D3

De ontwikkeling van een

technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie C.J .M. Franse

februari 1987 VF kode D2/D3

Een technologiebank. een kollega

WPA-rapport 0384

VOORWOORD:

Met dit verslag komt er een einde aan mijn studietijd aan de fakulteit der Werktuigbouwkunde van de Technische Universiteit Eindhoven. Ik ben dear afgestudeerd binnen de sektie "bewerkingsprocessen" van de vakgroep Produktietechnologie en -Automatisering" (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 C.J.N:. Franse

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN AFDELING DER WERKTUIGBOUWKUNDE VAKGROEP PRODUKTIETECHNOLGIE EN -AUTOMATISERING

EINDSTUDIEOPDRACHT C.J.M. FRANSE

Begintijdstip Begeleiders

maart 1986. dr.ir. J.A.H. Ramaekers.

ONDERWERP

CDmputerondersteund ontwerpen van gereedsebappen .edf bulsextrusie.

TOELICHTING

Via de verschillende variant en van het hulsextrusieproces 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.

OPDRACHT

-Bestudeer de invloedfactoren van masslef-omvormprocessen in het algemeen en van de hulsextrusie in het bijzonder. Hierbij dient bijzondere aandacht te worden geschonken aan de begrenzingen van de praktische uitvoerbaarheid. -Onderzoek op welke manleren de theoretische procesanalyse en hun resultaten ten behoeve van een processimuIatie van hulsextrusie in een CAD-programma kunnen worden verwerkt. Dit vooral met het oogop gereedschapen produktontwerp. Hierbij dient te worden 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 programmapakket dient zowel voor zelfstudiedoeleinden als voor ,gebruik door produkt- en gereedschapontwerpers geschlkt te zijn. GebruikersvriendeIijkheid dient dan ook voorop te staan.

12 juni 1986 prof.ir. J.A.G.

SAMENVAITING Om tot een betere overdracht naar de praktijk te komen van de aan

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 perskrachtverloop en de spanningsverdeling op het gereedschap gevonden. Het programma stelt de gebruIker in staat om met de produktgeometrie. 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.SOPGAVE:

VOORWOORD OMSOIRIJVING VAN DE EINDSTUDlEOPDRAarr SAMENVATIING DE TEOJNOUX;IEBANK ALS OVERDRAarrsMEDIUM

Inleiding Het achterwaartse hulsextrusieproces De technologiebank Facetten san een technologiebank

1 1

2 3

HET TEOJNOLOGISCHE GEDEELTE

De De De De

procesmodellering gebruikte theorieen werkwijze bij de bovengrensmethode werkwijze bij de schillenmethode De berekening van de resultaten De resul taten

4

6 8 8

9 10

HET PROORAMMATlsaJE GEDEEI TE

De gebruiker van de technologiebank

11

Principes achter het on twerp Een ideale ontwikkelomgeving De opbouw van de technologiebank De invoer De uitvoer

12

KONKLUSIES

LlTERATUUR BIJLAGEN

13 14 16 16

- 1 -

DE TEOINOLOGIEBANK

AlS OYERDRAarrsMEDIUM

Intetdtng "Bijdragen tot een betere. beheersing van materiaal bewerkingsprocessen ..... is het doel dat de sektie bewerkingsprocessen 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 software: 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 ontwikkelde rekenmodellen resulteren in dermate lange en onhandzame formules, dat zij uitermate geschikt zijn om in een technologiebank te worden ondergebracht. Al eerder is een dergelijke technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie ontwikkeid ([I], [2]). Deze is echter aIleen germplementeerd op de minikomputer van de fakulteit Werktuigbouwkunde. Gezien de grote voordelen van een technologiebank werkend op een IBM Personal COmputer (PC), werd besloten een nieuwe versie hiervoor te ontwikkelen. Daarbij is uitgegaan van de ervaringen verwerkt in en opgedaan met de eerder ontwikkelde technologlebank.

