ADEM — современная технология подготовки кузнечного производства

Андрей Каверин

Цель — получение детали

Цель остается, подход меняется

Точность в расчетах — прибыль в деньгах

Заключение

Горячая объемная обработка металлов давлением — один из самых распространенных способов получения деталей и заготовок. Большинство машиностроительных предприятий имеют собственные кузнечно-прессовые цеха и надлежащие службы, обеспечивающие подготовку данного вида производства.
Традиционно на отечественных предприятиях сопровождением кузнечного производства занимается технологический комплекс, а именно отдел главного металлурга. Совместно с технологическими бюро кузнечно-прессовых цехов сотрудники соответствующих подразделений ОГМет обязаны обеспечивать надлежащий уровень технологической готовности производства, которая, в свою очередь, связана с выполнением конструкторских работ по проектированию штамповой оснастки.
В данной статье мы рассмотрим несколько этапов создания штампованной заготовки, чтобы вы¬явить наиболее важные моменты в работе технолога, и расскажем о том, как интегрированный САПР ADEM поможет ускорить этот процесс и избавиться от характерных ошибок.

Цель — получение детали

В процессе создания технологии горячей штамповки наиболее трудоемким этапом является разработка КД на штамповку, конфигурация и размеры которой в основном и определяют схему технологического процесса. От правильной разработки чертежа зависит сложность, а иногда и возможность рационального изготовления изделия. При выполнении этих работ технологу приходится оперировать как теоретическими данными (это может быть нормативно-справочная литература, паспорта оборудования), так и практическими (результаты испытаний материала, методические указания, являющиеся следствием накопленного опыта). Результатом работы технолога или группы технологов, которая может состоять из сотрудников ОГМет и специалистов технологического бюро цеха, становится чертеж детали, оформленный в соответствии с привычными требованиями ЕСКД. Однако нередко для наглядности на чертеже штамповки прерывистой линией прорисовывают контур исходной детали и все размеры расставляют относительно этого контура, показывая тем самым количество материала, удаляемого в процессе механической обработки. Такой метод графического представления детали наиболее прост и понятен и потому взят нами за основу для дальнейшего изложения.

Следующим очень важным этапом является расчет заготовки для штамповки. Данный этап прежде всего очень ответственный с экономической точки зрения, поскольку при первоначальном приблизительном расчете массы заготовки (например, круглого прутка) неизбежны потери времени в ходе опытной отработки процесса штамповки. В зависимости от способа штамповки размеры заготовки могут рассчитываться по-разному. Следовательно, еще на стадии разработки чертежа должна появиться хотя бы приблизительная технология изготовления детали. Сам по себе расчет также должен выполняться строго на основе алгоритмов и справочных данных, приводимых в специализированной литературе. В некоторых случаях технолог может отходить от правил и формул расчета, полагаясь на свой опыт и на экспериментальные результаты внедрения аналогичных технологических процессов. В любом случае, определение параметров заготовки — залог не только успешной технологии изготовления детали, но и корректного планирования и управления производством, финансового регулирования, менеджмента качества.

Цель остается, подход меняется

С развитием систем трехмерного моделирования стало возможным организовать работу технолога по горячей штамповке на основе объемной математической модели детали.

Появление интегрированных CAD/CAM-систем с единым информационным конструкторско-технологическим пространством позволяет сделать еще один, не менее революционный шаг. Интегрированная среда дает возможность работы над одним объектом сотрудникам и подразделениям различной специализации.

Так, например, в интегрированной CAD/CAM-системе ADEM в основу положен принцип единого информационного пространства, в котором отправной точкой для проектирования модели штамповки может быть модель детали. Исходный чертеж, а в идеальном случае трехмерная модель вместе с чертежом, несет в себе не только информацию о геометрии модели, но и данные, необходимые для написания технологического процесса ее изготовления, которые впоследствии тоже могут быть использованы для соответствующих расчетов.

Придерживаясь стратегии сквозного проектирования, в конструкторском модуле ADEM CAD технолог выполняет геометрические построения модели штамповки (рис. 1), привязываясь к геометрии исходной детали. Процесс этот не сложен, так как стандартные функциональные возможности системы ADEM позволяют с легкостью осуществлять такие действия, как проецирование модели на плоскости, автоматическое построение эквидистант и параметризацию этих объектов с помощью размерной линии. Таким образом, создаются полностью параметризованные профили модели штамповки относительно граней и ребер исходной конструкторской модели.

На стадии построения система ADEM предоставляет технологу возможность автоматически получать линию разъема (рис. 2), а также строить штамповочные уклоны. Достаточно богатая, по меркам CAD-систем среднего уровня, функциональность не вызывает сомнений в наличии возможности получения как твердотельных, так и гибридных трехмерных моделей любой сложности. Заложенный в систему принцип многотельности позволяет разработчику не зацикливаться на каком-либо одном варианте модели, а вести параллельное проектирование нескольких деталей либо получить в одном файле модели для всех переходов штамповки, которые тоже будут ассоциативно связаны с исходной деталью.

