Проектирование пресс-форм в системе Unigraphics

В современных условиях все большую роль в успешной конкуренции на рынке товаров народного потребления играет быстрая смена моделей изделия. Если еще пять лет назад производители могли позволить себе обновлять модельный ряд один раз в год, то сегодня для успешной конкуренции необходимо делать это не мене 3-5 раз в год. Это означает, что производители товаров народного потребления, таких как кофеварки, утюги, телефоны и т.д. (рис. 1, 2), вынуждены обновлять свой модельный ряд в 3-5 раз чаще. При производстве этих товаров большинство деталей производится из пластика методом литья под давлением. При производстве деталей этим методом для каждой детали (или группы деталей) необходимо спроектировать и изготовить пресс-форму. Так, например, для производства электрической кофеварки требуется в среднем от 10 и более групп деталей. Это означает, что перед запуском новой модели в производство необходимо спроектировать и изготовить 10 и более пресс-форм. По заявлениям зарубежных специальных изданий, процесс проектирования пресс-формы средней сложности занимает более 40 часов (и это — с использованием современной трехмерной CAD-системы). Если умножить эту цифру на 10 пресс-форм, станет ясно, что время проектирования одного комплекта пресс-форм составляет более 400 часов, или 50 рабочих дней. Если учесть, что модельный ряд изделий необходимо обновлять 3-4 раза в год, то получается, что только на одно изделие в год необходимо спроектировать и изготовить 30-40 пресс-форм или потратить 150-200 рабочих дней. В связи с вышесказанным, рынок производства пресс-форм растет очень динамично. Например, с 1991 по 1996 год в США оборот на рынке пресс-форм увеличился на 55% и составил 274 миллиарда долларов.

В связи с этим фирма Unigraphics Solutions, Inc. представляет новую технологию автоматизации промышленных процессов, основанную на мастер-процессе. Первое приложение, разработанное на основе этой новой технологии и получившее название MoldWizard, позволяет пользователю более чем в 10 раз сократить время проектирования пресс-форм для литья пластмассовых изделий.

Это высокоавтоматизированное приложение, не имеющее аналогов на рынке, ориентировано на процесс проектирования пресс-форм и позволяет пользователям проектировать полностью ассоциативные с геометрией отливаемой детали пресс-формы, даже для тех деталей, геометрия которых была импортирована в Unigraphics из других CAD-систем (рис. 3, 4).

Основными достоинствами нового модуля являются:

1. Значительное (более чем в 10 раз!) сокращение времени проектирования пресс-формы.
2. Легкость освоения и обучения работе с модулем. Уже после четырех часов обучения пользователи могут проектировать пресс-формы без помощи преподавателя. Это стало возможным благодаря применению технологии мастер-процесса, при которой система сама запрашивает у вас необходимые действия для создания того или иного узла пресс-формы.
3. Возможность использования базы знаний по проектированию пресс-форм, накопленной на предприятии.
4. Использование библиотек стандартных деталей, которые можно редактировать без применения средств программирования.
5. Применение технологий мастер-модели и WAVE (ассоциативных геометрических связей между отдельными деталями) позволяет пользователям без применения специальных знаний проектировать пресс-формы любой сложности для деталей любых форм и размеров.
6. Если в дальнейшем возникла необходимость изменить отливку, вы дополнительно экономите время, так как при изменении отливки пресс-форма изменяется автоматически. В таблице показано сравнение фаз процесса проектирования пресс-форм, в которой показываются дополнительные возможности модуля UG/MoldWizard.

Рассмотрим более подробно процесс проектирования пресс-формы с помощью модуля MoldWizard на примере пресс-формы для верхней части мобильного телефона (рис. 5).

После того как вы запустили Unigraphics с установленным модулем MoldWizard, в инструментальной панели появляется меню (рис. 6).

В этом меню содержатся необходимые функции, последовательное выполнение которых позволяет пользователю создать законченную пресс-форму. Рассмотрим эти функции более подробно.

1. Инициализация проекта. С этой функции начинаются все проекты MoldWizard. С помощью этой функции пользователь загружает модель детали и автоматически создает структуру сборки пресс-формы.

