Проектирование штамповой оснастки на ОПП «АвтоВАЗ»
Не секрет, что российские автомобилестроители не успевают за спросом. К сожалению, проходит долгое время, пока выставочный экземпляр автомобиля, который покупатели готовы приобрести уже сегодня, выйдет в серийное производство и наконец поступит в продажу. Да и смена модельного ряда отечественного автомобилестроения происходит довольно медленно — не в пример европейским производителям. Причин тому много, и одной из них является большая продолжительность процессов подготовки производства и проектирования оснастки. На V конференции пользователей программных продуктов фирмы Delcam plc, прошедшей осенью минувшего года, директор Опытно-промышленного производства (ОПП) АО «АвтоВАЗ» (на котором проходила конференция) Сергей Николаевич Перевезенцев отметил, что одной из главных задач подготовки производства является быстрое, качественное проектирование и изготовление оснастки. Благодаря содействию руководства служб Дирекции по Техническому Развитию (ДТР) АО «АвтоВАЗ» в ОПП стало возможным внедрение новых технологий с использованием САПР.
Всем известно, что при изготовлении деталей автомобиля, а именно деталей кузова, применяются различные методы обработки металла. В частности, в АО «АвтоВАЗ», как, впрочем, и на многих других предприятиях автомобильной промышленности, большая часть кузовных деталей производится методом холодной листовой штамповки. Для качественных деталей необходима качественная оснастка. Процесс подготовки производства и непосредственно изготовления оснастки достаточно трудоемкий. При этом не менее важной задачей является сокращение сроков проектирования штамповой оснастки.
В данной статье рассмотрены опыт работы по проектированию штамповой оснастки с применением программного обеспечения фирмы Delcam plc, способы взаимодействия этих продуктов с другими системами, на которых работает персонал ОПП, а также с промышленным оборудованием, которое там используется. Следует отметить, что специалистам фирмы «Делкам-Самара», генеральным директором которого является Геннадий Михайлович Мещеряков, и технологического отдела кузовов (ТОК) под руководством Бориса Васильевича Костюхина необходимо было решить целый ряд задач. Требовалось найти оптимальные схемы проектирования штамповой оснастки, выявить преимущества и недостатки в работе над проектами, определить оптимальную конфигурацию компьютерной техники для решения поставленных задач и решить многие другие вопросы. Некоторые моменты мы уже осветили в статье «Использование технологий Delcam plc в инструментальном производстве» («САПР и графика» № 4’2000); настоящую публикацию можно рассматривать как ее развернутое дополнение.
На примере проектирования штампа вытяжки на деталь автомобиля «Капот наружный», которое проводилось начальником КБ штампов ОПП Олегом Мартыновым и конструктором Дмитрием Матейко, описываются этапы, дающие представление о возможностях применения пакетов фирмы Delcam по «сквозной» схеме — от чертежа до изготовления изделия.
На начальном этапе проектирования математическая модель детали автомобиля принимается от внешнего разработчика, при этом не имеет значения, в какой системе она создана.
В данном случае была получена деталь (рис. 1), разработанная в системе CATIA. С помощью программы перекодировки из формата CATIA в формат DUCT математическая модель передается в систему PowerSHAPE, где производится ее первичная обработка. Данная операция необходима по ряду причин:
- во-первых, конструктор — разработчик детали автомобиля зачастую создает теоретическую электронную модель, то есть не содержащую малых радиусов (от 2 мм и ниже). Это объясняется тем, что кузов состоит из достаточно большого количества деталей, а мелкие доработки требуют довольно много времени. Для изготовления же оснастки необходим полный объем математических моделей деталей, а все доработки можно сделать на последующих этапах;
- во-вторых, какой бы точной ни была система, всегда существует вероятность потери данных из-за разных версий IGES-файлов различных систем. А при наличии чертежа детали и частичной информации можно создать полную модель детали автомобиля;
- в-третьих, создать математическую модель можно по эскизу, оцифрованным данным, полученным с измерительной машины, или по чертежу.
С помощью операций PowerSHAPE создается полная модель детали автомобиля (рис. 2), со всеми радиусами, с приведенными к одному знаку нормалями, — в общем, готовая для последующей работы.
