hulsextrusie
Citation for published version (APA):
Franse, C. J. M. (1987). De ontwikkeling van een technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPA0384). Technische Universiteit Eindhoven.
Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1987
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
De ontwikkeling van een
technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie
C.J .M. Franse
februari 1987
VF kode D2/D3
Een technologiebank. een kollega
fakulteit der Werktuigbouwkunde van de Technische Universiteit Eindhoven. Ik ben dear afgestudeerd binnen de sektie "bewerkings-processen" van de vakgroep Produktietechnologie en
-Automa-tisering" (WPA). Mijn afstudeerwerk bestond ui t het opzetten van een technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie op een
personal computer. Dit verslag geeft dear een algemeen overzlcht van.
VanaE
deze plaats wil ik iedereen danken die mijn studietijd onvergetelijk voor me heeft gemaakt. In het bijzonder wl1 ik mljn goede vriend Peter Croenen vernoemen. die me de afgelopen weken veel geholpen heeft. Ook wil ik de mensen uit de sektle"bewerkingsprocessen" graag bedanken. voor alle hulp en goede
raad. Met name denk ik dan aan mijn afstudeerhoogleraar J.A.C.
Kals en mijn beide coaches J.A.H. Ramaekers en L.J.A. Houtackers. Zij zijn onmisbaar gebleken bi.j het volbrengen van mijn opdracht.
Eindhoven. 26 februari 1987
TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN AFDELING DER WERKTUIGBOUWKUNDE
VAKGROEP PRODUKTIETECHNOLGIE EN -AUTOMATISERING
EINDSTUDIEOPDRACHT C.J.M. FRANSE Begintijdstip Begeleiders ONDERWERP TOELICHTING OPDRACHT 12 juni 1986 prof.ir. J.A.G. maart 1986.
dr.ir. J.A.H. Ramaekers.
CDmputerondersteund ontwerpen van gereedsebappen .edf
bulsextrusie.
Via de verschillende variant en van het hulsextrusiepro-ces kunnen hoogwaardige onderdelen in grote aantallen en op economisch aantrekkelijke wijze verkregen worden. In hun industriele uitvoering zijn extrusieprocessen eehter niet probleemloos en Is een bijzondere deskundigheid vereist om de grote mogelijkheden volledig tot gelding te laten komen.
-Bestudeer de invloedfactoren van masslef-omvormproces-sen in het algemeen en van de hulsextrusie in het bij-zonder. Hierbij dient bijzondere aandacht te worden geschonken aan de begrenzingen van de praktische uit-voerbaarheid.
-Onderzoek op welke manleren de theoretische procesana-lyse en hun resultaten ten behoeve van een processimu-Iatie van hulsextrusie in een CAD-programma kunnen worden verwerkt. Dit vooral met het oogop gereedschap-en produktontwerp. Hierbij digereedschap-ent te wordgereedschap-en voortgebouwd op het einstudiewerk van J.W. van Rijckevorsel
(1984/85).
-Verwerk de verworven kennis en inzichten tot een tweede opzet van een CAD-systeem. Het te ontwikkelen program-mapakket dient zowel voor zelfstudiedoeleinden als voor ,gebruik door produkt- en gereedschapontwerpers geschlkt te zijn. GebruikersvriendeIijkheid dient dan ook voorop te staan.
de Technische Universiteit EIndhoven ontwikkeide theorieen betreffende omvormprocessen. is gezocht naar een goed
overdrachtsmediwn. Deze is gevonden in de vonn van het inzetten van personal computers en de bijbehorende software: de
technologiebank.
Het eerste proces waarvan de theorieen geimplementeerd z1jn op een personal computer. 1s het achterwaartse hulsextrusieproces. Met behulp van verschillende procesmodellen. de bovengrens- en de schillenmethode, wordt een goede schatting voor het perskracht-verloop en de spanningsverdeling op het gereedschap gevonden. Het programma stelt de gebruIker in staat om met de produkt-geometrie. de materiaal- en de wrIjvingswaarden als invoer, te komen tot een goed onderbouwde konklusie over de maakbaarheid van
het produkt. De opzet van het programma is dusdanig. dat de
produkt- en gereedschapsontwerper goed met de technologiebank kunnen werken.
lHOt.JD.SOPGA VE:
VOORWOORD
OMSOIRIJVING VAN DE EINDSTUDlEOPDRAarr
SAMENVATIING
DE TEOJNOUX;IEBANK ALS OVERDRAarrsMEDIUM Inleiding
Het achterwaartse hulsextrusieproces
De
technologiebankFacetten san een technologiebank
HET TEOJNOLOGISCHE GEDEELTE
De
procesmodelleringDe
gebruikte theorieenDe
werkwijze bij de bovengrensmethodeDe
werkwijze bij de schillenmethodeDe
berekening van de resultatenDe
resul tatenHET PROORAMMATlsaJE GEDEEI TE
De
gebruiker van de technologiebankPrincipes achter het on twerp Een ideale ontwikkelomgeving
De
opbouw van de technologiebankDe
invoerDe
uitvoer KONKLUSIES LlTERATUUR BIJLAGEN 1 1 2 3 4 6 8 8 9 10 11 12 13 14 16 16DE TEOINOLOGIEBANK
AlS
OYERDRAarrsMEDIUMIntetdtng
"Bijdragen tot een betere. beheersing van materiaal bewerkings-processen ... is het doel dat de sektie bewerkingsbewerkings-processen van de vakgroep Produktietechnologie en -Automatisering (WPA) zich stelt. Dit streven heeft in de loop der jaren een aanzienlijke hoeveelheid praktische en theoretische kennis opgeleverd. Het overdragen van deze kennis san de industrie en het onderwijs stelt deze sektie echter voor problemen. Vooral de ontwikkelde theorieen, die een behoorlijke kennis van de kontinutimsmechanika vereisen, zijn moeilijk naar de praktijkwereld over te brengen. Bet gevolg is. dat in de praktijk van aIle ontwikkelde kennis nauwelijks gebruik wordt gemaakt.
