Применение T-FLEX CAD в технологическом процессе изготовления детских игрушек

Валерий Кравчук, Артем Кравчук

В данной статье авторы рассказывают об опыте четырехлетней работы в программе T-FLEX CAD российской компании «Топ Системы» (www.topsystems.ru).

Все началось с нашего трудоустройства в специализирующуюся на выпуске пластмассовых игрушек небольшую частную фирму ООО СП «ПП Полесье» (www.pppolesie.com), где в то время организовывался инструментальный цех. На предприятии уже был изучен передовой опыт аналогичных компаний, в том числе зарубежных, поэтому были определены конкретные задачи и принято решение вести всю конструкторско-технологическую документацию в электронном виде.

Рынок и наличие конкурентов диктуют правила быстрого и качественного создания готового изделия и постоянного обновления ассортимента продукции. Поэтому наша фирма, выпускающая пластмассовые детские игрушки, занимается их проектированием, разработкой и изготовлением оснастки — выдувных и пресс-форм. Естественно, игрушки должны соответствовать нормам и требованиям по безопасности, а именно: не иметь заусенцев, острых углов и других дефектов, поскольку игрушки должны быть не только качественными, но и безопасными. Также всегда понадобится некоторое количество нестандартного оборудования.

С учетом передового опыта других фирм, а также из-за небольшого размера нашей компании было принято решение о том, что каждое изделие, от идеи до выпуска, должен вести один специалист, который одновременно является и дизайнером, и конструктором, и технологом-программистом ЧПУ. Сразу же встал вопрос о выборе САПР.

При тщательном изучении рынка и представленного на нем ПО, а также возможностей каждой из программ, таких как КОМПАС, AutoCAD, SolidWorks, Pro/ENGINEER, T-FLEX и др., одни были отсеяны из-за неудобства работы с 3D, другие из-за невозможности параметризации, а третьи из-за дороговизны и громоздкости. При этом основным требованием было удобство построения 3D-моделей с целью разработки на их основе управляющих программ для станков с ЧПУ. В результате мы остановились на программном продукте компании «Топ Системы» T-FLEX CAD.

Итак, в начале 2001 года мы приобрели одно рабочее место T-FLEX CAD 2D/3D. После краткого 2-недельного обучения двух инженеров возможностям программы в учебном центре АО «Топ Системы» началась работа параллельно с самообучением. Имеющейся документации оказалось для этого вполне достаточно.

Естественно, работа начинается с 3D-модели игрушки, и в ряде случаев доходит до 4-7 вариантов одного изделия. Далее игрушка по своему дизайну согласовывается с руководителями фирмы, и только после этого начинается процесс создания пресс-формы — подготавливаются конструкторская документация и управляющие программы для станков с ЧПУ. Все это передается в инструментальный цех, где и изготавливается технологическая оснастка. Готовая форма проходит предварительное испытание, по результатам которого выполняются необходимые в конструкции изменения, так как не всегда удается точно предсказать поведение пластмассы. Далее производится окончательная доводка формообразующих и передача готовой пресс-формы в производственный цех, где соответственно и отливаются все детали, которые впоследствии поступают на сборку.

Очень скоро 3D-моделирование стало обычным делом при создании всех без исключения типов деталей (плит, формообразующих, втулок, колонок и т.д.), если таковые отсутствовали в имеющихся стандартных библиотеках. Этому способствовали и реализованные в программе простота и удобство перехода от 3D к 2D, а также открывшиеся возможности просмотра результатов (рис. 1). Например, функция «разборки» позволяет смоделировать пресс-форму в двух крайних положениях: сомкнута и разомкнута, как, впрочем, и в промежуточных положениях (с помощью параметризации). Также можно прямо в окне 3D-модели по существующему на 2D-виде изображению построить кривой разрез. Такие методы позволяют еще на стадии разработки проанализировать расположение всех элементов, внести поправки и избежать в дальнейшем трудностей с отладкой конструкции на работоспособность, что немаловажно для единичного производства (рис. 2). А возможности параметризации позволяют задействовать анимацию, просматривая результат разборки на экране с различными скоростями.

