Решение компании Dassault Systemes для моделирования деталей из листового материала

Константин Шурцов
Инженер CATIA, Dassault Systemes в Росии и СНГ

CATIA — программное решение, предназначенное для проектирования изделий любой сложности в 3D в разных отраслях промышленности. Программа насчитывает более 180 модулей для решения различных задач. Поскольку во всех отраслях промышленности в той или иной степени применяется листовая штамповка, компания Dassault Systemés не оставила без внимания процесс проектирования деталей из листового металла. В листовой штамповке существуют различные операции, такие как вырубка, вытяжка, вытяжка с утонением, гибка, пробивка, формовка и т.д. Модуль Generative Sheet Metal  Design (GSMD) — это приложение, которое позволяет быстро и интуитивно моделировать детали из листового материала. Модуль содержит весь необходимый функционал и инструментарий для моделирования деталей из листового материала. Все инструменты логически сгруппированы по назначению и применению. Процесс построения листовой детали в модуле GSMD состоит из следующих этапов:

1. Определение и задание параметров листового материала.
2. Определение и построение основного конструктивного элемента.
3. Добавление второстепенных стенок.
4. Добавление элементов конструктивной жесткости и элементов оформления.
5. Анализ и модифицирование созданной детали.

Создание листового конструктивного элемента в CATIA с помощью операции Extrusion

Определение и задание параметров листового материала. Работа в модуле начинается с задания параметров листового материала и определения типа сгиба на торцах стенки, применимых ко всем построениям в детали по умолчанию. При задании параметров устанавливаются следующие значения: толщина листа, радиус скругления, коэффициент смещения нейтральной линии, а также определяется тип сгиба на торцах стенки. Все эти параметры играют ключевую роль при создании конструктивных элементов и расчете развертки. Кроме того, при создании того или иного построения CATIA позволяет локально применить коэффициент смещения нейтральной линии. При задании параметров можно выбрать существующий предопределенный набор значений, созданных в виде таблиц в форматах XLS или TXT. Определение и задание параметров — это первый шаг к быстрому созданию модели из листового металла. Эта процедура проводится однократно — в начале моделирования, и больше возвращаться к ним при построении того или иного элемента не нужно. Также не возникает проблем в случае, если в процессе моделирования появляется необходимость изменить исходные данные. Параметры автоматически пересчитываются и применяются к построенной модели. 

Варианты создания второстепенных стенок в CATIA

Создание различных типов штамповочных операций с помощью специализированного инструмента CATIA

Определение и построение основного конструктивного элемента. На втором этапе проектирования модели из листового металла необходимо проанализировать будущую деталь и выбрать какой­нибудь конструктивный элемент, от которого будут распространяться все дальнейшие построения. Для создания исходной стенки необходим эскиз, который может быть как открытым, так и замкнутым — в зависимости от выбора инструмента создания основного конструктивного элемента. Как уже упоминалось, все панели инструментов в CATIA логически сгруппированы. За определение и построение основных конструктивных элементов отвечают две панели инструментов — это Стенки (Walls) и Стенки скручивания (Rolled walls). В панели инструментов Стенки (Walls) имеется весь необходимый стандартный функционал для создания основных конструктивных элементов. Инструмент Стенка (Wall) заполняет объемом замкнутый плоский профиль с учетом заданного параметра толщины листового материала. Стенка позволяет выполнить ряд настроек, таких как задание направления приращения объема относительно плоскости профиля и соблюдение условия касательности при создании стенки к уже имеющимся стенкам. Следующим инструментом для создания основного конструктивного элемента при проектировании деталей из листового металла является выдавливание (Extrusion). Для этого инструмента в качестве исходных данных необходим открытый плоский профиль, который вытягивается в перпендикулярном направлении от плоскости профиля. Диалоговое окно инструмента позволяет выполнить следующие настройки: создание толщины относительно профиля, задание длины профиля, задание направления вытягивания профиля,  выбор автоматического скругления, задание локального коэффициента смещения нейтральной линии, указание поверхности, относительно которой будет производиться расчет развертки, а также наличие опции разбиения профиля на отдельные элементы Стенки. Для деталей, получаемых скручиванием, в панели инструментов Стенки скручивания (Rolled walls) имеются два инструмента, позволяющие создавать конструктивные элементы криволинейных сгибов. Одним из них является инструмент создания круглых сгибов Скрученная стенка (Rolled wall). Исходным параметром для создания скрученной стенки является закрытый либо открытый круглый  профиль, построенный на плоскости. Также в диалоговом окне работы можно настроить длину профиля и указать точку места соединения скрученного конструктивного элемента. Вторым и своего рода уникальным инструментом является Воронка (Hopper). Инструмент содержит два типа создания скрученных стенок. Первый тип создает конически замкнутую стенку с линией разъема по двум параллельным контурам. Второй тип создает стенку по поверхности, которая имеет соединение по касательной. Все эти инструменты направлены на создание основных конструктивных элементов, которые несут в себе индивидуальные формы и размеры.