Het behoeft dan ook geen ui tleg. dat er gezocht is naar andere
media om de vergaarde kennis over te dragen. Een oplossing is gevonden in het inzetten van komputers en de bijbehorende soft-ware: de technologiebank.
Een van de bewerkingsprocessen die om een betere beheersing vraagt is de achterwaartse hulsextrusie. Dit massie£omvormproces brengt problemen met zich mee, die gekompliceerd zijn en van een
andere aard dan bij het plaatomvormen. De voor dit proces
ont-wikkelde rekenmodellen resulteren in dermate lange en onhandzame formules, dat zij uitermate geschikt zijn om in een technologie-bank te worden ondergebracht.
Al eerder is een dergelijke technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie ontwikkeid ([I], [2]). Deze is echter aIleen germ-plementeerd op de minikomputer van de fakulteit Werktuigbouw-kunde. Gezien de grote voordelen van een technologiebank werkend op een IBM Personal COmputer (PC), werd besloten een nieuwe ver-sie hiervoor te ontwikkelen. Daarbij is uitgegaan van de erva-ringen verwerkt in en opgedaan met de eerder ontwikkelde
techno-loglebank.
Het achterwaartse hutsextrusf.eproces
Bij het axisymmetrische achterwaartse hulsextrusieproces drukt een stempel zich in de door de matrijs omsloten blenk. Er
ont-staat dan een huls. doordat het materiaal in tegengestelde
rich-ting rond het stempel vloeit (zie figuur 1).
Ais voordelen van achterwaartse hulsextrusie zijn te noemen ([3]):
- hoge produktiesnelheden z1jn moge11jk:
- er ontstaat een volledig doorgesmeed produkt met hoge
taai-heid en treksterkte:
--- net
proces levert een schoon en gaaf produkt. zonder braam en oxidehuid.>,
.,
,.
2
-Figtrur 1: principeschets van het achterwaartse huLsextrusieproces
De
problemen d.ie zich bij achterwaartse hulsextrusie voordoen.zijn:
- tijdens het proces treden hoge perskrachten en spanningen op het gereedschap op;
in de hoek van het produkt kunnen scheuren ontstaan. Er blijft dan een ring van materiaal met driehoekige doorsnede
in de matrijs achter:
aan het begin van het proces kan een verstoring in de smering
of een onevenwijdigheid van stempel en matrijs tot gevolg hebben. dat er een instabiele materiaalstroom ontstaat. Dit
kan resulteren in scheve produkten. "orgelpijpen" (een huls
met een gat in de wand) of een verschil in wanddikte of -hoogte.
Met de tendenzen in de industrie naar miniaturisatie. integratie van funkties en het gebruik van dunnere materialen maken juist
deze problemen het proces zo moeilijk beheersbaar.
De
produkt- engereedschapsontwerpers kunnen vooraf moeilijk inschatten of een bepaald produkt via het achterwaartse hulsextrusieproces maakbaar is. Sinds enkele jaren zijn er theorieen beschikbaar die voor-spellingen hieromtrent opleveren. maar deze technologische kennis is moeilijk overdraagbaar naar de praktijk.
De technoLogiebank
Door het onderbrengen van deze technologische kennis in een tech-nologiebank. wordt deze kennis weI snel overgebracht van de plaats van ontwikkeling naar de plaats van toepassing. Een
tech-nologiebank is daarmee niets anders dan een komputerprogramma.
dat is ingericht op het verwerken en bewerken van deze technolo-gische kennis en informatie. Bovendien gebeurt dit op een wijze
die voor de gebruiker. de produkt- en de gereedschapsontwerper. snel en goed werkt.
Doordat nu de ontwerper over de technologiscbe kennis bescbikt. geeft dit bem als voordelen:
- zijn berekeningen verlopen sneller en nauwkeuriger;
- een goede kontrole op en terugkoppeling van zijn gegevens zijn mogelijk:
- eventuele vragen kunnen snel beantwoord zijn.
Dit alles ontlast de ontwerper van moeilijke berekeningen en tbeoretiscbe analyses. Het laat hem zo meer ruimte en tijd om te komen tot een beter ontwerp van zijn produkt en beheersing van
bet proces, wat zijn eigenlijke taak is. Er dient wei voor
ge-waakt te worden het optimaliseren van produkt en proces san de ontwerper over te laten en niet door bet programma te laten doen. Dit zou tekort doen san de kreativiteit van de ontwerper.