Удобной является возможность создания сборок несколькими методами:

• в отдельном файле из уже готовых деталей (фрагментов);

• создание всех деталей сборки в одном файле и последующее их сохранение в отдельных файлах для создания деталировок;

• применение перечисленных методов в связке (создание сборок сложных узлов и сборочных единиц с последующим переносом их на общую сборку).

Возможности программы можно продемонстрировать на имеющихся разработках. Так, на рис. 3 показан внешний вид игрушки «трактор», состоящей из 22 деталей. В процессе проектирования игрушки в 3D была создана сборка, которая помогла при проверке игрушки на собираемость и подгонке присоединительных размеров.

Средствами программы удается решать все поставленные задачи, в том числе создание модели оснастки изделия, когда создаются сложные кривые разъемы для формообразующих. В этом помогают инструменты «Отсечение» и «Разделение». При этом использование их в связке с элементами поверхностного моделирования (существует возможность создать выталкивание или вращение ребра либо поверхность по 3D-путям) позволяет решить эту задачу при минимуме усилий. Примерами создания кривых разъемов являются две матрицы, изображенные на рис. 4 и 5 — «грабельки» и «лопатка», а на рис. 6 показаны фотореалистичные изображения данных изделий.

Конечно же, в процессе проектирования любого изделия существуют свои нюансы. В проектировании игрушки это и присоединительные размеры, и отработка изделия на технологичность (минимум электроэрозионной обработки, использование фрез максимально возможного диаметра), и задание литейных уклонов, и отсутствие острых углов в местах изменения направления течения пластмассы, а также проверка кинематики изделия на работоспособность (рис. 7). В процессе изготовления самой формы — это размещение всех деталей в сборке, при условии ее размещения на термопластавтомате, и, конечно же, собираемость самой формы. Все перечисленные задачи решаются быстро и точно, причем с рассмотрением нескольких вариантов и выбором лучшего. Здесь опять-таки помогают инструменты параметризации, которые позволяют на лету изменять габариты и присоединительные размеры формы, подгоняя ее под заданный тип оборудования. Инструменты параметризации позволили создать часто используемые детали (втулки, колонки и др.) и подставлять их в разные изделия, меняя лишь основные присоединительные размеры. При этом не требуется каждый раз заново оформлять чертеж, необходимо лишь пересчитать 2D-вид (рис. 8). Хочется подчеркнуть, что это было бы практически невозможно при разработке технологической оснастки на обычном ватмане при помощи карандаша и линейки.

Среднее время проектирования изделия и оснастки к нему исходя из количества разработок за 4 года составляет 80 часов. Сюда входит работа при неоднократных изменениях готового изделия, в том числе на стадиях завершения работ, после получения опытного образца изделия, а также некоторые другие разработки (примерно 3100 чертежей). Помогают в работе функции различных измерений (в том числе объема, массы, площади и др.), проверка на пересечение деталей и фрагментов, анимация, функция «разборки», с помощью которой устройство можно визуально проверить в конечном и в других положениях исполнительных механизмов (рис. 9).

К плюсам можно отнести и возможность конвертирования моделей в различные форматы для использования в других САМ-программах — опробовано в Power Mill. От качества конвертирования зависит и качество подготовленных управляющих программ.

Положительные результаты применения программы, а также расширение инструментального цеха способствовало укрупнению конструкторского отдела и закупке дополнительных рабочих мест T-FLEX CAD 3D с обновлением до 8-й версии, которая произвела на нас самое хорошее впечатление.

Выводы

Тот, кто имеет 20-летний опыт работы на кульмане, с успехом освоит программу T-FLEX, но и любой начинающий специалист, любой студент без труда научится с ней работать. А вот после освоения программы возврат к кульману будет уже, естественно, невозможен.

«САПР и графика» 6'2005