Моделирование технологических процессов восстановления деталей в машиностроении

В.Ю. Лавриненко, В.В. Чернов, М.А. Сережкин

Моделирование технологических процессов 
восстановления деталей в машиностроении

Учебное пособие

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
 
 Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-5107-4 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

УДК 621.791(075.8)
ББК 34.5
 
Л13

Издание доступно в электронном виде по адресу 
ebooks.bmstu.press/catalog/40/book1989.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Технологии обработки материалов»

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 

Лавриненко, В. Ю.
Л13  
Моделирование технологических процессов восстановления деталей 
в машиностроении : учебное пособие / В. Ю. Лавриненко, В. В. Чернов, 
М. А. Сережкин. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2019. — 98, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-5107-4
Приведены сведения по основам работы в системе геометрического моделирования 
КОМПАС-3D, системе моделирования процессов пластического деформирования листовых материалов PAM-STAMP 2G и системе моделирования процессов сварки и наплавки 
VISUAL WELD для моделирования процессов восстановления деталей в машиностроении. 
Для студентов магистратуры МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по направлению 
подготовки 15.03.01 «Машиностроение» (профиль «Модернизация и инновация оборудования и технологий в машиностроении»), изучающих дисциплину «Моделирование 
технологических процессов восстановления деталей в машиностроении». 

УДК 621.791(075.8)
ББК 34.5

Предисловие

Учебное пособие предназначено для изучения основ работы в системе 
геометрического моделирования КОМПАС-3D, системе конечно-элементного 
моделирования процессов пластического деформирования листовых материалов PAM-STAMP 2G и системе конечно-элементного моделирования процессов 
сварки и наплавки VISUAL WELD для моделирования и анализа процессов 
восстановления деталей в машиностроении студентами магистратуры по направлению подготовки 15.03.01 «Машиностроение», профиль «Модернизация 
и инновация оборудования и технологий в машиностроении» при изучении 
дисциплины «Моделирование технологических процессов восстановления деталей в машиностроении», а также для изучения дисциплины «Реновационные 
технологии сваркой, наплавкой и альтернативными методами».
Цель пособия — изучение математических (компьютерных) методов моделирования технологических процессов восстановления деталей пластическим 
деформированием и сваркой (наплавкой).
Пособие включает в себя введение и три раздела. Раздел 1 посвящен 
трехмерному геометрическому моделированию в системе КОМПАС-3D, раздел 2 — моделированию технологических процессов восстановления деталей 
пластическим деформированием в программном комплексе PAM-STAMP 2G, 
раздел 3 — основным операциям в программном комплексе VISUAL WELD. 
В конце каждого раздела приведены контрольные вопросы и списки необходимой литературы.
После изучения материалов пособия студенты и аспиранты будут знать 
основные методы компьютерного моделирования технологических процессов 
восстановления деталей в машиностроении.
Для изучения материалов пособия необходимо предварительное освоение 
следующих дисциплин: математический анализ; физика; инженерная графика; 
материаловедение; метрология, стандартизация и взаимозаменяемость; технология конструкционных материалов; теория машин и механизмов.

Введение

Технологии восстановления деталей в машиностроении заключаются в 
обработке деталей, отбракованных вследствие эксплуатации, для их вторичного использования в качестве ремонтной заготовки для получения той же или 
другой детали.
Ремонтной заготовкой называют состояние восстанавливаемой детали 
после создания на ее поверхностях припусков для последующей обработки 
резанием в целях обеспечения необходимой точности и шероховатости. Ремонтную заготовку получают применением следующих основных технологических методов: нанесение на поверхность восстанавливаемой детали покрытия 
наплавкой (сваркой), пластическое деформирование восстанавливаемой детали, 
напыление и электрохимическое осаждение покрытия на поверхности восстанавливаемой детали.
Методы восстановления деталей путем нанесения покрытий наплавкой 
(сваркой) получили наибольшее распространение, при этом материал покрытий в большой мере определяет свойства поверхностного слоя, формирование 
которых связано с термическим воздействием на деталь, химическими и структурными изменениями ее поверхности.
Методы восстановления деталей пластическим деформированием (например, дорнованием, осадкой, правкой исходной кривизны объемных и листовых 
деталей) позволяют восстанавливать не только размеры, но и прочность и долговечность деталей.
Математическое (компьютерное) моделирование технологических процессов восстановления деталей в машиностроении является современным и 
актуальным направлением развития общих подходов и методик проектирования технологических процессов реновации деталей в различных отраслях машиностроения в связи с широким распространением технологических методов 
восстановления деталей. В настоящее время для моделирования процессов 
восстановления деталей наплавкой (сваркой) широко применяют программный комплекс VISUAL WELD (разработчик ESI Group, Франция) для моделирования процессов пластического деформирования листовых материалов — 
программный комплекс PAM-STAMP 2G (разработчик ESI Group). Одними из 
основных исходных данных для моделирования в программах VISUAL WELD 
и PAM-STAMP 2G являются геометрические модели инструмента и заготовок, 
которые можно создавать в различных распространенных системах трехмерного геометрического проектирования (CAD-системах), например КОМПАС-3D, 
Solid Works, Creo PTC, Autodesk Inventor, и сохранять в универсальных форматах (*.iges, *.stp, *.stl, *.vda и др.).

