5 - 2001

Первые шаги с Power Solution

Андрей Мазурин

Разработка моделей кокилей для отливки корпусов гидродвигателей

Проектирование и изготовление мастер-модели

Информацию об опыте использования компьютерных технологий в различных сферах деятельности человека сегодня можно найти практически в любом уважающем себя компьютерном издании. Немало интересных публикаций о применении различных CAD/CAM-, CAE-, PDM/TDM-систем можно найти и на страницах нашего журнала. В последнее время эта тема пользуется неизменной популярностью среди читателей, пытающихся определить, где и при каких условиях использование того или иного решения действительно наиболее эффективно и как это укладывается в рамки конкретного предприятия.

Данная статья посвящена использованию компьютерных технологий британской компании Delcam plc при решении инженерных задач на производстве.

Рассмотрим два реальных проекта. Это работы учащихся Уральского государственного технического университета (УГТУ), занявшие призовые места в конкурсе, организованном фирмой Delcam plc для российских университетов в 2000 году («Delcam plc: в России мы видим сильного и надежного партнера» в «САПР и графика» № 11’2000).

Разработка моделей кокилей для отливки корпусов гидродвигателей

Первое место было присуждено работе «Разработка моделей кокилей для отливки корпусов гидродвигателей», выполненной учащимся УГТУ-УПИ Д.Рассохиным, под руководством В.А.Малькова, ведущего специалиста ОАО ПСМ по проектированию литейной оснастки. Работа заключалась в проектировании модели рабочей поверхности кокиля (вкладыш и боковина) для отливки корпуса гидромотора (рис. 1) для ОАО «Пневмостроймашина».

Гидромоторы — основная продукция ОАО «Пневмостроймашина». Корпуса для них изготавливаются в больших количествах, поэтому для их отливки постоянно требуются не только новые кокиля, но и формообразующие элементы для замены старых кокилей. Упрощенная схема кокиля представлена на рис. 2.

Традиционно на заводе по чертежам вручную разрабатывались упрощенные программы станков с ЧПУ для обработки отдельных наиболее сложных частей кокиля. Большинство поверхностей обрабатывалось на универсальном оборудовании. Все это требовало немалых затрат трудовых и временных ресурсов. Но с появлением на заводе программных продуктов фирмы Delcam plc ситуация постепенно стала меняться.

Перед коллективом бюро по проектированию литейной оснастки была поставлена задача: с помощью Power Solution автоматизировать процесс проектирования и изготовления кокиля, с учетом имеющейся технической базы предприятия. В рамках разработанного проекта Д.Рассохин должен был получить компьютерные модели кокилей для отливки корпусов (с применением PowerSHAPE), а также управляющие программы для станков с ЧПУ (с использованием PowerMILL).

Для выполнения поставленной задачи оказалось недостаточно знаний, полученных в ходе обучения в университете по работе с программами Power Solution, поэтому все работы проводились в тесном контакте с заводскими специалистами, оказавшими неоценимую помощь своими консультациями. Кроме того, постоянно приходилось контактировать и с конструкторами по литейной оснастке, и с технологами инструментального цеха.

В результате были разработаны графические модели для трех различных кокилей (вкладыш и боковина) и получены управляющие программы для станков с ЧПУ.

Рассмотрим процесс создания моделей боковин и вкладышей с использованием CAD/CAM на примере одного кокиля, общий вид которого представлен на рис. 3.

Вкладыш формирует рабочую часть отливки (рис. 4). Поскольку вкладыш является самой важной частью кокиля со сложной формообразующей поверхностью, исправления для него не допускаются. И если боковина может изменяться, то вкладыш должен изготавливаться практически без исправлений и доработок.

Боковина (рис. 5) включает в себя все литниковые элементы, проектирование которых является наиболее сложным процессом, который доверяется специалистам с большим производственным опытом. Этим и объясняется столь тесное сотрудничество с ними в ходе данной работы.

В таблице представлена последовательность изготовления корпуса гидромотора.

Поскольку новые кокиля часто мало чем отличаются от старых, их модели получают путем замены некоторых элементов в уже существующих.

В процессе моделирования в PowerSHAPE одинаково часто использовались почти все функции создания поверхностей. Так, к примеру, из сети пересекающихся кривых было создано основное тело отливки, к которому добавлялись поверхности вытяжки по направляющей, вращение контура вокруг оси и др. К ним пристраивались поверхности уклона, скругления. Часто применялись сшивка и сращивание поверхностей. Для получения сложных формообразующих поверхностей пакет PowerSHAPE оказался просто незаменимым.