Следующим этапом является выбор количества операций, оборудования, необходимого для изготовления детали. Данная работа выполняется технологом, который выдает так называемую схему переходов с указанием всех необходимых данных. Одновременно производится первичная разработка технологического перехода вытяжки.
Одним из важных моментов проектирования технологического перехода вытяжки является базировка модели (рис. 3). Конструктор математической модели детали автомобиля разрабатывает ее в так называемых осях автомобиля. Наша задача — перейти из осей автомобиля в оси проектируемой оснастки. Это можно сделать различными способами. Остановимся на одном из них.
Первоначально производятся повороты модели детали для выбора оптимального положения, затем контурами определяются габариты проема будущего пуансона, после чего с помощью операций системы PowerSHAPE выполняются необходимые построения (рис. 4).
До внедрения автоматизированных систем при проектировании и изготовлении штамповой оснастки использовался опыт конструктора и технолога, причем их сферы деятельности были четко разграничены. Перед разработкой схемы переходов штамповки и проектированием штампов на сложные кузовные детали изготавливалась гипсовая модель, по которой обрабатывался вытяжной переход и выбиралось положение перехода в штампе. По разработанной КД модельщики вручную создавали рабочие модели, по которым копировались формообразующие поверхности штампов. В основном это касалось деталей со сложной формообразующей поверхностью, когда проектировался переход, изготавливалась оснастка в металле и во время наладки для получения качественной детали приходилось затрачивать много времени на ручную слесарную доводку.
Безусловно, никакая машина не заменит богатейший опыт проектировщика, однако современные технологии дают возможность использовать системы анализа процесса, в частности системы — анализаторы процесса штамповки.
Было принято решение найти систему, способную достаточно быстро и качественно оценить спроектированные переходы и выдать результаты, по которым можно судить о правильности технологического перехода. Кроме того, необходимо было найти способ взаимодействия системы-анализатора и системы-моделировщика. Благодаря тесному сотрудничеству с фирмой «ТЕСИС» (российский представитель фирмы AutoFORM Engineering) была найдена и апробирована система анализа AutoFORM; это дало возможность более полно провести работу и, что самое главное, найти оптимальное решение при проектировании технологического перехода вытяжки.
После получения в виде математической модели первоначального варианта технологического перехода — с помощью системы AutoFORM — был произведен анализ его штампуемости (рис. 5). В качестве результатов были получены:
- места образования гофр;
- величина высоты гофры;
- места утонения металла и величина в миллиметрах;
- рекомендации размещения и формы перетяжных ребер.
Передача данных из системы PowerSHAPE в систему AutoFORM не вызвала никаких затруднений, связанных с потерей данных или «невосприятием» IGES-файла. В качестве эксперимента при анализе вытяжного перехода на переднее крыло ВАЗ-2123 в системе AutoFORM была сгенерирована форма прижима в виде массива точек, по которому в системе CopyCAD была создана математическая поверхность прижима, переданная затем в систему PowerSHAPE (рис. 6).
В данной работе участвовал инженер-конструктор Владимир Кириченко (ТОК ОПП). А анализ штампуемости, в рамках пилотного проекта, был произведен под руководством и при непосредственном участии начальника отдела систем проектирования и инженерного анализа Дмитрия Бузлаева («ТЕСИС»).
После определения на пакете анализа качества спроектированного перехода вытяжки с помощью достаточно мощного и гибкого аппарата редактирования поверхностей системы PowerSHAPE необходимо осуществить коррекцию перехода (перестроение проблемных мест, а именно «размывание» радиусов, изменение геометрии, а иногда и положения формы вытяжного перехода). Сейчас ведется работа над созданием интерфейса между PowerSHAPE и AutoFORM для более удобного и быстрого использования данного комплекса систем.
За определением оптимального варианта вытяжного перехода следует передача данных в пакет графики, где разрабатывается конструкторская документация на штамповую оснастку (рис. 7). Часть этой работы можно выполнить в среде PowerSHAPE с помощью встроенной системы PS-DRAFT.
Поскольку на подавляющем большинстве наших предприятий используется графический редактор AutoCAD, схема передачи данных была найдена.