1. Трехмерное геометрическое моделирование  
в системе КОМПАС-3D

1.1. Описание системы КОМПАС-3D

КОМПАС — семейство систем автоматизированного проектирования с 
возможностями оформления проектной и конструкторской документации, согласно стандартам серии ЕСКД. Оно состоит из систем КОМПАС-3D, КОМПАС-График, КОМПАС-Строитель. Разрабатывается компанией «Аскон» (Российская Федерация).
Система КОМПАС-3D предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как 
оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач 
проектирования и обслуживания производства.
Перед началом работы с системой КОМПАС-3D необходимо:
1) выполнить анализ чертежа детали и определить возможные способы 
построения ее геометрической модели;
2) определить базовую операцию. Базовая операция — это первая операция, формирующая основу детали. В большинстве программ трехмерного твердотельного геометрического моделирования и, в частности, в системе 
КОМПАС-3D существуют две основные базовые операции формирования геометрической модели детали — вращение (для осесимметричных деталей) и 
выдавливание (для деталей, вытянутых в плане);
3) определить местоположение и количество конструктивных операций 
(фаски, скругления и т. д), согласно чертежу детали.

1.2. Построение геометрических моделей вытяжного пуансона  
и вытяжной матрицы

Построение геометрических моделей вытяжного пуансона и вытяжной 
матрицы в системе КОМПАС-3D осуществляют путем поверхностного моделирования. Это обусловлено тем, что построенные геометрические модели 
будут использоваться для моделирования технологических процессов листовой штамповки в программном комплексе PAM-STAMP 2G (см. раздел 2). 
Особенностью последующего использования построенных геометрических 
моделей инструмента является то, что они должны быть расположены вдоль 
оси Z.
В качестве примера рассмотрим основные этапы создания геометрических 
моделей вытяжных матрицы и пуансона для вытяжки осесимметричной детали 
в системе КОМПАС-3D. На рис. 1.1 показаны эскизы этих узлов.

Этап 1. Создание новой модели
Создание новой модели (вытяжной матрицы или вытяжного пуансона) в 
системе КОМПАС-3D начинают с формирования и сохранения файла новой 
модели.
Для этого выполняют следующие действия:
1) запускают программу КОМПАС-3D;
2) в меню программы выбирают вкладку «Файл»;
3) в выпадающем меню выбирают «Создать» (рис. 1.2);

Рис. 1.1. Эскизы вытяжной матрицы (а) и вытяжного пуансона (б)

Рис. 1.2. Создание файла новой модели

Рис. 1.3. Окно «Новый документ»

4) в открывшемся окне «Новый документ» нажимают на иконку «Деталь» 
и подтверждают выбор, нажав на кнопку «OK» (рис. 1.3);

5) в меню программы выбирают вкладку «Файл»;
6) в выпадающем меню выбирают «Сохранить» (рис. 1.4);
7) в появившемся окне «Укажите имя файла для записи» (рис. 1.5) выбирают место сохранения новой модели, вводят имя новой модели, например 
«Вытяжная матрица», и нажимают кнопку «Сохранить»;

Рис. 1.4. Сохранение файла новой модели

Рис. 1.5. Окно «Укажите имя файла для записи»

Рис. 1.6. Окно «Информация о документе»

8) в появившемся окне «Информация о документе» (рис. 1.6) по желанию 
указывают необходимую информацию о документе и нажимают кнопку «OK».

Этап 2. Построение эскиза
В созданном файле новой модели строят эскиз вытяжной матрицы.
Построение эскиза вытяжной матрицы начинают с выбора плоскости. Для 
этого выполняют следующие действия:
1) наводят курсор на плоскость ZY (выделена красным цветом). При этом 
плоскость должна подсвечиваться;
2) нажимают левую клавишу мыши (ЛКМ), при этом плоскость выделится — станет более «толстой» и появятся квадратные точки по ее периметру 
(рис. 1.7);
3) нажимают кнопку «Эскиз» 
 на панели инструментов, при этом произойдет перестроение рабочей зоны и выбранная плоскость ZX станет параллельной плоскости экрана.
После выбора плоскости рисуют эскиз будущей модели (вытяжной матрицы), для чего:
1) нажимают кнопку «Осевая линия по двум точкам», расположенную на 
панели «Обозначения» (рис. 1.8);

Рис. 1.7. Выделенная 
плоскость ZY

Рис. 1.8. Выбор команды «Осевая 
линия по двум точкам»

Рис. 1.9. Создание осевой линии
Рис. 1.10. Выбор команды «Вертикальная прямая»

