Проектирование и изготовление пресс-форм с CAD/CAM ADEM
Все машины, которые летают, плавают, ездят и даже ползают под землей, — это лишь конечный, видимый, осязаемый продукт гигантского процесса производства. Сегодня на один килограмм произведенных технических средств может приходиться десять и более килограммов изготовленной оснастки и инструмента.
В денежном исчислении цена конечного продукта и стоимость подготовки производства могут различаться в сотни тысяч раз. Например, цена пластмассового флакона для шампуня составляет менее 0,001% от стоимости пресс-формы для его производства.
Изготовление оснастки, штампов и пресс-форм сегодня является наиболее бурно развивающейся отраслью машиностроения. Вовлекая все большее число производителей, данная сфера деятельности уже оформилась как самостоятельная. В отличие от общей тенденции к снижению объемов металлообрабатывающего производства, выпуск пресс-форм постоянно увеличивается.
Специфика данного производства определила очень жесткие рамки используемого программного обеспечения. Здесь САПР — это интегрированные CAD/CAM-системы с развитыми средствами моделирования и программирования станков с ЧПУ.
Практически все CAD- и CAD/CAM-системы пробовали свои силы в проектировании пресс-форм. Это несложно понять по перечням дополнительных модулей типа «Проектирование штампов», «Выпуск КД на штампы» и т.п. Практика показывает, что никакие «примочки» не обеспечивают желаемую работоспособность системы, если изначально она не проектировалась как интегрированная CAD/CAM.
Производители штампов и пресс-форм — это, как правило, небольшие по численности коллективы, созданные специально под данную задачу. В таких командах нет и изначально не было барьера между конструктором и технологом. Иногда подобной классификации нет вообще. Часто один и тот же человек и создает, и доводит до станка изделие. На внесение изменений в проект отводятся считанные часы. Поэтому заниматься каким-либо видом перекодировки данных здесь нет времени. Вся работа проводится с единой конструкторско-технологической моделью. Вот почему специалисты этой отрасли нередко предпочитают интегрированность функциональности.
Производители штампов, как правило, классифицируются по диапазону размеров производимых пресс-форм, что напрямую зависит от оборудования. Очевидно, что предприятие, выпускающее оснастку для изготовления телефонных аппаратов, и предприятие, производящее пресс-формы для автомобильных бамперов, должны быть оснащены различным оборудованием. То есть здесь уже наблюдается специализация внутри подотрасли. Наличие оборудования и технологий также характеризует возможности применения тех или иных материалов и в конечном итоге — износостойкость изделия.
Но вернемся к математической основе — к CAD/CAM-системам.
Если рассмотреть методы механообработки, то в данном производстве плоские задачи составляют до 80% всего объема. К ним относятся следующие работы:
- токарные;
- сверлильные;
- 2,5-координатные фрезерные;
- двухкоординатные электроэрозионные.
Очевидно, что данные методы обработки могут быть выполнены по плоской (2D) модели. Более того, нередко полоское моделирование позволяет решить данные задачи с наивысшим качеством.
Однако формообразующая в данном случае требует объемной механообработки. И хотя это составляет иногда менее 20% всех трудозатрат, при производстве пресс-форм необходимы следующие работы:
- трехкоординатные фрезерные;
- четырехкоординатные электроэрозионные;
- пятикоординатные фрезерные.
Система ADEM одинаково успешно поддерживает как плоское, так и объемное моделирование, а все виды механообработки могут быть практически выполнены на основе любой из моделей или их комбинации. Для плоской механообработки может быть использована как плоская, так и объемная модель. То же самое можно сказать и об объемной обработке. (Подробнее см. журнал «САПР и графика» № 5’2000.) Но универсальность ситемы состоит не только в том, что плоская и объемная модели равнозначны. На самом деле это единая модель, которая обладает свойствами и особенностями разноразмерных подходов к проектированию.
Технологическая модель, состоящая из технологических переходов, также входит в состав единой модели. В этом и есть залог успеха ADEM — единая CAD/CAM-модель, которая в целом и по частям в любой момент доступна для редактирования.
