Проектирование штамповой оснастки на АО «АвтоВАЗ»
Андрей Яковлев, Александр Ярыш 
На Опытно-промышленном производстве (директор — Сергей Перевезенцев) внедрено автоматизированное проектирование оснастки различного назначения. Наиболее важными направлениями в этом проектировании являются листовая штамповка, литье легких металлов и сплавов, а также производство пластмассовых деталей.
Одно из этих направлений успешно развивается в технологическом отделе кузовов (ТОК). Самый важный вопрос, которым занимается отдел, — проектирование штамповой оснастки.
В данной статье представлен проект, в котором описывается проектирование оснастки для изготовления вытяжного перехода на лицевые детали автомобиля ВАЗ-2110.
На производство была предоставлена модель автомобиля в тюнинговом исполнении. Кроме реального автомобиля и негативов (слепков, снятых с внешней поверхности деталей) основных измененных деталей здесь отсутствовали чертежи и математические модели. Уникальность этой работы состояла в том, что необходимо было создать не только математические модели деталей автомобиля, но и оснастку для их изготовления, причем в короткие сроки. Поэтому перед рабочей группой была поставлена весьма серьезная задача. Кроме того, это был серьезный экзамен для программного обеспечения, использующегося в опытном производстве.
Основным программным обеспечением в данном проекте стала система Power Solution фирмы Delcam plc. Выбор на нее пал не случайно, поскольку данная система уже давно задействовалась на Опытно-промышленном производстве для следующих целей:
- для 3D-механообработки на станках с ЧПУ (PowerMILL);
- для 3D-моделирования, которое осуществляется в системе PowerSHAPE;
- как система, работающая в комплексе не только с различными CAD-системами, но и со вспомогательными устройствами, например с измерительными машинами фирмы Romer (Romer-Armony);
- как система, гармонично работающая с системами анализа процессов, а именно с системой оценки штампуемости AutoForm.
Перейдем непосредственно к описанию проекта. В рамках данной статьи мы рассмотрим проектирование одной детали автомобиля — панели капота — и оснастки для его изготовления, то есть штампа вытяжки.
Негатив капота (слепок, снятый с внешней поверхности капота) и контрольно-измерительная рука Romer-Armony были закреплены на одном столе. Взаимное расположение негатива и руки выбиралось исходя из соображений обеспечения легкого доступа щупа ко всем характерным участкам поверхности.
На первом этапе была произведена базировка. Это было необходимо для построения корректной модели капота. Для базировки использовалась старая модель, так как в новом варианте поверхность капота была изменена только в передней части (рис. 1).
На математической модели капота расставили шесть контрольных точек (рис. 2). Такие же точки были нанесены на поверхность негатива. Используя функцию Free Form Alignment программного пакета PowerINSPECT, произвели базировку (совмещение математики с реальной деталью). PowerINSPECT дает возможность сохранять базировку в файле формата IGES, что позволяет использовать имеющиеся базы для работы в других пакетах.
На поверхность негатива с помощью гибкой линейки и карандаша были нанесены вспомогательные линии. Шаг между линиями варьировался в зависимости от кривизны поверхности.
На втором этапе сохраненную базировку импортировали в PowerSHAPE. Это позволило проводить дальнейшие построения в базе автомобиля. Используя внешний модуль CMMCurve, который позволяет передавать информацию из контрольно-измерительной машины непосредственно в конструкторский пакет, были образмерили вспомогательные линии, по которым, в свою очередь, с помощью стандартных функций пакета PowerSHAPE была построена математическая модель нового капота автомобиля 2110 (рис. 3).
После обработки дизайнерами и компоновщиками полученных результатов на основании замеров была получена математическая модель капота.
С этого момента работа над проектом вступила в новую фазу — проектирование оснастки для изготовления детали.
Внесенное изменение в форму капота сказалось на выборе технологии изготовления.
