Нет смысла останавливать свой выбор на системах высокого уровня, которые стоят очень дорого и требуют серьезных затрат при эксплуатации, а кроме того, для них необходимо специальное дорогое оборудование в виде графических станций, что критично, если учесть общее число конструкторов и технологов предприятия, задействованных в процессе проектирования и выдачи заказов в производство. Кроме того, мы должны обеспечить «взаимопонимание» инженеров самой разной квалификации всех уровней производства. Немаловажным моментом при выборе системы проектирования является возможность создания с ее помощью не только моделей деталей и узлов, но и графической документации спроектированного изделия, то есть получения чертежа. Специфика работы конструктора заключается в выпуске конструкторской документации, при этом обязательным условием является ее соответствие требованиям ЕСКД, разработанным еще для оформления чертежа вручную. Такой системой, удовлетворяющей всем нашим условиям, оказалась САПР SolidWorks.

     SolidWorks сразу же завоевал сердца конструкторов своей логикой и простотой применения. Теперь конструктор не должен во избежание проблем просчитывать свои действия на несколько шагов вперед. Работа над проектом стала действительно творческим процессом, позволяющим вникнуть в детали самой конструкции. При этом проектировщик может не опасаться, что в созданной им конструкции при сборке в цехе или же на монтаже у заказчика компоненты будут пересекаться друг с другом. С помощью функции «Проверка интерференции компонентов» можно избежать ошибок в проектировании, выявив и устранив возможные конфликты между компонентами. Часто приходится слышать, что, мол, несмотря на то, что конструктору дали в помощь компьютер, производительность труда у него не повысилась. Здесь все не так просто, как кажется. С одной стороны, конечно, однажды спроектированный узел или деталь могут быть просто заимствованы в новой конструкции, где это возможно, и при этом вновь создаваемое изделие, безусловно, будет спроектировано быстрее. Но это возможно лишь в случае, если:

• вы в полной мере уверены в применяемом изделии, то есть оно абсолютно такое же, как и в предыдущей машине, на стадии его проектирования в прошлом были сделаны все расчеты и проверена его работоспособность, изделие прошло этапы изготовления и уже работает на смонтированном оборудовании;

• вы работаете, как минимум, в условиях серийного производства. В условиях индивидуального производства каком-либо серьезном увеличении производительности труда конструктора на этапе первичной разработки изделия речь идти не может.

    Главное— это то, что и конструктор, и технолог-металлург работают в одной среде, используют одну и ту же модель будущего изделия. При этом металлург, добавив в модель конструктора технологические припуски, литниковую систему, знаки, прибыли и пр., может безболезненно передать полученную модель в расчетное приложение.

    Хотелось бы отметить, что только благодаря САПР SolidWorks ФГУП «НКМЗ» спроектировало и изготовило в кратчайшие сроки (18 месяцев с начала проекта до пуска МНЛЗ) оборудование нового ранее никогда не изготавливавшегося нами типа. Кроме того, смонтированное без каких-либо серьезных замечаний оборудование вышло на проектную мощность на три месяца раньше намеченного срока, а заказчик заключил контракт на изготовление еще одной МНЛЗ для другого сортамента— и она тоже также успешно запущена на этом предприятии в 2004 году. Ее сборка содержит более 15 тыс. компонентов, и это не предел, поскольку в настоящее время, когда программный комплекс SolidWorks стал стандартным инструментом проектирования на заводе, спроектированы сборки и гораздо большего объема— например изготовленный и пущенный в эксплуатацию в декабре 2006 года современный толстолистовой прокатный стан (ТЛС-2800), общая сборка района черновой и чистовой клетей которого включает около128 тыс. компонентов. Некоторые проекты мы вообще смогли воплотить в жизнь лишь благодаря объемному проектированию. Это дало возможность до конца осознать многие технологические моменты процесса, ранее нам не известного, что, в свою очередь, позволило НКМЗ взяться за освоение новых видов продукции, ранее не входивших в номенклатуру предприятия, например дуговой сталеплавильной печи и многих других.

    После того как специалисты различных направлений начали применять в своей каждодневной работе SolidWorks, ушли в прошлое проблемы, которые неизбежно возникали на этапе монтажа: например, трубы неправильно изогнуты и мешают работе других систем, или по существующему проходу невозможно провести кабель, поскольку место на самом деле занято разводками гидравликов и т.д. Специалисты различных направлений справляются с решением подобных вопросов. Как уже говорилось ранее, для любого машиностроительного предприятия сама модель машины не представляет интереса, если на нее не оформлен чертеж. Приходилось писать множество дополнительных блоков, чтобы получить в конечном счете чертеж, удовлетворяющий требованиям ЕСКД. С внедрением SolidWorks эти проблемы отпали сами собой. Нельзя сказать, что все в этом пакете гладко— имеются некоторые проблемы с оформлением чертежа, но их так мало, что с ними вполне можно мириться. Именно для того, чтобы у конструктора не было проблем с нормоконтролем, нами был издан стандарт предприятия (СТП) на выдачу документов в электронном виде, где все эти «отклонения» описаны и разрешены к применению. В результате была снижена трудоемкость изготовления конструкторской документации, а именно ее основной части — чертежей. Качество любой конструкции проверяется ее способностью выдерживать динамические и статические нагрузки в условиях эксплуатации. Поэтому редкий конструктор, создав тот или иной механизм, не захочет проверить его на прочность. В отсутствие инструментов прочностного анализа конструктору приходится закладывать необоснованные коэффициенты запаса прочности только из-за неуверенности в надежности спроектированной конструкции. Отсюда и лишний расход металла, и увеличенный расход энергоносителей для работы машины, и ее низкий КПД, а в итоге— более высокая цена и низкая конкурентоспособность.