Naast tbeorieen kunnen in een technologiebank ook ervarings- en
voorkeursregels verwerkt worden. Er ontstaat
dan
in feite eenexpert-system. Maakt men het programma bovendien nog zelflerend.
dan bouwt bet programma een ervaring OPt die een sanvulling en
ondersteuning van de technologie vormt.
Voor de verder ontwikkeling van de tbeorieen ken de
technologie-bank een hulpmiddel zijn.De invloed van verschi llende parameters
op bet proces ken nagegsan en verfijnd worden.
Op langere termijn ken gewerkt worden san een integratie van de
technologiebank in grotere CAD-systemen. De geometriscbe
informa-tie uit deze systemen ken
dan
direkt ala invoer dienen voor detechnologiebank.
Facetten aan een technologtebank
Bij bet opzetten van een technologiebank komen drie facet ten sterk naar voren: bet gebruik ervan, de technologie erachter en bet maken van bet programma (figuur 2). Deze facetten zijn te verpersoonlijken in de "gebruiker". de "technoloog". en de "pro-grammeur" (de sol tware-bouwer ) .
De "gebruiker" is bepalend voor bet bele gezicbt van bet program-ma. Hij bepaalt welke resultaten hij uit bet programma krijgen wi! en op welke wijze bij met bet programma moet kunnen
kommuniceren.
De"technoloog" dient de wens en van de gebruiker voor wat betrelt de resultaten van het programma om te zetten in theorieen en re-gels die tot die resultaten leiden. Deze tbeorieen en regela die-nen san de praktijk getoetst en goedbevonden te zijn. Ook is de
technoloog ervoor verantwoordelijk. dat het technologieprogramma achteraf getest wordt.
De "prograDJDeur" tenslotte dient de wensen van de gebruiker
m.b.t. het ~ met het progranwna (de
"gebruikersvriendelijk-beid") en de tbeorieen en regels van de technoloog om te zetten in een goed werkend programma. Bovendien dient bij ervoor te zor-gen dat bet programma gestruktureerd en overzicbtelijk opgezet
4
-is. Daarmee moet het o.a. mogelijk zijn om nieuwe theorieen en inzichten snel in de technologiebank onder te brengen.
Een ander belangrijk punt bij het opzetten van een
technologie-bank is, dat alles bijzonder goed gedokumenteerd dient te worden.
Voor het gebruik van het programma dient een handleiding beschik-baar te zijn. De theorieen en ervarings- en voorkeursregels en hun korrektheid dienen vastgelegd te worden door de technoloog.
De programmeur dient de struktuur en werking van zijn programma's
en routines goed te dokumenteren. Voor de onderhavige technolo-giebank is deze dokumentatie ondergebracht in de bijlagen bij dit verslag: [B. I]. [B.2]. [B.3] en [B.o4].
wtffi$en • . b.t. ge't«!n$te resul taten
wensen lI.h. t.
"gebrulkersvrlendel1jkhehi" :
Figuur 2: informattestromen bi} het opzetten van een technotogtebank.
HEr TEaJNOLQGISCflE GEDEELTE
De procesmodettertng
De gegevens die nodig zijn voor het on twerp van produkten en
ge-reedschappen voor het achterwaartse hulsextrusieproces. worden verkregen via een processimulatie. Daar het proces een aantal verschillende fasen doorloopt, zijn een aantal verschillende rekenmodellen afgeleid. die feitelijk elk een fase van dat proces beschrijven.
dubbelstutk model
model met afschutntng
dubbelstutk ROdel me t dade bodemzone
mode 1. me t dade hoekzone
Ftguur 4.1: de gebruikte bovengrensaodellen.
mode 1 me t dade
6
-De in het programma opgenomen procesmodellen zijn (figuur 3):
- het dubbelstuik model;
- het dubbelstuik model met dode bodemzone;
Bij deze modellen wordt het materiaal onder het stempel ge-stuikt. Di t materiaal duwt het materiaal in de hoek op, zodat dit weer gestuikt wordt.
- het model met dode hoekzone;
Bij di t model passeeert het stromende materiaal met grote
snelheid het "dode" materiaal in de hoek. Daar de afmeting
van deze dode hoek niet snel verandert. is de kans groot dat
er een scheur ter plaatse van deze dode hoek ontstaat.
- het model met afschuining;
Bij dit model is een afschuining in de hoek van de matrijs
aangebracht. om een scheur in die hoek te voorkomen.
- het model met dode bodem- en dode hoekzone;
Naast een dode hoek heeft dit model ook een dode bodemzone. Daar echter het vlak tussen de aktieve en de dode zones nu weI met de stempelsnelheid meebeweegt zal geen scheur ont-staan.
Wordt het hulsextrusieproces nu opgedeeld in een santal stappen
en rekenen we voor elke stap deze vijf modellen door. dan
be-schrijft volgens bet bovengrenstheorema dAt model dat het minste
vermogen nodig heeft. voor die stap het beste het proces. Volgens deze werkwijze zal voor elke fase in het proces het best
bijpas-sende procesmodel geselekteerd worden. Aan het begin van het
pro-ces blijkt dit vaak een model met een dode bodemzone te zijn en
san het einde van het proces een model z6nder dode bodemzone.