В среде PowerSHAPE создаются сечения, четко по осевым линиям либо по ломаным наносятся необходимые пояснения (положение осей, расстояние от сеток и др.) и в формате IGES передаются в графическую систему AutoCAD. Да простят меня пользователи AutoCAD за «графическую» систему, просто в данном случае она используется именно так. Данная процедура может показаться несколько странной, но в силу возможности параллельного проектирования обеспечивает ускорение проектирования штамповой оснастки. Кроме того, данный пример опровергает многие скептические оценки возможности передачи данных из одной системы в другую и еще раз доказывает универсальность системы PowerSHAPE.
По мере разработки конструкторской документации на штамповую оснастку производится моделирование рабочих частей штампа (рис. 8) для последующей передачи в CAM-систему механообработки PowerMILL.
PowerSHAPE дает возможность создавать макросы. Для проектирования вытяжных штампов был создан макрос, позволяющий из технологического перехода произвести разделение на поверхности матрицы, пуансона и прижима, сориентировать их в положение, необходимое для составления управляющих программ для ЧПУ-обработки. На все это уходят считанные секунды.
В процессе работы над проектами по созданию штамповой оснастки было выявлено много пробелов, связанных непосредственно с изготовлением. Понятно, что каким бы замечательным ни был проект, на каком бы мощном пакете он ни базировался, он должен быть реализован.
Речь идет об изготовлении штампов.
Три года назад, когда данная работа только начиналась, многие (достаточно большой процент) детали, содержащие формообразующие поверхности сложной формы, изготавливались с браком. Зачастую модельщикам, готовящим формы для литья заготовок по традиционной технологии, эта работа была просто не по плечу. Кроме того, модельщикам порой довольно сложно обеспечить по всей форме заготовки должную толщину металла (~70-80 мм от формообразующей поверхности), гарантирующую прочность детали штампа. Проблемой являлось и то, что заготовки в металле имели неравномерные припуски и на механообработку (местами слишком большие, а местами недостаточные), из-за чего очень много времени уходило на сопровождение программ в цехе.
Разумеется, все это не устраивало изготовителей штампов. Необходимо было найти выход из этой ситуации.
Было принято решение создавать литьевые модели из пористого материала — пенополистирола. Данная технология не нова, ее используют многие предприятия как в нашей стране, так и за рубежом, поэтому подробно описывать ее не имеет смысла. Приведу лишь основные моменты.
В системе PowerMILL разрабатывается программа с учетом припуска на механообработку (порядка 5-7 мм), припуск задается в самой системе, и в большинстве случаев отпадает необходимость разрабатывать математическую модель на литьевую заготовку.
После обработки полистирольной формы модельщикам гораздо легче создать модель с обеспечением всех необходимых условий, о которых шла речь выше.
Применение данной технологии дает ощутимый эффект, это:
- снижение процента изготовления бракованных заготовок;
- обеспечение равномерного припуска (в пределах 3-5 мм от заложенного припуска) по всей поверхности механообработки;
- сокращение сроков изготовления и сопровождения управляющих программ на станках с ЧПУ и многое другое.
В технологическом бюро подготовки управляющих программ на станки с ЧПУ, которым руководит Борис Владимирович Бондин, разрабатываются управляющие программы для различных станков. Парк станков на ОПП достаточно разнообразный, но главную роль в изготовлении штамповой оснастки играют трехкоординатные станки. Это Bokц, Mazak, Hekkert, Maho — 400/700/2000, высокоскоростной обрабатывающий центр Mecof, а также отечественные: ГФ-2141, УФ-5943, высокоскоростной обрабатывающий центр УЗТС, ИС-800 и др. Практически на все перечисленные станки специалистами этого бюро и фирмы «Делкам-Самара» создаются программы в системе PowerMILL (рис. 9). С помощью вспомогательных программ, разработанных постпроцессором Ductpost, пишутся управляющие программы для каждого типа стойки.
На этом процесс проектирования можно считать законченным.
Таким образом, в описанной схеме доминирующую роль играет пакет PowerSHAPE, позволяющий достаточно просто и быстро решить технологические вопросы. Универсальность системы позволяет ей безболезненно взаимодействовать с другими наиболее распространенными САПР без потери данных и времени.
В заключение следует отметить, что программные продукты фирмы Delcam plc занимают одно из ведущих мест в решении реальных задач, подобных проектированию и изготовлению штамповой оснастки.
«САПР и графика» 1'2001