Het achterwaartse hutsextrusf.eproces Bij het axisymmetrische achterwaartse hulsextrusieproces drukt een stempel zich in de door de matrijs omsloten blenk. Er ontstaat dan een huls. doordat het materiaal in tegengestelde richting 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 taaiheid 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- en gereedschapsontwerpers kunnen vooraf moeilijk inschatten of een bepaald produkt via het achterwaartse hulsextrusieproces maakbaar is. Sinds enkele jaren zijn er theorieen beschikbaar die voorspellingen hieromtrent opleveren. maar deze technologische kennis is moeilijk overdraagbaar naar de praktijk. De technoLogiebank

Door het onderbrengen van deze technologische kennis in een technologiebank. wordt deze kennis weI snel overgebracht van de plaats van ontwikkeling naar de plaats van toepassing. Een technologiebank is daarmee niets anders dan een komputerprogramma. dat is ingericht op het verwerken en bewerken van deze technologische kennis en informatie. Bovendien gebeurt dit op een wijze

-3-

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 gewaakt 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 een expert-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 technologiebank een hulpmiddel zijn.De invloed van verschi llende parameters op bet proces ken nagegsan en verfijnd worden. langere termijn ken gewerkt worden san een integratie van de technologiebank in grotere CAD-systemen. De geometriscbe informatie uit deze systemen ken dan direkt ala invoer dienen voor de technologiebank.

Op

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 "programmeur" (de sol tware-bouwer ) . De "gebruiker" is bepalend voor bet bele gezicbt van bet programma. 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 regels die tot die resultaten leiden. Deze tbeorieen en regela dienen 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 "gebruikersvriendelijkbeid") en de tbeorieen en regels van de technoloog om te zetten in een goed werkend programma. Bovendien dient bij ervoor te zorgen 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 technologiebank is, dat alles bijzonder goed gedokumenteerd dient te worden. Voor het gebruik van het programma dient een handleiding beschikbaar 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 technologiebank 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 gereedschappen 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.

- 5-

dubbelstutk model

dubbelstutk ROdel me t dade bodemzone

mode 1. me t dade hoekzone

Ftguur 4.1: de gebruikte bovengrensaodellen.

model met afschutntng

mode 1 me t dade bodemen dade hoekzone

- 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 gestuikt. 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 ontstaan.

Wordt het hulsextrusieproces nu opgedeeld in een santal stappen en rekenen we voor elke stap deze vijf modellen door. dan beschrijft 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 bijpassende procesmodel geselekteerd worden. Aan het begin van het proces 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 theorteen De 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 gereedschap.

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 daar niet van afhankelijk is;

- 7 -

INVOER

UITVOER

nmoRIE

geometrle ". IIL______________________________ -J volume~nvariantle

bovengrensmetbode

I

verschillende gekozen snelheidsvelden

I

reksnelheden

! !

_teriaal

wrijvlng r-

I

rekken

I

vloeispennlngen

~

r I

1

I

1 vermogenstermen

!

I

selektie beste snelheidsveld

I

perskrachtverloop

I==-

! 1 J

perskrachtverloop

!

I

energie benodl&de energie

I

l

I '--+1

I-

optredende dode zones scheuren 1

ve

scheuren

ensbalans

spenningsver loop in werkstuk

I

spennlngsverloop op gereedsc:hap

I

spennlngsverloop

1

Figuur 4: schematische weergave van de afteiding van de formules.