Создание и отображение развертки в 2D

Третьим этапом построения детали из листового металла является добавление второстепенных стенок — в CATIA это те стенки, которые строятся на базе существующих кромок. Модуль GSMD содержит весь необходимый инструментарий по созданию различных типов стенок, в том числе создание стенки по кромке (Wall on edge), создание фланца (Flange), создание подогнутой стенки (Hem), торцевая гибка (Tear Drop), а также возможность задания пользовательского профиля по кромке (User Flange). Для всех этих инструментов исходным критерием создания стенки является наличие существующей кромки. Каждый инструмент в силу своей специфики имеет определенные настройки, например задание длины стенки с различным позиционированием размера, задание угла и радиуса сгиба, настройка локального коэффициента смещения нейтральной линии, различные настройки ограничения длины по ширине стенки, настройка формы отверстия под вырубку по краям стенки и т.д. При создании второстепенных стенок возможно задание сгиба по эскизной линии (Band from Flat). Кроме того, модуль позволяет создать скругления как постоянного, так и переменного радиуса между двумя выбранными стенками (Bend и Conical Bend). Все перечисленные инструменты содержат различные настройки, помогающие с высокой точностью построить тот или иной конструктивный элемент.

После моделирования основных конструктивных элементов наступает завершающий этап — добавление элементов конструктивной жесткости и элементов оформления. Модуль GSMD располагает всем необходимым функционалом для моделирования конструктивных элементов жесткости и оформления. Это традиционные скругления (Corner) и фаски (Chamfer), применимые к листовому металлу. Модуль содержит инструмент, позволяющий делать всевозможные профильные отверстия (Cut Out), а также создавать отверстия на сгибе (Circular Cutout) с учетом гибки. Особого внимания заслуживает инструмент создания отверстий (Hole). С его помощью можно настроить моделируемое отверстие различного типа, например отверстие с зенковкой или зенковку с резьбой и т.д. В модуле GSMD предусмотрен инструмент для снятия напряжения в углах при гибке (Corner Relief). Инструмент создает круглые или квадратные вырезы на углах при гибке, а кроме того, позволяет задать пользовательский контур для создания отверстия под освобождение. Модуль GSMD содержит панель инструментов, состоящую из инструментов создания стандартных типов штамповок из листового металла. Эти инструменты дают возможность выполнять стандартные операции листовой штамповки, например производить отбортовку отверстий, отбортовку по контуру, формовку отверстий, формовку по контуру, создание ребер жесткости и т.д. Инструменты содержат различные настройки, помогающие создать тот или иной конструктивный элемент листовой штамповки. В модуле GSMD при создании того или иного конструктивного элемента можно применять библиотечные элементы, которые облегчают и ускоряют процесс моделирования детали.

На заключительном этапе необходимо осуществить анализ и модифицирование созданной детали. В модуле GSMD содержатся как стандартные, так и специализированные инструменты анализа. К стандартным инструментам анализа для листовой штамповки можно отнести анализ на уклон (Draft Analysis), используемый для проверки углов наклона созданных стенок, и анализ толщины детали (Wall Thickness) для проверки соответствия толщины в моделируемой детали. К специализированным методам анализа можно отнести инструмент визуального сравнения развертки детали с моделью (Multi Viewer). Инструмент создает дополнительное окно с разверткой. С  помощью функции создания развернутого/свернутого режима (Fold/Unfold) можно проанализировать развертку с последующим сохранением ее в 2D. К специализированным инструментам анализа относится и анализ на пересечения стенок в модели (Check Overlapping). Если при проведении анализа возникли погрешности, то, используя дерево построения, можно с легкостью вернуться к тому или иному параметру и изменить его. Все модели в CATIA параметризованы, и, внеся любое изменение, модель автоматически перестроится, применив новые параметры.

Созданные детали в модуле GSMD полностью интегрированы в среду CATIA и совместимы с другими модулями. За счет гибкого и масштабируемого подхода с решением могут работать пользователи любого уровня — от начального, рассчитанного на применение выпадающих меню и панелей, до профессионального с использованием контекстных меню и сочетаний горячих клавиш. В данной статье были рассмотрены лишь основные шаги по созданию деталей из листового металла в CATIA. Возможности и функционал на этом не ограничиваются, и только с каждым новым релизом совершенствуются. Более подробную информацию о решениях Dassault Systemés можно узнать на сайте: www.3ds.com/ru. 

САПР и графика 3`2012