2. Пресс-форма для семейства деталей. Пресс-формы, в которых одновременно отливается несколько деталей, типа верхней и нижней части телефона, разрабатываются как пресс-формы для семейства деталей. После того как несколько деталей загружено, MoldWizard автоматически создает проект семейства деталей в структуре сборки с отдельными подсборками для каждой загруженной детали и создает соответствующие файлы. Эта функция позволяет вам выбирать активную деталь из числа деталей, которые были загружены в семейство деталей для работы с ней.

3. Система координат пресс-формы. Некоторые детали требуют позиционирования относительно сборки пресс-формы. Функция «Система координат пресс-формы» позиционирует детали в пресс-форме.

4. Коэффициент усадки. Эта функция позволяет задать коэффициент масштабирования, применяемый к детали для компенсации усадки детали при охлаждении. Величина коэффициента усадки может задаваться относительно любой точки детали.

5. Создание заготовки вставок. С помощью этой функции пользователь создает заготовки для матрицы и пуансона. Пользователь может создавать заготовку для вставок как одно тело или отдельные тела, использовать в качестве заготовки плиты матрицы и пуансона или любую заготовку, созданную как твердотельная модель Unigraphics. С помощью этой функции пользователь может также изменить размеры вставок матрицы и пуансона после их создания. Меню создания заготовки вставок показано на рис. 7.

6. Компоновка пресс-формы. Функции компоновки пресс-формы используются для добавления, удаления или позиционирования вставок в пресс-форме. При этом происходит манипулирование деревом подсборки, в которой расположены отливка и другие компоненты пресс-формы, связанные с геометрией исходной детали. Если добавляется вставка, то в подсборку, в которой расположены отливка и другие компоненты пресс-формы, добавляется дополнительный компонент. Этот же метод используется для удаления и позиционирования вставок. При вызове этой функции одна из вставок, которой можно манипулировать, подсвечивается на экране.

7. Создание матриц и пуансонов. Эта функция позволяет пользователям осуществлять автоматический или полуавтоматический поиск линии разъема, создавать поверхность разъема и проектировать матрицу и пуансон пресс-формы. Это наиболее ответственный и сложный этап проектирования пресс-формы, особенно для деталей, имеющих сложную форму. Эта функция разработана для того, чтобы в значительной степени автоматизировать этот процесс с помощью специальных операций, которые выполняются автоматически. Кроме того, с помощью этой функции создаются матрица и пуансон, которые ассоциативны с исходной моделью пластмассовой детали. На рис. 8 показаны спроектированные матрица и пуансон для верхней части корпуса мобильного телефона.

8. Вспомогательные функции для проектирования пресс-форм. Эти вспомогательные функции используются при определении плоскости разъема пресс-формы, проектирования ассоциативных вставок, проектирования ассоциативных оформляющих поверхностей ползунов и подвижных знаков и т.д.

9. Литейные уклоны. При проектировании пресс-форм необходимо добавлять литейные уклоны к поверхностям детали, которые параллельны направлению выталкивания для упрощения съема пластмассовой детали с матрицы или пуансона. Эта функция позволяет вам создавать литейные уклоны постоянного или переменного угла на поверхностях любой сложности.

10. Стандартные пакеты пресс-форм. Эта функция обеспечивает доступ и удобный интерфейс пользователя к библиотеке стандартных пакетов пресс-форм. Библиотека стандартных пакетов пресс-форм предоставляет пользователю пакеты пресс-форм из каталогов фирм HASCO и FUTABA. Меню функции «Стандартные пакеты пресс-форм» позволяет пользователям быстро выбирать различные типоразмеры пакетов из этих каталогов. Размеры пакетов можно изменять в процессе проектирования пресс-формы в любое время. Пользователь может добавлять в библиотеки собственные пакеты пресс-форм без применения специальных средств программирования. На рис. 9 показан интерфейс пользователя для функции «Стандартные пакеты пресс-форм».

11. Библиотека стандартных деталей. В конструкции пресс-формы имеется много стандартных деталей (например, толкатели, литниковая втулка, юстировочные кольца, винты, боковые замки и т.д.). Эти стандартные детали поставляются по каталогам компаний, которые специализируются на выпуске этих деталей, например компании DME и HASCO. Эти компании используют каталоги стандартных деталей для оформления заказа и производства стандартных деталей по заказам пользователей. MoldWizard обеспечивает удобный для пользователя способ управления различными стандартными деталями (рис. 10). Пользователь не только может использовать стандартные детали из поставляемых библиотек, но также может настраивать и создавать новые библиотеки стандартных деталей под стандарты своего предприятия без использования средств программирования.