- s-

- door uit te gaan van het exponentieel-verstevigend materiaalmodel 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 namelijk 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 gebeurt in de hoek van het produkt. ontsteviging van het materiaal optreedt. Konkreet betekent dit. dat het materiaal na de versteviging die bet in de bodem opgelopen heeft. gedeeltelijk 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 gebieden worden van elkaar gescheiden door diskontinuIteitsgrenzen. de zogenaamde r- vlakken. Op deze r-vlakken is de normaalkomponent 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 snelheidsveld. 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 benodigde energie berekend worden. De werkwi.Jze bi.} de schtllenmethode

Door de sommatie van een gedeelte van de vermogenstermen over een r-vlak kan de gemiddelde spanning op dat vlak bepaald worden (het

1

\

- 9 -

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 gereedschap. De berekening van de resultaten

De formules verkregen op basis van de bovengrensmethode en de schillenmethode staan weergegeven in bijlage [B.2] en zijn afkomstig 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

-

dubhel lltuik 1IIOde1 _t dode bodem :lone

r-llIIOdel

_ t dode

hoek

-11IIOde1 _t alBchuinina;

I

L

I

L

I

I

lIIOdel _ t dode bod_

en dade hoek zone

volgend lIIOdel

bereken de: - Bpecifieke veJ'lllOgen& - perskracht - spanningen

I.

I

1

( ,

gegevens voor uitvoer

Ftguur 5: de setektte van de modetten.

) .

- 10 -

De resulta.ten Ter 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 stempeloppervlak en karakteristieke spanning van het gebruikte materiaal. 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 resultaten van het programma in redelijke overeenstemming zijn met de resultaten uit de praktijk. zeker tot een wanddikte-straal verhouding van 0.6 + 0,8. Dat hierbij de invloed van de wrijvingsfaktor 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,",

•l i

2

P-"~~

x

Ix

"

Romonovski

o~----~--~~----~----~~--~----~~----~--~

o

.9. _ __

1.6

Rp

Ftguur 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 [-])

- 11 -

6~~------------------------------------------~ " Schmitt

F" 4

x

I " 2

m:O

O~

o

____

~

____L -_ _ _ _- L_ _ _ _

~~

_ _~_ _ _ _~~_ _~~_ _~

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 programma. kunnen we ervan ui tgaan dat ook de spanningen op het gereedschap goed voorspeld worden. Dit is echter moeilijk met experimenten te staven. Naar de gevoeligheid van het proces voor instabiele materiaalstromingen 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 struktuur 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 doelgroep gevonden 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 ook gesteld 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 -

1 technische ervarlng

ervaren llet technlek onervaren llet komputera

ervaren llet techniek ervaren llet komputers

onervaren llet techniek onervaren 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 wisselent etc .• Zorg ook dat de gebruiker zelf niets hoeft te onthouden of te berekenen; . - hou het programma eenvoudig en overzichtelijk. Mask het programma niet te uitgebreid door er allerlei onnodige "toeters en bellen" san te hangen. Heel belangrijk is het bijvoorbeeld. 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 gekenmerkt door eenvoudige invoer. eenvoudig,ebruik en eenvoudige uttvoer: - wees konsequent in het ontwerp. Gebruik door het hele programma heen dezelfde toetsen voor dezelfde £unkties. presenteer 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 programma volgen of beslissingen nemen. maar laat dit san de

- 13 -

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 gebruiker. Zorg ervoor dat de gebruiker niet steeds allerlei zaken zelf moet onthouden. maar laat bet programma di t steeds presenteren; - zorg dat de gebruiker weet waar in het programma hij zich bevindt. Een gebruiker probeert zich een voorstelling te maken hoe een programma in elkaar zit. Zorg dat hij dit te weten komt door plaatsaanduidingen in het programma en door de struktuur van het programma in de handleiding bij het programmaop te nemen: - vang fouten op. De fouten die de gebruiker maakt moeten opgevangen 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 afgehandeld 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 bepaalde 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 hulsextrusieproces zal de samenwerking tussen de technoloog en de programmeur 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 gedeelten 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 programmeren 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 gebruiksroutines. 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 technoloogprogrammeur 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 voldoende 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 gedean 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 technologiebank opgebouwd uit de volgende gedeelten (figuur 9): - een algemeen informatief gedeelte. Dit gedeelte geeft informatte over het gebruik en de herkomst van de technologlebank.