Интерес представляет создание перехода от прибыли и литникового канала к отливке (рис. 6), поскольку эти поверхности должны быть максимально гладкими и иметь такую форму, которая бы обеспечила оптимальное заполнение кокиля металлом. В связи с тем что эту часть кокиля не всегда удается точно образмерить, в процессе геометрического моделирования пришлось немало потрудиться над формированием поверхностей, следуя правилам заполнения формы металлом. PowerSHAPE справился с этой задачей блестяще.

Не лишенным некоторых трудностей оказалось и изготовление новых кокилей. Форма литниковой системы должна быть такой, чтобы при заливке в нее металла в отливке не образовывались раковины, поры, пустоты и другие дефекты. По мере изготовления каждого кокиля, как правило, выполняется пробное литье. По его результатам конструктор-литейщик вносит в конструкцию кокиля изменения, которые моментально отражаются в электронной модели с использованием PowerSHAPE, а затем — в управляющих программах в системе PowerMILL. В то время как прежде приходилось заново проходить практически все этапы проектирования.

Получение управляющих программ для обработки кокиля (рис. 7) является наиболее сложным и трудоемким этапом, требующим хорошего знания технологии. Несмотря на то что PowerMILL полностью исключает зарезы, управляющие программы необходимо составить так, чтобы они были правильно состыкованы (чтобы не оставалось необработанных мест и фреза не совершала лишних ходов), поскольку это влияет на качество и производительность обработки. Вследствие того, что кокиль имеет большие габариты, на обрабатывающих станках с ЧПУ Micron, Maho отрабатывается несколько программ — с разными инструментами и параметрами.

Подводя промежуточные итоги реализации проекта, работы над которым еще продолжаются, можно констатировать:

  • программные продукты фирмы Delcam plc позволили специалистам ОАО «Пневмостроймашина» перейти на новый уровень технологии получения формообразующих элементов на станках с ЧПУ, что привело к значительному сокращению затрат при подготовке производства новых изделий;
  • переход на компьютерное проектирование конструкции и технологии изготовления пресс-формы позволил интегрировать значительную часть конструкторско-технологических подготовительных этапов и исключить ошибки, связанные с передачей информации от одного рабочего места к другому.
В начало В начало

Проектирование и изготовление мастер-модели

Современный рынок требует от производителей различных товаров немалых усилий по приданию своей продукции привлекательного вида и обеспечению максимального удобства в ходе ее эксплуатации. Кроме того, в целях удовлетворения постоянно меняющегося спроса ассортимент продукции должен все время обновляться. Особенно остро эта проблема стоит перед производителями товаров широкого потребления, в частности перед предприятиями, занятыми выпуском стеклотары и посуды. Нередко ассортимент продукции, выпускаемой на таких предприятиях, насчитывает до сотни различных наименований. Причем некоторые из товаров выпускаются небольшими «эксклюзивными» партиями или по специальному заказу. Для обеспечения высокого уровня эффективности такого производства требуется оперативное изготовление качественной инструментальной оснастки со сложными формообразующими поверхностями.

Традиционные технологии изготовления оригинальных видов бутылок, флаконов и керамической посуды главным образом основаны на использовании ручного труда опытных высококвалифицированных специалистов-инструментальщиков. А поскольку специалисты высокого класса, имеющие за плечами многолетний практический опыт в данной области, сегодня на российских предприятиях большая редкость, то применение автоматизированных методов проектирования и изготовления оснастки со сложными формообразующими поверхностями с использованием CAD/CAM-систем актуально как никогда. К тому же, как показывает мировой опыт, трудозатраты и сроки конструкторско-технологической подготовки производства с использованием рассматриваемых систем сокращаются в несколько раз, к тому же зачастую при этом возможность брака полностью исключается.

В качестве примера успешного использования CAD/CAM-технологий рассмотрим работу «Разработка конструкции и технологии изготовления мастер-модели для изготовления керамической посуды», выполненную студентом пятого курса механико-машиностроительного факультета УГТУ-УПИ В.Жернаковым.

Как следует из названия работы, перед студентом была поставлена задача изготовить мастер-модель для производства керамической бутылочки с заданными формой и объемом.

Традиционно технология изготовления пустотелой керамической посуды включает ряд следующих мероприятий.

Вначале изготавливается мастер-модель, являющаяся точной копией проектируемого изделия, за исключением объема, который превышает объем готового изделия пропорционально проценту усадки материала. Как правило, работа выполняется вручную рабочим-модельщиком. Затем по готовой мастер-модели выполняются разъемные гипсовые формы, после чего можно приступать к процессу изготовления керамической посуды. Процесс изготовления включает следующие этапы:

  • заливка керамической суспензии в гипсовую форму, в процессе которой на стенки формы начинают оседать частицы суспензий, которые через определенный промежуток времени затвердевают и таким образом образуют стенку будущего изделия;
  • сливание остатков суспензий, раскрытие формы;
  • покрытие изделия эмалью (завершающий этап).

Наиболее трудоемким в данной технологической цепочке является изготовление мастер-модели, особенно для получения таких форм, как показано на рис. 8. Опытный модельщик может изготовить подобную модель минимум за месяц, тогда как в рассматриваемом примере, при использовании CAD/CAM-модули Power Solution, потребовалось в общей сложности пять рабочих дней, первые три из которых ушли на компьютерное моделирование, а следующие два — на проектирование управляющих программ для ЧПУ, отладку и изготовление. Поскольку для участника проекта это был первый опыт выполнения такой работы, сроки ее выполнения не являются эталонными. Опыт использования Power Solution на аналогичных производствах в России и за рубежом показывает, что указанные сроки могут быть сокращены в 1,5-2 раза.

Технологию получения мастер-модели с использованием CAD/CAM-технологий рассмотрим на примере данного проекта.

Сначала в PowerSHAPE была сформирована трехмерная графическая модель мастер-модели, которая затем была масштабирована до заданного внутреннего объема с учетом толщин стенок (PowerSHAPE позволяет измерять объемы объектов, в последующем меняя их масштаб). В результате графическая модель увеличилась на заданный процент усадки материала.

Затем была разработана технология изготовления мастер-модели. Для этого графическая модель была «разбита» на три части: дно, середину, верхнюю часть. Из-за ограничений по длине обработки, накладываемых имеющимся цеховым оборудованием, середину и верхнюю часть мастер-модели пришлось разделить. В связи с этим модель пришлось немного изменить: оставить четверть, а остальное удалить, из кромки четверти вытянуть поверхности для ограничения движения фрезы. Линия разрыва была выбрана для удобства дальнейшей сборки и экономии модельного материала.

На рис. 9 видно, что середина и верхняя часть имеют обрабатываемые поверхности параллельно оси, а также восемь одинаковых граней. Поэтому было принято решение обрабатывать их с использованием поворотного приспособления, причем сразу две поверхности за один установ. В ходе проектирования в модель были заложены технологические уклоны, обеспечивающие обработку без недорезов, и радиусы скруглений, что несколько упростило обработку.

Дно имеет обрабатываемые поверхности в двух плоскостях — перпендикулярно и параллельно оси детали, в связи с чем эта деталь традиционно базировалась на стол станка по плоскости сопряжения со средней частью мастер-модели. Крепление осуществлялось посредством прихватов. Кроме того, дно устанавливалось на стол станка на двусторонний скотч (это допускали применяемый модельный материал и установленные режимы обработки), что позволило обработать деталь за один установ.

После выбора технологии обработки, подборки заготовок и инструмента в PowerMILL были спроектированы управляющие программы. Визуальный контроль процесса обработки деталей выполнялся с использованием программы ViewMILL, входящей в модуль PowerMILL. На рис. 10, где показана контурная обработка дна, видны риски от фрезы, возникшие из-за неправильного задания типа фрезы. В данном случае необходимо применять не концевую, а шаровую или скругленную фрезу.

Аналогично средней части была обработана верхняя часть мастер-модели.

***

Разумеется, приведенные примеры не раскрывают всех возможностей, заложенных в компьютерных технологиях фирмы Delcam plc. Это только верхушка айсберга. Но на современном этапе автоматизации производства все возможности и не требуются. Гораздо важнее для предприятий выбрать оптимальную стратегию компьютеризации отдельных участков, а затем производства в целом. Внедрение новейших компьютерных технологий требует разумных шагов. Рассмотренные выше примеры наглядно демонстрируют, как можно получить отдачу от применения CAD/CAM уже на первом этапе их внедрения. Простота и удобство в использовании программных разработок Delcam plc позволяют на их основе в максимально сжатые сроки построить замкнутую автоматизированную конструкторско-технологическую цепочку (от проектирования до изготовления нового изделия) и в несколько раз повысить эффективность производства. А возможности пакета программ Power Solution способны полностью удовлетворить запросы самого требовательного пользователя CAD/CAM-систем — как на этапе внедрения, так и на последующих этапах комплексной автоматизации инженерной деятельности.

По материалам компании Delcam plc

«САПР и графика» 5'2001