De
gebrutkte theorteenDe in de simulatie gebruikte formules zijn voortgekomen uit een
tweetal berekeningsmethoden uit de plasticiteitsmechanika
(Uguur 4):
- de arbeids- of bovengrensmethode. Hiermee wordt de voor het proces benodigde perskracht berekend. Daarnaast kunnen in het werkstukmateriaal optredende dode zones. en daarmee
samenhangende scheuren. worden voorspeld. Versteviging van
het materiaal kan ook in de berekeningen meegenomen worden.
daar de rekken tijdens het verloop van het proces bepaald
kunnen worden;
- de schillenmethode. een evenwichts- of onderg.rensmethode.
Naast een berekening van de perskracht levert deze methode
ook een benadering van de spanningsverdeling op het
gereed-schap.
Het materiaalgedrag kan op twee manieren verrekend worden in de modellen:
- door uit te gaan van niet-verstevigend materiaal. Het is
hierbij nlet nodig de deformaties tijdens het verloop van het
proces te berekenen. daar de grootte van de vloelspanning
INVOER nmoRIE geometrle IIL ______________________________ - J ". volume~nvariantle
I
I
I
_teriaalI
wrijvlng~
r-I
I
I
I
'--+1I
bovengrensmetbode verschillende gekozen snelheidsvelden ! reksnelhedenr
! rekkenI
1 vloeispennlngenI
1 vermogenstermen I==-! selektie beste snelheidsveld ! 1 perskrachtverloop J ! benodl&de energie I loptredende dode zones
I-scheuren 1 ve ensbalans spenningsver loop in werkstuk spennlngsverloop op gereedsc:hap
I
1 UITVOER perskrachtverloop energie scheuren spennlngsverloop-
s-- door uit te gaan van het exponentieels--verstevigend materiaals-- materiaal-model van Ludwik. Nadai en Swift. Voor het berekenen van de deformatie dient daarvoor de deformatieverdeling bekend te zijn. De deformatieverdeling zoals die uit de snelheidsvelden
voIgt. is echter vaak onrealistisch. Uit experimenten is na- 1
melijk gebleken. dat de rek in het materiaal nagenoeg uniform \
is. Daarom is uitgegaan van een uniforme rekverdeling per snelheidsveld. Verder hebben recente onderzoeken aangetoond. dat bij het veranderen van de deformatierichting. zoals ge-beurt in de hoek van het produkt. ontsteviging van het mate-riaal optreedt. Konkreet betekent dit. dat het matemate-riaal na de versteviging die bet in de bodem opgelopen heeft. gedeel-telijk ontstevigt en vervolgens weer verstevigt. Ondanks dat
de effektieve reksnelheid in de hoek haag is. is de tijd dat
het materiaal zich in de hoek bevindt dermate klein. dat de effektieve rek en daarmee de versteviging beperkt blijft. De
vloeispanningna het doorlopen van de hoek komt dan uit op
een waarde die in dezelfde orde van grootte ligt als de
vloeispanning bij het betreden van de hoek. Bij aIle modellen
worden daarom de vloeispanningen in de hoek en in de wand
gelijkgesteld &an de vloeispanning in de bodem.
De werkwi. }ze bi.} de bovengrensme thode
Bij de bovengrensmethode wordt er een kinematisch toelaatbaar snelheidsveld samengesteld door de doorsnede van het werkstuk op te delen in gebieden met een kontinu snelheidsverloop. Deze ge-bieden worden van elkaar gescheiden door diskontinuIteitsgrenzen.
de zogenaamde r- vlakken. Op deze r-vlakken is de
normaalkompo-nent van de snelheid in beide deelgebieden &an elkaar gelijk. De tangentiijle snelheidskomponenten hoeven echter niet gelijk te zijn. Dit betekent dat een diskontinulteitsvlak een vlak is van gekoncentreerde afschuiving.
Volgens het bovengrenstheorema is nu het vermogen. dat nodig is om dit veronderstelde snelheidsveld te realiseren. altijd groter
dan het vermogen van het in werkelijkheid optredende
snelheids-veld. Uit een &antal snelheidsvelden is dat snelheidsveld dat het minste vermogen nodig heeft. het meest realistisch.
Dit vermogen is samengesteld uit de volgende bijdragen: - het deformatievermogen per deelgebied;
- het afschuifvermogen in elk diskontinuIteitsvlak; - het wrijvingsvermogen in elk kontaktvlak met het
gereedschap.
Ui t di t vermogen kunnen de perskracht en de voor het proces beno-digde energie berekend worden.
De werkwi.Jze bi.} de schtllenmethode
Door de sommatie van een gedeelte van de vermogenstermen over een
opstellen van de vermogensbalans). Uit het krachtenevenwicht op
een "schll" of "plak" van het produkt kan daarmee het ver loop van
de spanningen in het· pl'oduktbepaald worden. Hiermee laiiidarieen . uitspraak gedaan worden over het spanningsverloop op het gereed-schap.
De berekening van de resultaten
De
formules verkregen op basis van de bovengrensmethode en deschillenmethode staan weergegeven in bijlage [B.2] en zijn afkom-stig van Ramaekers ([4]), van del' Burgt ([5]), van Rijckevorsel ([6]) en Timmers ([7]).