Рассмотрим один из примеров внедрения ADEM для производства пресс-форм на ОАО «Звезда». Это предприятие производит модели-копии из пластмассы, игрушки из пластизола и игровые наборы. Практически все образцы современных самолетов, вертолетов и танков, техника времен Великой Отечественной войны и даже целые диорамы боевых действий представлены в наборах ОАО «Звезда». Более 30 типов самолетов — от «Фоккера» F-VII «Южный крест» до истребителей МиГ-29, СУ-33 и вертолета КА-50 «Черная акула» — заслужили признание у авиамоделистов.
Подготавливая производство к выпуску новых игрушек, предприятие внедрило CAD/CAM ADEM. Первым изделием стала модель истребителя-перехватчика МиГ-31. Технология производства пресс-форм для этой модели несколько отличалась от технологии изготовления последующих изделий.
Для первого выпуска пресс-формы было принято решение о введении дополнительной ступени производства — первоначальном изготовлении макета из оргстекла на ЧПУ. Данный этап позволял оценить качество системы и избежать возможных ошибок. Изготовление же пресс-формы в металле производилось затем по копиру с данного макета.
Первый же опыт оказался удачным, и все остальные пресс-формы завод стал изготавливать сразу в металле.
Следуя современным тенденциям производства, ОАО «Звезда» приняло на вооружение электроэрозионные технологии. Теперь пресс-формы выжигаются электродом на электроэрозионном станке.
В данной технологии самым сложным этапом является моделирование и изготовление электрода. Он должен иметь необходимую форму, повторяющую обводы модели. Электроды, изготавливаемые, как правило, из графита или меди, должны иметь высокое качество поверхности и отражать мельчайшие нюансы формы. Заметим, что размер моделей не превышает 300 мм (масштаб авиации — 1/72, бронетехники — 1/35). Для механообработки отдельных частей могут использоваться фрезы с диаметром медицинской иглы.
Среди деталей, комплектующих модель, довольно много таких, для изготовления которых объемное моделирование совсем не обязательно. ADEM позволяет программировать необходимую механообработку по плоским видам и сечениям. Например, пресс-форма для шасси может быть полностью выполнена на базе плоских контуров. Еще больший объем деталей, изготавливаемых по плоским моделям, содержат сборки авто- и бронетехники.
Копии современных летательных аппаратов требуют, конечно, объемного моделирования. Так, для производства полного набора форм модели многофункционального истребителя С-37 «Беркут» в системе ADEM была спроектирована и изготовлена группа медных электродов. Модель фюзеляжа С-37 содержит сотни поверхностей. Для ее создания применялись методы как твердотельного, так и поверхностного моделирования. Изготовление электрода производилось по стратегиям: Постоянный Z-уровень, Зигзаг и Эквидистанта. Для чистовой обработки сопряжений применялась Карандашная обработка. В завершение производилась полировка электрода.
Следует добавить, что ОАО «Звезда» использует как импортные, так и отечественные металлорежущие станки, а система ADEM легко адаптируется к любому станочному парку, используя при этом все возможности станков и систем управления.
Большую роль в эксплуатации системы играют и технические средства, соединившие станки и компьютеры в единый комплекс. Применение мобильных картриджей ADEM Flash Drive — один из наиболее надежных методов, гарантирующих независимость каждого рабочего места при комплексном функционировании.
В статье приведен лишь один из примеров работы CAD/CAM ADEM для производства пресс-форм. Сегодня система трудится как в странах СНГ, так и на европейских предприятиях.
Применение ADEM не ограничивается только производством оснастки. Многие КБ используют систему для выпуска крупных объемов чертежной конструкторской документации. Большая группа предприятий создает техпроцессы на основе модуля TDM. Объемное моделирование применяют для разработки концептуально новых изделий.
При этом ADEM постоянно наращивает и совершенствует свои возможности, впитывая современный зарубежный опыт и в то же время опираясь на традиции российского машиностроения.
«САПР и графика» 6'2000
