3 - 2001

Проектирование технологической оснастки для литья пластмасс в системе CATIA 5

Е.В. Решетько, А.А. Бубнов

Проектирование литья пластмасс представляет лишь одну из сторон применения CATIA версии 5 в современном производстве. CATIA 5 является самой новой (ее продажи начались год назад) и динамично развивающейся системой среди САПР верхнего уровня. Новые версии с расширением функциональности выходят каждые 4-5 месяцев. Последняя 5-я версия системы содержит модули проектирования деталей и сборок, расчета трехмерных допусков и посадок, прочностного статического и частотного анализа, анализа геометрических конфликтов, кинематики механизмов и собираемости сборочных узлов, дизайнерской проработки изделия и выпуска конструкторской документации. Система включает также продукты, обеспечивающие моделирование 3D-электронной платы на основе 2D-маски и формирование корпуса прибора, разводку проводов и трасс. Для проектирования предприятий имеется продукт Plant Layout, средствами которого можно спроектировать производственные помещения и территории, проложить в них дороги, трассы и коммуникации, расставить оборудование и конвейеры, задать производственные зоны, определить и оптимизировать производственные потоки. Все перечисленные продукты имеют удобный и логически связанный интерфейс, везде доступна работа с библиотеками и каталогами. Параметры, применяемые в деталях, сборках и геометрических объектах, могут быть связаны между собой формулами и правилами. Механическая обработка в версии 5R5 представлена двумя модулями — 2,5- и 3-координатной обработки с сохранением полной ассоциативности обрабатываемой детали и траектории инструмента. В следующий релиз — 5R6 — войдут также модули токарной обработки и 5-координатного фрезерования.

Проектирование деталей из пластмасс. В современных конструкциях применяются пластмассовые детали с геометрией разной степени сложности. Для проектирования деталей относительно простой формы достаточно использовать средства только твердотельного моделирования (рис. 1). С учетом наличия специализированных функций для работы с листовым материалом твердотельное моделирование оказывается более эффективным, чем поверхностное, для широкого класса коробчатых и других сложных листовых изделий. Для деталей, включающих элементы сложных поверхностей (рис. 2), применяются методы гибридного моделирования — с использованием интеграции поверхностей и твердых тел. Например, можно «пришить» к твердому телу наплыв, бобышку сложной формы, полученную в поверхностях, или наоборот — обрезать тело поверхностью. Множество сложных поверхностей, ограничивающих какой-либо объем, можно замкнуть в твердое тело. Используется также способ, когда на полученную поверхность для ее преобразования в твердое тело наносится слой необходимой толщины. Мощные и гибкие инструменты ассоциативного моделирования поверхностей и твердых тел предоставляют пользователям CATIA 5 самые широкие возможности.

Поверхностное моделирование, применяемое для определения сложных форм, представлено в версии 5 двумя основными модулями:

  • Generative Shape Design — моделирование точных поверхностей и оболочек, с возможностью определения законов изменения их параметров;
  • Free Style — модуль художественного проектирования, включающий возможности скульптурного построения по формообразующей сетке трехмерных полиномиальных кривых, когда управление формой скульптурных поверхностей осуществляется не через спецификацию, а путем интерактивного перемещения характеристических точек полиномов.

Специализированный модуль проектирования литейной оснастки Mold Tooling Design построен по принципу формирования комплекта деталей, связанных между собой соответствующими правилами. Все детали оснастки — плиты, направляющие штыри, толкатели и т.д. — объединены в каталоги. Помимо этого пользователь может формировать свои каталоги (рис. 3) или расширять предлагаемые в поставке. Работа с модулем литейной оснастки начинается с создания сборки, содержащей модель детали (рис. 4). В модели детали предварительно зашиваются все отверстия (с помощью элементарной операции), в интерактивном режиме создаются поверхность разъема, а также поверхности матрицы и пуансона (рис. 5).

Затем создается так называемый New Mold — новый комплект оснастки. При этом открывается окно (рис. 6), в котором можно описать размеры плит, заготовок матрицы и пуансона и их взаиморасположение. Как альтернатива возможен выбор нужного типоразмера оснастки из каталогов. При этом каждое действие пользователя сопровождается предварительным просмотром.

Определив параметры основных компонентов комплекта оснастки (они открываются в виде компонентов сборки), переходим к формированию матрицы и пуансона. Для этого выполняем обрезку заготовок соответствующими оболочками из модели детали (рис. 7). Затем, извлекая из каталогов, расставляем недостающие компоненты — направляющие штыри, толкатели, каналы охлаждения и др. (рис. 8).

Используя модуль кинематики, можно смоделировать процесс разъема пресс-формы и выемку отливки (рис. 9). При симуляции движения можно произвести анализ конфликтов (столкновений) и зазоров между интересующими нас компонентами.

Логическим завершением разработки оснастки является генерация управляющих программ для станка с ЧПУ. Система рассчитывает траекторию режущего инструмента, генерирует управляющие коды для станка, выполняет визуализацию результата обработки после съема материала и анализ точности программы обработки (рис. 10). При этом поддерживается полная ассоциативность по линии «деталь—оснастка—управляющая программа», с возможностью передачи глобальных модификаций от составляющих поверхностей и твердых тел к программе обработки.

«САПР и графика» 3'2001