In het prograJIIDB. worden de voor een bepaald produkt in aanmerking komende modellen eerst allemaal doorgerekend. Daarna vindt voor elke stap de selektie van het meest realistische model plaats
(figuur 5). Volgens het bovengrenstheorema. is dit het model dat
het minste vermogen vraagt. Uit de dan resterende modellen worden
de gewenste gegevens gehaald.
( gegevens ui t de invoer )
-I
dubhel stuik lIIOdel LI
dubhel lltuik 1IIOde1
-
_ t dode bodem :loner-llIIOdel _ t dode hoek L
I
-11IIOde1 _ t alBchuinina;
I
lIIOdel _ t dode bod_-
en dade hoek zonebereken de: volgend lIIOdel I. - Bpecifieke
I I - perskracht veJ'lllOgen&
- spanningen
1
( , gegevens voor ) uitvoer .
10
-De
resulta.tenTer evaluatie van de resultaten van het programma is de maximale perskracht die tijdens het proces optreedt. en zoals die door het progr8D1D8. berekend wordt. uitgezet in een grafiek tegen de
wanddikte-stempelstraal verhouding (figuur 6). De perskracht is dimensieloos gemaakt door hem te delen op het produkt van stempel-oppervlak en karakteristieke spanning van het gebruikte mate-riaal.
Ter vergelijking zijn in dezelfde grafiek de krommen van twee konventionele berekeningsmethoden voor de perskracht opgenomen. Het gaat hier om de resultaten van Boes en Pouw ([S]) en van Romanovski ([9]). Zij gebruiken formules verkregen uit curve-fits
van verscheidene metingen. Oak zijn de metingen van Schmitt
([10]) in de grafiek aangegeven. Deze laat zien. dat de resulta-ten van het programma in redelijke overeenstemming zijn met de resultaten uit de praktijk. zeker tot een wanddikte-straal
ver-houding van 0.6 + 0,8. Dat hierbij de invloed van de
wrijvings-faktor m van groot belang is. laat de tweede berekende grafiek
zien (figuur 7). Het is daarom steeds verstandig het programma voor enkele waarden van de wrijvingsfaktor m te doorlopen (zie ook [B.2]).
6r---,
"Schmitt F" 4 Boesen Pou,", x•
P-"~~ I l x i"
2 Romonovski o~----~--~~----~----~~--~----~~----~--~ o 1.6 .9. _ _ _ RpFtguur 6: resulta.ten verkregen utt het progra.mma.. vergeleken met
enk.ele praktij'kkrOlft1llen en experimenten.
(materia.a.l: 16JlnCrS. stra.a.l van de matrijs: 120 [mm].
blenkdtkte: 100 [mm]. hoogte van de pa.sseerrand: 5 [mm]. wrijvingsfaktor: 0.2 [-])
F" 6~~---~ " Schmitt 4 x I " 2 m:O O~ ____ ~ ____ L -_ _ _ _ - L _ _ _ _ ~~ _ _ ~ _ _ _ _ ~~ _ _ ~~ _ _ ~ o 1.6
~p---Ftgw.r 7: de berekende tnvloed van. de wrtjvtng.
(ma.teriaal: l6JfnCrS. straal van. de ma.trtjs: 120 [mm].
blenhdtk.te: 100 [mm]. hoogte van. de passeerrand: 5 [mm])
Gezien de goede voorspelling van de perskracht door het program-ma. kunnen we ervan ui tgaan dat ook de spanningen op het gereed-schap goed voorspeld worden. Dit is echter moeilijk met experi-menten te staven.
Naar de gevoeligheid van het proces voor instabiele materiaal-stromingen dient nog verder onderzoek verricht te worden.
RET PROGRAMMATISCHE GEPEELTE
De gebruiker van. de technotogiebank
Dear de wens en van de gebruiker bepalend zijn voor de hele struk-tuur van de technologiebank. is het belangrijk een goed begrip van de gebruiker te hebben.
Voor de technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie ligt deze gebruikersgroep bij de produkt- en gereedschapsontwerpers. Ook in
het technisch onderwijs
kan
een gedeelte van deze doelgroepge-vonden worden. Via deze technologiebank maakt men daar kennis met
het achterwaartse hulsextrusieproces.
Bekijken we de kennis van deze doelgroep over het hulsextrusie
proces. dan
kan
deze varieren van laag tot hoog. Zo zal het ookgesteld zijn met hun kennis in het omgaan met een komputer. Het hele gebied in figuur 8 wordt door hen bestreken. Dit stelt zeer specifieke eisen san het programma. Zowel de ervaren als de
oner 12 oner
-1
technische ervarlng
ervaren llet technlek onervaren llet komputera
onervaren llet techniek onervaren llet komputers
ervaren llet techniek ervaren llet komputers
onervaren llet techniek ervaren _ t komputers
ervarlng met komputers
-Ftguur 8: ervartngsgebteden van de gebrutkers.
varen gebruiker dient geed met het programma te kunnen omgaan en ermee tot goede resultaten te komen.
Prtnctpes achter het ontwerp
Het voorgaande betekent voor het programma. dat het de onervaren gebruiker voldoende sanwijzlngen geeft over het gebruik van het programma en informatie geeft over de techniek en technologie van het proces. Intern dienen ook aile invoer en keuzes gekontroleerd te worden. Het programma moet echter het nemen van beslissingen wei san de gebruiker overlaten. Al deze zaken mogen de ervaren gebruiker echter niet afremmen in zijn werk.
