Проектирование технологической оснастки в Pro/ENGINEER — верное решение

Виктор Полещук, Александр Рыбаков, Андрей Шишкин

Оценка технологичности деталей

Проектирование формообразующих компонентов технологической оснастки

Контроль качества моделирования

Plastic Advisor Extension — экспресс-анализ заполнения пресс-форм

Разработка сборочных единиц оснастки, подготовка сборочных и рабочих чертежей

Expert Moldbase — экспертная система создания сборочных единиц пресс-форм

Из множества различных CAD/CAM/CAE-систем, представленных на современном рынке, только некоторые обладают такими архитектурой и функциональностью, которые в условиях современного предприятия обеспечивают комплексное и эффективное решение задач сквозного цикла проектно-конструкторско-технологической разработки и подготовки производства. Лидирующие позиции среди систем этого уровня занимает Pro/ENGINEER, обладающий уникальной архитектурой, новейшим ядром моделирования Granite и широким спектром функциональных возможностей — от средств решения задач промышленного дизайна до моделирования механообработки и генерации ