРЕНИЯ В ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ САБ/САМ/САЕ
Описаны содержание и структура специальной компьютерной подготовки, осуществляемой на кафедре технологии переработки полимеров и композиционных материалов для специальностей 24 050 265 — Технология переработки пластмасс и эластомеров и 26 120 165 — Технология и дизайн упаковочного производства. В качестве примера рассмотрена дипломная работа, в которой были использованы системы САБ/САМ/САЕ.
Информационные технологии интенсивно проникают во все сферы деятельности человека. Многие современные производства по переработке пластмасс оснащены системами автоматизированного проектирования, которые позволяют быстро и качественно проектировать и изготавливать новые полимерные изделия. Поэтому для работы в таких производствах требуются специалисты высокой квалификации.
Современный инженер-технолог должен профессионально применять новые информационные технологии в своей сфере деятельности, владеть методами решения конструкторских и технологических задач на основе компьютерного анализа проектируемого объекта.
В связи с этим меняются и требования к подготовке специалистов в вузах технологического профиля, где высокого качества подготовки невозможно достичь без внедрения в учебный процесс хорошо отлаженного механизма компьютерного обучения.
Кафедра технологии переработки полимеров и композиционных материалов Казанского государственного технологического университета в рамках специальностей 24 050 265 — технология переработки пластических масс и эластомеров и 26 120 165 — технология и дизайн упаковочного производства осуществляет компьютерную подготовку студентов по переработке пластмасс, начиная со 2 курса и заканчивая курсовым и дипломным проектированием, где компьютерные технологии имеют профессиональную направленность и призваны улучшить качество инженерной подготовки.
По степени сложности учебного материала процесс обучения студентов разделен на три этапа (табл. 1), каждому из которых соответствует определенный уровень владения программными средствами компьютера и выполняются определенные дидактические задачи.
I этап. Актуализация пропедевтической компьютерной подготовки.
На этом этапе студенты приобретают навыки работы с текстовыми и графическими редакторами, операционными системами, сервисными программами, а также обучаются основам проектирования и конструирования (выполнение чертежей, графиков, схем и т. д.). Наряду с пользовательскими навыками, студенты вырабатывают пространственное мышление, конструкторские навыки.
Таблица 1 — Содержание компьютерной подготовки инженеров-технологов
Общая компьютерная подготовка I этап Операционные системы Сервисные оболочки Г рафические редакторы Текстовые редакторы
Специальная компьютерная подготовка II этап Сети ЭВМ Компьютерное конструирование и проектирование Компьютерное моделирование Программирование и вычислительные процедуры
III этап Компьютерный инжиниринг Автоматизированное проектирование (САПР)
II этап. Проектирование, конструирование, моделирование, процессов переработки. С помощью специализированных компьютерных программ студенты обучаются проектированию, конструированию, моделированию процессов и производств переработки пластмасс. Здесь используются следующие программные продукты: AutoCAD, SolidEdge, CorelDraw и др.
III этап. САПР и компьютерный инжиниринг (анализ).
Задачей данного этапа является работа студентов в системах САПР и пакетах инженерного анализа (инжиниринга) для проектирования и оптимизации процессов переработки пластмасс. Здесь используются специализированные компьютерные программы по переработке пластмасс: Moldflow, C-Mold, Cimatron, Uniform и др.
Этот этап позволяет выработать у студента творческую активность, самостоятельность в принятии решений, профессиональную интуицию и его целесообразнее применять на заключительных этапах обучения, т. е. в курсовом и дипломном проектировании [1].
Рассмотрим подробнее содержание данного этапа, поскольку именно он вносит существенный вклад в профессиональную составляющую специалиста по переработке пластмасс.
Известно, что качество полимерных изделий достигается оптимальным выбором технологических параметров в процессе его изготовления, сбалансированной конфигурацией литниковой системы, системой термостатирования. Правильный выбор этих параметров возможен при использовании CAD/CAM/CAE-систем.
Современные системы CAE анализа процессов изготовления изделий из пластмасс литьем под давлением для расчета процессов течения расплава, теплообмена, анализа напряженных состояний используют численные методы конечно-элементного анализа. Весь объем изделия разбивается на сетку конечных элементов, для каждого из которых в процессе расчета задаются граничные условия. Решение системы уравнений течения, теплообмена для всех этих элементов, выполняемое компьютерной программой, дает достаточно точную информацию о моделируемой системе.
Процесс выполнения анализа с использованием подобных систем можно разбить на следующие стадии, операции:
• Создание или импорт из системы CAD геометрической модели изделия в форматах: IGES, NASTRAN, PATRAN, ANSYS, STL и др. -
• Создание или импорт сетки конечных элементов-
• Построение литниковой системы, системы охлаждения-
• Выбор материала из базы данных-
• Задание параметров процесса литья-
• Выполнение расчета, в определенных случаях оптимизация процесса или конструкции изделия, литниковой системы, системы охлаждения и т. д. -
• Интерпретация полученных результатов-
• Внесение конструкционных и технологических изменений, при необходимости -повторение анализа.