Naast deze uitgangspunten zijn ook de volgende punten betrokken bij het ontwerp van het programma ([11]. [12]):
- minimaliseer het werk van de gebruiker. Zorg dat de gebruiker zo min mogelijk toetsen hoeft san te slsan. diskettes te wis-selent etc .• Zorg ook dat de gebruiker zelf niets hoeft te
onthouden of te berekenen; .
- hou het programma eenvoudig en overzichtelijk. Mask het
pro-gramma niet te uitgebreid door er allerlei onnodige "toeters en bellen" san te hangen. Heel belangrijk is het bijvoor-beeld. om het optimaliseren van het proces of produkt over te
laten san de kreativiteit van de gebruiker en het niet door
het programma te laten doen. Een goed programma wordt geken-merkt door eenvoudige invoer. eenvoudig,ebruik en eenvoudige uttvoer:
- wees konsequent in het ontwerp. Gebruik door het hele pro-gramma heen dezelfde toetsen voor dezelfde £unkties.
presen-teer gegevens. resultaten. sanwijzingen en vragen steeds op dezelfde wijze;
- gee£ goede en a£doende terugkoppeling. Zorg dat de gebruiker steeds een reaktie krijgt als hij iets ondernomen heeft: geef op het scherm weer wat er ingetikt is. reageer op verkeerde invoermet een piepje en een sanwijzing. etc.;
- leg de kontrole over het programma bij de gebruiker. Laat het
programma niet op eigen houtje allerlei routes door het
gebruiker over. Die kan dan op zijn wijze en op zijn manier met het programma werken:
- doe een niet te groot beroep op het geheugen van de gebrui-ker. Zorg ervoor dat de gebruiker niet steeds allerlei zaken zelf moet onthouden. maar laat bet programma di t steeds pre-senteren;
- zorg dat de gebruiker weet waar in het programma hij zich bevindt. Een gebruiker probeert zich een voorstelling te ma-ken hoe een programma in elkaar zit. Zorg dat hij dit te we-ten komt door plaatsaanduidingen in het programma en door de struktuur van het programma in de handleiding bij het pro-grammaop te nemen:
- vang fouten op. De fouten die de gebruiker maakt moeten opge-vangen worden en korrekt afgehandeld. Maar .ook voor fouten gemaakt in het programma geldt dit: ontbrekende files en
fouten tijdens de berekening dienen netjes opgevangen en af-gehandeld te worden in een speciaal daarvoor geschreven
routine:
- maak een zogenaamd "turnkey-system" van het programma. Zorg dat het programma zo weinig mogelijk werk van de gebruiker
vraagt: maak het zelfstartend. laat het zeIt nagaan of
be-paalde files sanwezig zijn. zorg dat de kommunikatie met de gebruiker via zo weinig mogelijk toetsaanslagen verloopt.
Een tdeate ont~tkketomgevtng
Gezien de komplexiteit van de technologie achter het hulsex-trusieproces zal de samenwerking tussen de technoloog en de pro-grammeur bijzonder intensief moeten zijn. Vaak hebben beiden echter te weinig kennis van elkanders vakgebied om snel tot een ideale samenwerking te komen. Vooral het gebrek san technische kennis van de programmeur is daarop een rem. De laatste jaren
ziet men dan ook meer en meer dat de technoloog ook grote
gedeel-ten van het programmeren op zich neemt. Daar dit echter niet zijn hoofdtaak is. dient dit zoveel mogelijk beperkt te blijven. Dit
stelt dan ook specifieke eisen san de omgeving waarin dit
pro-grammeren plaatsvindt. Deze eisen gelden nog sterker binnen de sektie "mechanische bewerkingsprocessen". omdat daar veel van het technologische en programmeerwerk door studenten gedaan wordt. Met de student verdwijnt ook weer veel van de opgebouwde kennis. zonder dat deze kennis overgedragen wordt. Zijn opvolger dient dan vaak weer van voren af &an te beginnen.
De san de "ideale" ontwikkelomgeving te stellen eisen zijn: - de technoloog-programmeur dlent netjes en gestruktureerd te
programmeren. Hij dient daartoe ook over een programmeertaal te beschikken die dit toelaat en het zelfs afdwingt. Het programmeren in deze taal moet binnen redelijke tijd te leren zijn;
- de technoloog-programmeur dient zich niet bezig te hoeven houden met de ontwikkeling van allerlei basis- en
gebruiks-routines. Te denken valt daarbij &an routines voor grafisch
werk. voor het scannen van het toetsenbord. het werken op het scherm. het werken met files. het sansturen van de printer.