2) перемещают курсор мыши в центр локальной системы координат 
(в центре экрана) и нажимают ЛКМ;
3) смещают курсор мыши вправо под углом 0 градусов на 38 мм, пользуясь всплывающими подсказками (рис. 1.9). Для упрощения дальнейшего построения длина осевой линии выбрана равной глубине матрицы;
4) нажимают ЛКМ, при этом осевая линия будет создана;
5) нажимают ЛКМ кнопку «Вспомогательная прямая», расположенную на 
панели «Геометрия» (ЛКМ не отпускать). Появится дополнительная панель, на 
которой, перемещая курсор вправо (ЛКМ не отпускать), останавливают курсор 
мыши на кнопке «Вертикальная прямая» и отпустить ЛКМ (рис. 1.10);

6) устанавливают курсор мыши в центр локальной системы координат и 
нажимают ЛКМ. На чертеже детали появляется вертикальная вспомогательная 
прямая (рис. 1.11);
7) нажимают кнопку Escape на клавиатуре. Для удобства изложения материала созданную прямую назовем «Вертикальная прямая 1»;
8) нажимают ЛКМ кнопку «Вспомогательная прямая», расположенную на 
панели «Геометрия» (ЛКМ не отпускать). Появляется дополнительная панель, 
на которой, перемещая курсор вправо (ЛКМ не отпускать), останавливают курсор мыши на кнопке «Параллельная прямая» и отпускают ЛКМ (рис. 1.12);

Рис. 1.11. Создание вертикальной прямой 
через центр локальной системы координат

Рис. 1.12. Выбор команды «Параллельная прямая»

Рис. 1.13. Создание объекта

9) наводят курсор на ранее построенную «Вертикальную прямую 1» и 
нажимают ЛКМ;
10) смещают курсор вправо, а затем в области «Панель свойств» в графе 
«Расстояние» вводят значение «5», нажимают на клавиатуре клавишу Enter и 
подтверждают ввод нажатием ЛКМ кнопки «Создать объект» (рис. 1.13);

11) нажимают кнопку Escape на клавиатуре. Для удобства изложения материала созданную прямую назовем «Вертикальная прямая 2»;
12) нажимают ЛКМ кнопку «Вспомогательная прямая», расположенную 
на панели «Геометрия» (ЛКМ не отпускать). Появится дополнительная панель, 
на которой, перемещая курсор вправо (ЛКМ не отпускать), останавливают курсор мыши на кнопке «Параллельная прямая» и отпускают ЛКМ;
13) наводят курсор мыши на ранее построенную осевую линию и нажимают ЛКМ;
14) смещают курсор мыши вправо, а затем в области «Панель свойств» в 
графе «Расстояние» вводят значение «38,2», нажимают на клавиатуре клавишу 
Enter и подтверждают ввод нажатием ЛКМ кнопки «Создать объект»;
15) нажимают кнопку Escape на клавиатуре. Для удобства изложения материала созданную прямую назовем «Горизонтальная прямая 3»;
16) нажимают ЛКМ кнопку «Вспомогательная прямая», расположенную 
на панели «Геометрия» (ЛКМ не отпускать). Появится дополнительная панель, 
на которой, перемещая курсор вправо (ЛКМ не отпускать), останавливают курсор мыши на кнопке «Параллельная прямая» и отпускают ЛКМ;
17) наводят курсор на ранее построенную «Вертикальную прямую 2» и 
нажимают ЛКМ;
18) смещают курсор мыши вправо, а затем в области «Панель свойств» в 
графе «Расстояние» вводят значение «38», нажимают на клавиатуре клавишу 
Enter и подтверждают ввод нажатием ЛКМ кнопки «Создать объект»;
19) нажимают кнопку Escape на клавиатуре. Для удобства изложения материала созданную прямую назовем «Вертикальная прямая 4»;
20) нажимают ЛКМ кнопку «Вспомогательная прямая», расположенную 
на панели «Геометрия» (ЛКМ не отпускать). Появится дополнительная панель, 
на которой, перемещая курсор вправо (ЛКМ не отпускать), останавливают курсор на кнопке «Параллельная прямая» и отпускают ЛКМ;
21) наводят курсор мыши на ранее построенную осевую линию и нажимают ЛКМ;
22) смещают курсор мыши вправо, а затем в области «Панель свойств» в 
графе «Расстояние» вводят значение «64,5», нажимают на клавиатуре клавишу 
Enter и подтверждают ввод нажатием ЛКМ кнопки «Создать объект»;
23) нажимают кнопку Escape на клавиатуре. Для удобства изложения материала созданную прямую назовем «Горизонтальная прямая 5»;
24) нажимают кнопку «Отрезок», расположенную на панели «Геометрия» (рис. 1.14);
25) перемещают курсор мыши на пересечение «Вертикальной прямой 2» и «Горизонтальной прямой 3» и нажимают ЛКМ, создав 
первую точку отрезка;
26) перемещают курсор мыши вправо до 
пересечения «Горизонтальной прямой 3» с 
«Вертикальной прямой 4» и нажимают ЛКМ, 
завершив создание отрезка (рис. 1.15);

Рис. 1.14. Выбор команды  
«Отрезок»