- 15 -

-

-

-

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 produkt 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 invoergedeelte zijn voldoende om dit gedeelte tot een goed en betrouwbaar einde te brengen; het ultvoergedeelte. AIle lngevoerde informatie en de resultaten 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 uitvoergedeelte 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 -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 programma en de positie in het programma 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 kodering Buitenste hul':diollmeter: Hul$hoogte

50.0e

(mrnl

150.00

(mm]

Wo!Ind<1ik.te

2,00

(mm)

Bodem:dik te

3

(mitt]

Geef' 818:0 eventual. kodarina: \/5M hat prOdul<.t. F'2: 4ccepteer invOBr c;ctr:>-X: wi. gsa.van

00

:

Figuur 11: het invoerscherm voor het produkt. De uitvoer In het uitvoergedeelte kunnen naast een terugmelding van de invoergegevens ook de resultaten van de berekeningen en enkele kontroles op procesbegrenzingen bekeken worden. De volgende mogelijkheden 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 instabiele materiaalstromingen; - een kontrole van het stempel op vervormingen; - een vergelijking van de berekende perskracht met enkele konventionele berekeningsmethoden.

- 17 -

Bovendien is het mogelijk al deze mogelijkheden af te drukken op een printer.

Tekening pl.'Odttkt Gegeuens PI.'Odukt

r

I

I

-

n,n

5".11

[lit]

15U8

[lit]

28.78

[lit]

Manddikte

Ull

[lit]

BodeMdikte

3.118 hIll

Buitenste di.tt'l' Hulshoogte ISO

tot!giCt in de hoogte:

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]

Figuur 13: uitvoerscherm met het perskrachtverloop.

- 18 -

KONKLUSIES

De voor de IBM personal computer en compatibles ontwikkelde technologiebank ltjkt een uitstekend overdrachtsmedium voor de technologie van het achterwaartse hulsextrusieproces te zijn. De resultaten van het programma blijken goed overeen te komen met metingen en andere berekeningsmethoden. Bet programma is menugestuurd. duidelijk. overzichtelijk. failsafe en van veel aanwijzingen en informatie voorzien. Daarmee is het goed te gebruiken door de produkt- en gereedschapsontwerpers. De technologische waarde en "gebruikersvriendelijkheid van het programma zal echter in een praktijksituatie bepaald moeten worden. In overleg met de gebruikersgroep kan het programma dan nog bijgesteld worden. tt

Verfijningen en uttbretdingen voor wat betreft de technologie zljn in het programma nog in te bouwen: verbeterde modellen. verbeterde verrekening van het materiaalgedrag. uitbreiding van het gedeelte dat het gereedschapsqntwerp onderste~ verbeterde inzichten 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 besteed worden. Aan de ontwikkelomgeving van deze teclmologiebanken kunnen nog

enkele verbeteringen aangebracht worden. Met name aan ondersteuning 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 ontwikkeling van technologiebanken binnen de sektie "mechanische bewerkingen" .. De teclmologiebank zal daarbij o.a. een ui tstekend overdrachtsmedium voor technologische kennis blijken te zijn.

(

LlTERA11lUR

[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 nrs 9 en 10. oktober en november 1965

[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 Vliet Software engineering Stenfert Kroese. 1984

BI.ILAGEN

De bijlagen bij dit rapport zijn ondergebracht in enkele andere rapporten:

[B. 1]

Technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie: gebruikershandleiding Interne pub I ikatie TUE, WPA-rapport 0385 februari 1987

[B.2]

Technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie: theoretische achtergronden Interne publikatie TUE, WPA-rapport 0386 februari 1987

[B.3]

Technologiebank voor achterwaartse hulsextrusie: implementatie op een IBM personal computer Interne publikatie TUE, WPA-rapport 0387 februari 1987

[B.4]

Turbo Pascal funkties en procedure voor gebruikersvriendelijke programma's Interne publikatie TUE, nog te pubiceren april 1987