Справиться с решениями расчетных задач нам помогают специализированные модули SolidWorks — COSMOSWorks и COSMOSMotion. Самое ценное в них то, что конструктор на всех этапах работает с одной и той же моделью.

В современном машиностроении детали проектируются в различных системах твердотельного моделирования (SolidWorks, UniGraphics и др.), результатом такого проектирования является трехмерная модель отливки корпуса нагнетателя (рис.14.1).

Рис.12.2. Трехмерная модель отливки корпуса нагнетателя

Современные коммерческие системы компьютерного моделирования литейных процессов используют для расчетов непосредственно трехмерную модель отливки и формы. В нашем случае объемная модель детали не требуется. Используется двумерное построение геометрической модели для необходимого сечения.

Системы твердотельного моделирования и автоматизированной подготовки конструкторской документации предоставляют возможность получить эскиз сечения детали. Одновременно разрабатывается технология изготовления отливки корпуса нагнетателя (Рис. 12.3).

Рис.12.3. Эскиз технологии изготовления отливки

Следующий этап в  формировании двумерной геометрической информации состоит в назначении точек, принадлежащих отливке, форме (рис.12.4). Темным цветом обозначаются точки, принадлежащие отливке, черным цветом – граница металл-форма, серым – форма, другими цветами возможно обозначить области принадлежащие стержням, холодильникам и пустотам.

Рис.12.4. Входная геометрическая информация о сечении отливки

корпуса нагнетателя

В нашем случае выбрана сетка из рядов и столбцов, в качестве элементов сетки используются четырехугольники. При построении разностных алгоритмов для численного решения дифференциальных задач важно, чтобы построенная конечно-разностная схема правильно отражала основные особенности физического процесса, описываемого исходными дифференциальными уравнениями. В частности, всегда надо стремиться к тому, чтобы разностный алгоритм выражал на сетке основные законы сохранения (тепла, массы, энергии и т.п.), положенные в основу исходной дифференциальной задачи.

Толщина каждого элемента Z представляется 2-х видов: -общая длина, которая отражает полный размер отливки в этом направлении. Совместно с двумерным изображением формируется информация об объеме отливки в целом для решения задачи заполнения полости формы из стопорного ковша;

-локальная длина, которая условно расчленяется на конечные разности ΔZ в этом направлении, формируя совместно с выделенными поперечными сечениями локально – трехмерную геометрическую информацию об отливке.

Все данные, необходимые для расчетов (теплоемкость металла в различных состояниях и теплоемкость формы, теплопроводность металла и формы, шаг сетки узлов по вертикали и горизонтали, температуры формы и металла, плотность металла и формы) также заносятся в файл данных и используются программой по мере надобности.

Для ввода информации о теплофизических свойствах металла и формы создается отдельный текстовый файл, в этом файле также содержится информация для управления работой программы (полное время счета, вывод поля температур на экран, запись результатов в файл).

Пример файла исходных данных (metal.dan):

500 n Количество элементов матрицы( n * n )

1830 tz температура заливки металла (К)

1801 tl температура ликвидус (К) (железо)

1740 ts температура солидус (К) (железо)

300 tf начальная температура формы (К)

0.001 dx Размер ячейки по х (м)

0.001 dy Размер ячейки по y (м)

0.03 dz Размер ячейки по z (м)

54.5 lamd Теплопроводность металла Вт/(м*К) (железо)

1.28 lamdf Теплопроводность формы Вт/(м*К) (песчаная форма)

1628 bf теплоаккум. Способность формы песчаной а*с0.5/с2

920 cg Удельная Теплоемкость для жидкого состояния выше ликвидуса Дж/(кг*К)

753 ct Удельная Теплоемкость для твердого состояния ниже солидуса Дж/(кг*К)

1080 cf Удельная теплоемкость песчаной формы Дж/(кг*К)

7000 Rm Плотность жидкого металла

7500 Rmt Плотность твердого металла

1650 Rf Плотность формы

272000 Скрытая теплота затвердевания Дж/кг

10 dtp шаг по времени для вывода поля температур, с

1 tp время для начала вывода поля температур , с

1000   время окончания счета , с

В процессе работы программы формируется файл результатов, который содержит промежуточную информацию о тепловых процессах, происходящих в отливке.