На основании полученной параметризованной объемной модели автоматически создаются основные чертежные виды, при этом существует возможность генерации видов как с учетом припуска на усадку, так и без него. Данный припуск назначается технологом в самом конце проектирования модели и добавляется в дерево построения стандартной командой «масштаб». Таким образом, чтобы получить чертеж горячей штамповки без учета этого припуска, в размерах достаточно будет погасить команду «масштаб» в дереве построения.

Наиболее рутинной частью этого процесса является подбор в соответствующем стандарте (например ГОСТ 7505-55) величин напусков, припусков, допусков и штамповочных уклонов. Благодаря уникальным возможностям модуля ADEM CAPP, задача по назначению этих размерных величин может быть решена следующим образом (рис. 3). В базе данных ADEM TDM создается раздел справочной информации, содержащий значения напусков, допусков и уклонов и регламентируемый соответствующим ГОСТ или ОСТ. В окне диалога осуществляется ввод исходных данных, по которым и будет производиться подбор необходимых размеров алгоритмом, написанным на внутреннем языке ADEMDeveloper. Например, если величина припуска на сторону назначается c учетом марки материала, группы точности штамповки, площади проекции детали и т.п., именно эти данные и нужно будет ввести в окне диалога. Алгоритм сформирует запрос к соответствующему разделу базы данных и предоставит результат. Полученные данные можно будет использовать как для переноса в размеры создаваемой модели штамповки, так и для формирования различных отчетов, например карты контроля. Алгоритм может быть написан для расчета любой информации, в том числе и для определения усилия штамповки или массы падающих частей молота.

Подобная схема расчета параметров горячей штамповки является наиболее подходящей и оправданной для предприятий с современными по уровню оснащения инструментальными производствами. В этом случае затраченное на создание объемной модели штамповки время будет оправданно, поскольку время, которое потребуется конструктору на создание инструментальной оснастки, будет значительно меньшим. Так как все работы ведутся в едином информационном пространстве системы ADEM, к технологу-программисту станков ЧПУ попадает уже готовая (рабочая) модель детали штампа, для которой необходимо будет создать управляющую программу (рис. 4).

Даже в том случае, если вставки для штампов изготавливаются на универсальном оборудовании, например на копировальных станках, создание трехмерных моделей c последующей генерацией чертежей все равно будет целесообразным, так как по модели штампованной детали можно автоматически получить главную величину, необходимую для расчета заготовки, — объем материала.

Точность в расчетах — прибыль в деньгах

При выборе заготовки под штамповку технологу приходится выполнять огромное количество расчетов и графических построений. После определения, к какой группе относится спроектированная технологом деталь поковки, производится расчет всех поперечных сечений детали, построение эпюры сечений, определение коэффициента подкатки, выбор вида и количества ручьев, выбор типа заусенца и определение размеров самой заготовки. В модуле ADEM CAPP может быть реализован расчет всех этих параметров на основе методики, применяемой в системе для решения уже имеющихся аналогичных задач. На рис. 3 показана условная схема расчета этих параметров.

Например, при наличии только штамповочных ручьев длину заготовки определяют по формуле:

,

где ln — длина поковки.

Для расчета площади поперечного сечения будущей заготовки применяют следующую формулу:

.

Имея трехмерную модель поковки, мы с большой точностью можем вычислить объем твердого тела, так же как и остальные значения, необходимые для расчета Sзаг . В модуле CAPP, используя для этих целей встроенный язык ADEMDeveloper, возможно создание окон диалога для ввода исходных данных, а также алгоритмов для расчета конечных результатов (рис. 5). Следует сразу отметить, что непосредственно для пользователя само понятие «выполнение алгоритма» заключается лишь в нажатии кнопки «А». Сами же алгоритмы и окна диалогов могут быть разработаны как специалистами компании ADEM Technologies, так и пользователями после экспресс-обучения. Современная версия системы ADEM содержит более тысячи разнообразных алгоритмов и полностью открыта для создания новых вариантов решения различных типов задач.

Ценность данной методики заключается в следующем:

• создание полного цикла сквозного проектирования на базе модели детали, исключающего неоправданные временные затраты и потерю данных;

• возможность быстрого, а главное, сверхточного расчета характеристик заготовки, а также всех параметров технологии штамповки;

• формирование полного комплекта конструкторско-технологической документации;

• хранение данных (документации, моделей, техпроцессов, программ) об объекте и связанных с ними заготовках, оснастке, инструментах в едином электронном документе с последующей возможностью внесения изменений или использования его в качестве интегрированного прототипа;

• высокая степень автоматизации подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ.

Заключение

Опыт применения системы ADEM для решения задачи подготовки кузнечно-прессового производства показывает, что время, затрачиваемое на проектирование оснастки, может снизиться на 25-30%, а на отработку технологии — на 50%. Время, необходимое для разработки управляющих программ, может сократиться в разы. Например, специалисты РКЗ ГКНПЦ им. М.В.Хруничева в своих статьях и отчетах неоднократно отмечали снижение трудоемкости и сокращение сроков изготовления штампов горячего формования при использовании CAD/CAM/CAPP ADEM. В случае же, если осуществлять подготовку производства нового изделия на основе интегрированного прототипа, проработанного в системе ADEM, экономия получается на несколько порядков больше.

«САПР и графика» 3'2005