В качестве примера приведем дипломную работу, в которой была поставлена задача: разработка процесса литья под давлением изделия «Карман», выпускаемого на ОАО «Хитон» и его анализ в программе Moldflow.
Необходимость разработки и оптимизации процесса изготовления данного изделия очень актуальна и имеет высокую практическую значимость в связи с переходом к серийному выпуску данного изделия на заводе.
Основные проблемы, возникшие при эксплуатационных испытаниях изделия, следующие: низкая прочность- недостаточная жесткость материала- различие свойств изделий, формуемых в различных гнездах формы (связанное с несбалансированностью литниковой системы).
Первоначально в системе Solid Edge была создана твердотельная геометрическая модель изделия (рис. 1 а). Для передачи в систему Moldflow модель была экспортирована в STL-формат с выбором необходимой точности представления геометрии модели.
Рис. 1 — Г еометрическая модель изделия «Карман»: а — твердотельная модель- б -сетка конечных элементов
Для анализа полученной модели изделия использовалась технология БИБЮК-анализа по поверхностной сетке, так как БИБЮ^-анализ наиболее оптимален для тонко-
стенных изделий, представляемых в твердотельной модели. По модели строится сетка конечных элементов с необходимой точностью представления геометрии (рис. 1 б).
Изделие «Карман» является составной частью узла распыления аэрозольного баллончика. Оно испытывает основную нагрузку при заправке баллончика сжатым газом под давлением 70 атм. В процессе эксплуатации данное изделие подвергается действию периодических механических нагрузок, причем срок его эксплуатации составляет не менее 1 года.
На заводе-изготовителе для изделия «Карман» был подобран полимер — полиэтилен высокой плотности марки Hostalen GD 6250. Полиэтилен низкого давления обладает высокой прочностью, жесткостью и повышенной теплостойкостью. Стоек к кислотам и щелочам, не стоек к сильным окислителям.
Однако данный полимер не обеспечивает необходимой жесткости получаемых изделий, и с учетом вышеперечисленных требований был выбран полимер, обладающий требуемым соотношением необходимых свойств — это полиформальдегид марки Hostaform C 27 021.
Перед проведением более детальных анализов необходимо определить оптимальное место впуска расплава в формующую полость. В данном случае целью является расположить впуск таким образом, чтобы потоки расплава равномерно заполняли полость формы, обеспечивая одинаковую усадку по высоте изделия.
Анализ оптимальности местоположения впуска был выполнен при помощи Gate Location в Moldflow MPI 3.1. Результаты анализа выдаются в виде градиентной цветовой закраски (рис. 2). Наилучшему расположению места впуска соответствует верхняя часть данного изделия.
Варианты точек впуска приведены на рис. 3.
Рис. 2 — Оптимальное место впуска
Рис. 3 — Варианты точки впуска: а — заводской вариант (впуск в боковую стенку между ребер) — б — впуск в боковую стенку напротив ребра- в — оптимизированный вариант (впуск между ребер) — г — оптимизированный вариант (впуск напротив ребра)
Для построения литниковой системы в качестве исходного варианта была использована система, разработанная на заводе-изготовителе. На рисунке 4 показан исходный вариант литниковой системы, рассчитанный на 40 гнезд.
Данная система имеет сложную конфигурацию разводящих литниковых каналов, вследствие чего ее трудно сбалансировать.
Одним из важнейших условий получения качественных изделий в много-гнездных формах является сбалансированность литниковой системы, что обеспечивает одинаковые условия формования (температуру, давление, время заполнения и выдержки под давлением) для всех изделий многогнездной формы.
В связи с этим был предложен более простой вариант литниковой системы (рис. 5). При этом гнездность была уменьшена до 32.
В результате выполнения дипломной работы студентом был предложен наиболее оптимальный вариант заполнения формы за счет изменения как конструкции некоторых элементов изделия, так и литниковой системы, а также предложены рекомендации по выбору технологических параметров процесса изготовления изделия, которые позволят устранить некоторые виды брака (а именно, переохлажденные участки, вызывающие внешние дефекты- большая усадка) в заводском изделии.
Важно отметить, что максимальная эффективность в получении результатов при использовании информационных технологий достигается только тогда, когда студенты усвоили основополагающие принципы, определяющие суть изучаемых процессов и явлений, имеющих место в переработке пластмасс.
Рис. 4 — Исходный вариант литниковой системы
Рис. 5 — Упрощенная модель фрагмента литниковой системы
Литература
1. Ахтямова С. С. Содержание и структура специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов (на примере специальности «Технология переработки пластических масс и эластомеров»): Дисс. … канд. пед. наук. Казань, 2003 г. 176 с.
© С. С. Ахтямова — канд. пед. наук, доц. каф. технологии переработки полимеров и композиционных материалов КГТУ- В. В. Курносов — канд. техн. наук, доцент той же кафедры- Ю. В. Перу-хин — канд. хим. наук, доцент той же кафедры.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой