3 - 2006

Объемное моделирование деталей в интегрированной системе ADEM

Андрей Быков, Константин Карабчеев

ADEM — интегрированная система для конструкторско-технологической подготовки производства. Одной из ключевых задач, решаемых с ее помощью, является создание объемных моделей, имеющих максимальный уровень технологической проработки, который обеспечивается при изготовлении деталей на современном оборудовании (рис. 1). Более того, эти модели должны играть роль эталонов для контроля точности и качества.

Рис. 1. Модель после конструкторско-технологической проработки

Рис. 1. Модель после конструкторско-технологической проработки

Все функции модуля объемного моделирования деталей в системе ADEM могут быть условно разделены на несколько групп:

•  построение тел базовыми операциями (смещение, вращение, движение и т.п.);

•  построение тел комплексными операциями (оболочки, гибка из листа, разъемы пресс-форм и т.п.);

•  построение поверхностей (построение по сетке, слияние, затяжка и т.п.);

•  конформные операции (перенос, поворот, копирование и т.п.);

•  неконформные операции (скругления, фаски, изменение положения вершин, восстановление острых углов и т.п.);

•  булевы операции и их производные (объединение, дополнение, пересечение и т.п.);

•  проецирование (проекции тел и поверхностей на плоскости, проекции линий на тела и поверхности);

•  управление системами координат.

В этой статье мы рассмотрим построение тел базовыми операциями на примере одной функции из этой группы.

Самой распространенной процедурой создания твердого тела является построение методом смещения, иначе называемым экструзией, подъемом, выдавливанием или движением. При этом на основе профиля (или нескольких профилей) строится объемная модель, любое горизонтальное сечение которой плоскостью соответствует исходному профилю (рис. 2). Эта процедура позволяет создать большой класс объектов, но на практике требуется значительно большее разнообразие в ее исполнении. Например, для  деталей кузнечно-прессового производства нужно учитывать литейные (штамповочные) уклоны. Поэтому рационально иметь процедуру, в которой можно задать углы боковых наружных и внутренних граней (рис. 3).

Рис. 2. Смещение

Рис. 2. Смещение

Рис. 3. Смещение с уклоном

Рис. 3. Смещение с уклоном

Что касается изделий, которые изготавливаются на пятикоординатном оборудовании, например форм для шинной промышленности и авиационных деталей, то процедура смещения должна иметь еще одну разновидность. Боковые стенки должны учитывать еще изменение нормали на поверхности, от которой или к которой строится тело (рис. 4). При этом также возможно задание уклона от нормали.

Полезной может быть еще одна разновидность смещения — «Смещение с кручением». При этом в зависимости от высоты подъема исходного профиля производится его разворот относительно заданной оси (рис. 5).

Рис. 4. Смещение с уклоном от нормали к поверхности

Рис. 4. Смещение с уклоном от нормали к поверхности

Рис. 5. Смещение с поворотом

Рис. 5. Смещение с поворотом

Столь же часто применяется функция «Смещение вдоль направляющей», с помощью которой модели создаются движением профиля вдоль произвольных линейных, криволинейных или составных осей (рис. 6). При этом положение профиля в каждой точке траектории перпендикулярно направляющей. Учет таких параметров, как уклоны и нормали к поверхности, вносит разнообразие в полученный результат. Одним из частных случаев такой функции является «Смещение по спирали» (рис. 7).

Рис. 6. Смещение вдоль направляющей

Рис. 6. Смещение вдоль направляющей

Рис. 7. Вращение и смещение по спирали

Рис. 7. Вращение и смещение по спирали

Пожалуй, самое распространенное применение функции смещения — это построение тел вращения. Для его выполнения пользователю достаточно указать ось, относительно которой производится вращение профиля.

Стоит также рассказать о том, какие объекты могут быть использованы в качестве исходных профилей. Практически любой объект в системе — будь то плоский контур, ребро или поверхность — может участвовать во всех процедурах построения, в том числе и в смещении. Так, на рис. 8 приведен пример подъема и спуска части тела, ограниченной контурами.

Многие модели содержат фрагменты в виде острых и сглаженных выступов, которые в системе ADEM могут быть созданы смещением типа «Пирамида». В построении, кроме профилей, участвуют два параметра, которые называются аспектами и влияют на характер сглаживания в начале и конце объекта (рис. 9).

Рис. 8. Смещение области тела, ограниченной контурами

Рис. 8. Смещение области тела, ограниченной контурами

Рис. 9. Смещение типа «Пирамида»

Рис. 9. Смещение типа «Пирамида»

На базе процедуры смещения строятся многие другие комплексные функции (рис. 10). Например, для моделирования конструкций силового каркаса актуальна возможность создания деталей из стандартных профилей с подсечками. Еще одно применение процедуры смещения — конструкции из листового материала, изготавливаемые гибкой. Для моделирования жгутов и трубопроводов в системе ADEM реализована удобная функция «Труба».

Рис. 10. Некоторые комплексные функции, основанные на процедуре «Смещение»

Рис. 10. Некоторые комплексные функции, основанные на процедуре «Смещение»

Как видно из примеров, даже такая простая процедура, как смещение, в системе ADEM позволяет строить большой класс объемных объектов с учетом многих конструкторских и технологических нюансов.

Теперь расскажем о группе построения тел комплексными операциями.

В отличие от первой группы, данные функции основаны на создании объектов не только и не столько на основе профилей, сколько с помощью ранее созданных объемных тел. Рассмотрим несколько примеров применения комплексных операций в моделировании деталей для конструкторско-технологической подготовки производства.

В целях уменьшения массы и экономии конструкционных материалов многие изделия проектируются в виде тонкостенных оболочек. Моделировать такие конструкции удобно на основе объемных тел, представляющих внешний облик изделия (рис. 11).

Рис. 11. Построение оболочечной конструкции функцией «Оболочка»

Рис. 11. Построение оболочечной конструкции функцией «Оболочка»

В системе ADEM оболочки на основе твердых тел строятся автоматически. При этом пользователь может численно задать толщину в виде верхней и нижней границ материала оболочки относительно поверхности исходного тела. Таким способом определяется и расположение оболочки по отношению к телу.

При построении оболочки нередко должны учитываться радиусы скруглений в тех местах, где на исходном теле есть негладкие переломы. Для этого достаточно ввести значение радиуса, который система ADEM будет учитывать при создании оболочки.

В большинстве случаев нужно строить оболочку не ко всему телу, а к некоторым его участкам. Для такого варианта построения достаточно указать те поверхности, которые не должны участвовать в процедуре.

Если возможностей функции «Оболочка» недостаточно для решения задачи автоматически, то можно работать и на более низком уровне с помощью построения эквидистант к телам и отдельным поверхностям с последующей ручной обрезкой и сшивкой.

Еще одна интересная функция связана с тонкостенными конструкциями — это «Формовка». Для ее выполнения необходимы два объекта — модель листа и модель инструмента. В результате модель листа будет деформирована инструментом c учетом штамповочного радиуса (рис. 12).

Рис 12. Выдавливание листа

Рис 12. Выдавливание листа

Рис. 13. Функция «Отверстие»

Рис. 13. Функция «Отверстие»

К комплексным процедурам относится также функция «Отверстие»(рис. 13). В зависимости от введенных параметров система автоматически создает составные отверстия в объемных телах. Направление оси отверстия может совпадать с нормалью к поверхности или может быть задано пользователем.

Следующая важная функция связана с построением таких объемных моделей, как рабочие (активные) зоны штампов и пресс-форм. Особенность этой задачи состоит в том, что поверхности рабочей зоны должны обеспечить разъем пресс-формы и извлечение детали. Поэтому уже исходная модель должна быть спроектирована соответствующим образом с отсутствием мертвых зон и с учетом штамповочных уклонов. Более того, линия разъема активной зоны обычно не является плоской, а потому и найти ее весьма непросто (рис. 14).

В связи с этим возникает ряд геометрических задач по созданию технологичной модели детали, определению линии разъема и созданию поверхности разъема. Для тех случаев, когда невозможно обеспечить форму модели двумя частями штампа, требуется спроектировать еще стержневые элементы (вкладыши, слайдеры) — рис. 15.

Рис. 14. Деталь «Кубик» и поверхность разъема

Рис. 14. Деталь «Кубик» и поверхность разъема

Функция  для получения моделей активной зоны в системе ADEM называется «Разъем пресс-формы». Она автоматически определяет линию разъема по исходной модели изделия, строит поверхность разъема и, как результат, создает модели двух полуматриц и стержневых элементов.

Следует отметить, что в сложных случаях, когда возможностей этой автоматизированной процедуры недостаточно, можно воспользоваться функциями более низкого уровня, такими как «Нахождение линии разъема» и «Построение поверхности разъема». Это позволит в комбинации с другим функционалом системы строить модели активных зон в ручном режиме.

Рис. 15. Пресс-форма с вкладышами

Рис. 15. Пресс-форма с вкладышами

Рис. 16. Функция «Сделать уклоны»

Рис. 16. Функция «Сделать уклоны»

Что касается создания технологичной модели для штамповки, то очень полезным является функционал создания штамповочных (уклонов литейных) в исходном теле. В ADEM есть полностью автоматическая процедура создания уклонов (рис. 16). Для ручного построения применяется процедура «Построение поверхности уклона».

Мы рассмотрели несколько примеров группы комплексных функций. Все они основаны на ряде базовых процедур. Например, функция «Оболочка» содержит следующие алгоритмы: построения эквидистанты к поверхности, обрезки поверхности другими поверхностями, продления  поверхности и сшивки поверхностей. В системе ADEM открыт доступ и к функционалу поверхностного моделирования, без которого в ряде случаев невозможно обойтись. Об этом пойдет речь в следующей  статье.

САПР и графика 3`2006