14
-menusturing. "gebruikersvriendelijke" invoer en uitvoer. etc •• Dit soort routines dient kant en klaar op de plank te
l1ggen,
- voor problemen van programmattsche aard. moet de technoloog-programmeur voor hulp en advies biJ iemand terecht kunnen. Hij moet niet gedwongen zijn aIle kleine probleempjes zelf op te moeten lossen:
- het implementeren van het programma op een komputer dient geen problemen op te leveren. Een snelle komputer, met vol-doende geheugen- en opslagkapaciteit, een goede en
"gebruikersvriendelijke" edi tor, compiler en debugger zijn daarbij de vereiste hulpmiddelen;
- van al het werk dat al san een bepaalde technologiebank
ge-dean Is, en verder aIle gebruikte talen. routines. editors, compilers en andere programmatuur en huIpmlddelen dienen goede dokumentatle en handleldingen sanwezlg te zijn.
lnCoMIB.t{_
Ftguur 9: princtpewerktng van het programma.
De. opbouw van de technotogtebank
Uitgaande van de hiervoor genoemde principes is de technologie-bank opgebouwd uit de volgende gedeelten (figuur 9):
- een algemeen informatief gedeelte. Dit gedeelte geeft infor-matte over het gebruik en de herkomst van de technologlebank.
Ook staan hier namen en adressen waar men terecht kan in het geval zich problemen voordoen;
- een lnvoergedeelte. Naast enkele algemene vragen. zoals de naam van de gebruiker. worden hier de afmetingen van het pro-dukt en de gegevens van het gebruikte materiaal opgevraagd. Daarnaast kunnen eventueel nog waarden voor afmetingen van gereedschappen of wrijvingskondities opgevraagd worden: - het berekeningsgedeel teo De gegevens verkregen ui t het
in-voergedeelte zijn voldoende om dit gedeelte tot een goed en betrouwbaar einde te brengen;
- het ultvoergedeelte. AIle lngevoerde informatie en de resul-taten van de berekeningen kunnen hier getoond worden. Verder is het mogelijk enkele extra kontroles op de gereedschappen uit te voeren. Tenslotte kunnen aile gegevens ook afgedrukt worden:
- het informatiedeelte. Parallel aan het invoer- en uitvoerge-deelte bestaat de mogelijkheid op elk moment over informatie over het betrerrende onderwerp te beschikken.
Achterwotlrtse hul'i ... ti"u.~e
T."."1nl .ar •• d.chop
Uitprinten ,.esultate",
Maak. uw "-eUZe met da c",r.orb.sturin •• to.t •• n~d • • pet1.bol~ en bact:..pace-t.oetl ':1 hulp Salect.er dete daerna Met de <return>-toets. 'I!'.C>: u1taana
Ftguur 10: het uitvoenaenu.
Het programma Is menugestuurd gemaakt (zie figuur 10). Vanuit bet
uitvoergedeelte is het dan mogelijk om terug te keren naar het
invoer gedeelte. Zo ontstaat de mogelijkheid iteratief naar een
goed ontwerp toe te werken.
De opmaak van het scherm is door het hele programma heen gelijk
gehouden. Het bestaat ui t:
- een naamgedeelte. Hierin worden steeds de naam van het pro-gramma en de positie in het propro-gramma vermeld:
- een werkgedeelte. Over dit gedeelte wordt steeds de in- en uitvoer gevoerd:
- een boodSChapgedeel teo Dit gedeel te van het scherm toont steeds aanwijzingen. advlezen en vragen.
16
-De invoer
De invoer wordt over een aantal schermen gevoerd. Er wordt steeds
een ander scherm gebruikt voor de invoer van: - de afmetingen van het produkt (zie figuur 11) - de gewenste dikte van de blenk;
- enkele van belang zijnde afmetingen van het gereedschap; - de materiaaleigenschappen;
- de wrijvingskondities.
Op aIle invoeren worden voldoende kontroles uitgevoerd. opdat
geen irreeele invoer ontstaat.
r __
I _ _ ·.1~ ---. Produktomschrijving : kondensatorhuls Prod uk t koderingBuitenste hul':diollmeter: 50.0e (mrnl
Hul$hoogte 150.00 (mm]
Wo!Ind<1ik.te 2,00 (mm)
Bodem:dik te 3 00 (mitt]
Geef' 818:0 eventual. kodarina: \/5M hat prOdul<.t.
F'2: 4ccepteer invOBr c;ctr:>-X: wi. gsa.van <fiSC>:
Figuur 11: het invoerscherm voor het produkt.
De uitvoer
In het uitvoergedeelte kunnen naast een terugmelding van de in-voergegevens ook de resultaten van de berekeningen en enkele
kon-troles op procesbegrenzingen bekeken worden. De volgende
moge-lijkheden staan in het uitvoergedeelte ter beschikking: - een tekening van produkt (figuur 12) en blenk; - een tekening van het gereedschap;
- het verloop van de perskracht tegen de stempelweg (figuur 13);
- het verloop van het specifiek vermogen tegen de stempelweg; - de spanningsverdeling op het gereedschap;
een voorspelling over het al of niet ontstaan van een scheur in de hoek van het produkt;
- een kontrole van het stempel op knikken;
een onderzoek naar de gevoeligheid van het proces voor in-stabiele materiaalstromingen;
- een kontrole van het stempel op vervormingen;
- een vergelijking van de berekende perskracht met enkele kon-ventionele berekeningsmethoden.