Совместно с конструктором штамповой оснастки Олегом Мартыновым была проведена технологическая проработка детали. Измененная форма капота, показанная зеленым цветом на рис. 4, обусловила необходимость выбора положения детали при вытяжке. Было принято решение развернуть модель на определенный угол, чтобы обеспечить оптимальные условия для вытяжки детали.
Необходимо подчеркнуть, что эта деталь — лицевая. Такие детали выполняются, как правило, за минимальное количество операций. Поэтому одним из требований к проектированию технологического перехода для этой детали стало построение формообразующей с поверхностью, максимально приближенной к форме детали, которую возможно получить за операцию вытяжки.
Первым шагом в работе над проектом стал выбор рабочего положения детали для проектирования вытяжного перехода. Данная работа проводилась в тесном взаимодействии с пакетом AF-DieDesigner. Это доказывает, что система PowerSHAPE очень хорошо взаимодействует не только со своими «собратьями» — продуктами Power Solution, но и с другими программными пакетами, не относящимся к СAD/CAM.
C помощью AF-DieDesigner определились с рабочим положением детали (рис. 5), а также получили геометрию прижимной поверхности с учетом формы капота (рис. 6).
Далее началось непосредственное проектирование вытяжного перехода, которое происходило достаточно быстро. Следует отметить, что создание вытяжного перехода и корректировка его по результатам анализа на 100% производились в системе PowerSHAPE благодаря мощному аппарату редактирования, который позволяет воплотить в модель практически любую мысль технолога (рис. 7).
Кроме того, хочется подчеркнуть, что в процессе выполнения этого проекта был найден подход к работе с различными системами, что доказывает опыт совместной работы совместно с системой анализа AutoForm, помощь в которой оказал Дмитрий Бузлаев (ООО «ТЕСИС»).
Именно благодаря быстрому счету процесса штамповки (а на сегодняшний день именно эта система занимает лидирующее место в своем классе) стало возможным проектировать технологические переходы вытяжки за существенно меньшее время, чем прежде. Конкретно в данном случае за две недели было протестировано 14 вариантов вытяжных переходов, прежде чем были выбраны два варианта, приемлемые для существующего оборудования и условий (рис. 8).
Для быстрого проектирования новых моделей автомобиля этот момент очень важен, поскольку, применяя лучшие в своем классе системы и пакеты, можно увереннее чувствовать себя в конкурентной борьбе и быстрее обновлять модельный ряд.
Вернемся к нашему проекту. Располагая математической моделью вытяжного перехода и используя команды PowerSHAPE, можно достаточно быстро создать математические модели рабочих частей штампа (матрицы пуансона и прижима). Это необходимо по ряду причин. Прежде всего потому, что полная модель, например пуансона (рис. 9), необходима для операции контроля качества изготовления как выжигаемой модели (для изготовления отливки), так и уже готовой детали штампа.
Итогом проектной части работы стала разработка управляющих программ на станок с ЧПУ для изготовления пенополистирольных моделей, а параллельно — для обработки формообразующих поверхностей рабочих частей штампа.
Подготовка программ управления полностью производилась в системе PowerMILL (рис. 9), после чего с помощью постпроцессоров программы были перекодированы в соответствующие форматы стоек станков с ЧПУ.
Таким образом, задача, поставленная перед технологическими и конструкторскими службами, была решена, и с довольно неплохими результатами:
- сканирование и последующая разработка математической модели детали заняли в общей сложности 12 часов;
- проектирование оснастки велось по новой технологии — методу сквозного проектирования. Время, затраченное на разработку технологического перехода, снизилось на 30%, что является весомым показателем в производстве;
- гармоничная работа пакетов Power Solution с другими системами позволила создать технологию подготовки проектов, автоматизированную на 80%.
В заключение хочется отметить, что такие проекты предоставляют возможность не только выдвинуть новые идеи и требования, позволяющие системам, разработанным фирмой Delcam, завоевывать лидирующие позиции среди CAD/CAM-систем и совершенствоваться, не останавливаясь на достигнутом, но и находить рациональные пути для решения производственных задач.
«САПР и графика» 3'2002