12. Ползуны и подвижные знаки. При проектировании литьевых пресс-форм для пластмассовых изделий иногда необходимо оформлять области с поднутрениями, которые должны оформляться ползунами или подвижными знаками. Функция MoldWizards Ползуны и подвижные знаки обеспечивает пользователям возможность проектирования ползунов и подвижных знаков необходимой конструкции. Со структурной точки зрения ползуны и подвижные знаки состоят из двух частей, то есть оформляющей части и непосредственно тела (рис. 11). Оформляющая часть зависит от формы изделия. Тело ползуна или подвижного знака состоит, как правило, из стандартных деталей.

13. Создание карманов. Эта функция предназначена для создания карманов под стандартные детали и вставки в плитах пресс-формы. Она позволяет пользователю создавать карманы с заданным припуском или без него.

14. Создание спецификаций. Эта функция предназначена для создания спецификаций и оформления заказа на пакет пресс-формы и стандартные детали. Формат спецификации или бланка заказа может изменяться с помощью стандартной функции создания спецификации Unigraphics.

После того как пользователь последовательно выполнил все эти функции, он получает готовую модель пресс-формы (рис. 12). Так как UG/MoldWizard использует концепцию мастер-модели, пользователь может, не дожидаясь окончания этапа проектирования пресс-формы, начинать создавать программы для станков с ЧПУ для обработки матриц, пуансонов, вставок и т.д., а также создавать чертежи и другую техническую документацию на пресс-форму. Описанная в данной статье функциональность модуля проектирования пресс-форм UG/MoldWizard относится к первой версии этого модуля. Во вторую версию UG/MoldWizard, которая выходит в конце декабря 1999 года, будут включены функции для автоматического проектирования литниковой системы, включая горячеканальную систему впрыска, автоматического проектирования системы охлаждения пресс-формы, будут расширены библиотеки стандартных деталей и многое другое. В третью версию UG/MoldWizard будет включен анализ проливаемости деталей, который будет не только проводить анализ, но и на основании результатов анализа будет проводить оптимизацию литниковой системы и системы охлаждения с автоматическим изменением деталей пресс-формы по результатам анализа.

В заключение я хочу привести отзывы наших пользователей, которые работают с модулем UG/MoldWizard.

«Я забыл, насколько трудно проектировать пресс-формы без UG/MoldWizard!

С UG/MoldWizard мы можем проектировать полностью ассоциативные матрицу и пуансон для наших наиболее сложных деталей, с ползунами и подвижными знаками менее чем за четыре часа. Без UG/MoldWizard это занимало у нас более 40 часов», — говорит Том Хехт (Tom Hecht), конструктор пресс-форм фирмы Phillips Plastics.

«Мы тестировали UG/MoldWizard на примере 20 Мбайт модели детали из пластика, которая была импортирована из другой CAD-системы и содержала более 5000 поверхностей, — говорит Джон Леверинг (John Levering), технический директор фирмы Minco Tool & Mold. — С UG/MoldWizard мы закончили проектирование вставок матрицы и пуансона пресс-формы в течение четырех часов, по сравнению почти с 30 часами при использовании нашего предыдущего процесса проектирования. Теперь все наши конструкторы пресс-форм могут уделять больше внимания процессу проектирования пресс-формы вместо того, чтобы фокусировать свое внимание на программном обеспечении».

«Мы очень довольны результатами опытного тестирования ведущими компаниями модуля UG/MoldWizard, — говорит Тед Макфадден (Ted McFadden), директор по маркетингу фирмы Unigraphics Solutions. — Мы уверены, что этот модуль обеспечит конструкторов мощным инструментом, который позволяет значительно увеличить их производительность без большого дополнительного обучения».

Все эти высказывания полностью подтвердились и в России. После проведения двухдневного обучения работе с модулем UG/MoldWizard и тестовой эксплуатации на АО «АВТОВАЗ», специалистами АвтоВаза дано заключение, что с помощью этого модуля можно спроектировать пресс-форму средней сложности в течение трех часов.

«САПР и графика» 1'2000