Bovendien is het mogelijk al deze mogelijkheden af te drukken op een printer. Tekening pl.'Odttkt Gegeuens PI.'Odukt r I
I
n,n-Buitenste di.tt'l' 5".11 [lit]
Hulshoogte 15U8 [lit]
ISO tot!giCt in de hoogte: 28.78 [lit]
Manddikte Ull [lit]
BodeMdikte 3.118 hIll
Dl'uk op (return) 11001' de volgende tekening,
{esc}: uitgang
Figuur 12: ui tvoerscherm met een tekening van het produk.t.
If ..axi..ale P!l'Sbacllt J.edl'aagt: 3428 [:kit]
18
-KONKLUSIES
De voor de IBM personal computer en compatibles ontwikkelde tech- (
nologiebank ltjkt een uitstekend overdrachtsmedium voor de tech-nologie van het achterwaartse hulsextrusieproces te zijn. De re-sultaten van het programma blijken goed overeen te komen met metingen en andere berekeningsmethoden. Bet programma is menu-gestuurd. duidelijk. overzichtelijk. failsafe en van veel aan-wijzingen en informatie voorzien. Daarmee is het goed te gebrui-ken door de produkt- en gereedschapsontwerpers.
De technologische waarde en "gebruikersvriendelijkheidtt
van het programma zal echter in een praktijksituatie bepaald moeten
wor-den. In overleg met de gebruikersgroep kan het programma dan nog
bijgesteld worden.
Verfijningen en uttbretdingen voor wat betreft de technologie zljn in het programma nog in te bouwen: verbeterde modellen. ver-beterde verrekening van het materiaalgedrag. uitbreiding van het
gedeelte dat het gereedschapsqntwerp onderste~ verbeterde
in-zichten over scheuren en instabiele materlaalstromingen. etc .. De opbouw van het programma laat een eenvoudige implementatie van deze nieuwe Inzlchten ook toe.
De ten behoeve van deze technologlebank ontwikkelde routines en strukturen zljn goed bruikbaar voor de ontwikkellng van andere technologlebanken. Deze kant en klare routines, strukturen en hun dokumentatie maken het mogelijk in het vervolg de ontwikkeling van technologiebanken aanzienlijk sneller te doen verlopen. Er
kan dan meer aandacht aan de teclmologie van het programma
be-steed worden.
Aan de ontwikkelomgeving van deze teclmologiebanken kunnen nog
enkele verbeteringen aangebracht worden. Met name aan ondersteu-ning in de vorm van extra software als debuggers en toolboxen en hulp op het gebied van het programmeren is nog een gebrek. Bet verhelpen van deze gebreken zal het programmeerwerk aanzienlijk vereenvoudlgen.
Ais geheel is er een goede basis gelegd voor een verdere ontwik-keling van technologiebanken binnen de sektie "mechanische bewer-kingen" .. De teclmologiebank zal daarbij o.a. een ui tstekend over-drachtsmedium voor technologische kennis blijken te zijn.
[1] J.W. van Rijckevorsel
Technologieprogramma voor achterwaartse hulsextrusie
Interne pukblikatie TUE. WPB-rapport 0183
mei 1985
[2] J.W. van Rijckevorsel
De informatiestromen bij het opzetten van een
achterwaarts hulsextrusieproces
Interne publikatie TUE. WPB-rapport 0185
mei 1985
[3] Het ontwerpen van hulsextrusie produkten
Metaalbewerking. jaargang 45
nr. 23. 4 december 1979
pag. 569 - 574
[4] J.A.H. Ramaekers
Hulsextrusie I (berekeningen)
Interne pub I ikatie TUE. WPT-rapport 0534
april 1982
[5] R.J.M. van der Burght
Theoretisch en experimenteel onderzoek naar het proces hulsextrusie
Interne publikatie TUE. WPB-rapport 0080
februari 1984
[6] J.W. van Rijckevorsel
Uitwerking van het technologieprogramma voor
achterwaartse hulsextrusie
Interne pUblikatie TUE. WPB-rapport 0184
mei 1985
[7] H. Timmers
Theoretical comparison between axisymmetrical and
plane-strain deformation models
Interne publikatie TUE. WPA-rapport 0295
juni 1986
[8] P.J.M. Boes. H.P.Pouw
De berekening van de krachten bij het extruderen en
koudvervormen I en II
Metaalbewerking. jaargang 31
[9] W.P. Romanovski
Handboek voor de moderne stanstechniek Kluwer Deventer. 1968
pag. 308
[10J C. Schmitt
Untersuchungen uber das Rtickwarts-Napffliesspressen von stahl bei Raumtemperatur
Berichte aus dem Institut fUr Umformtechnik Universitat Stuttgart. 1968
[11] Henry Simson
Programming of user-friendly programs for small computers Mc Craw-Hill. 1985
[12]
J.e.
van VlietSoftware engineering Stenfert Kroese. 1984
De bijlagen bij dit rapport zijn ondergebracht in enkele andere rapporten: [B. 1] [B.2] [B.3] [B.4]
Technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie: gebruikershandleiding
Interne pub I ikatie TUE, WPA-rapport 0385 februari 1987
Technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie: theoretische achtergronden
Interne publikatie TUE, WPA-rapport 0386 februari 1987
Technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie: implementatie op een IBM personal computer
Interne publikatie TUE, WPA-rapport 0387 februari 1987
Turbo Pascal funkties en procedure voor gebruikersvriendelijke programma's
Interne publikatie TUE, nog te pubiceren april 1987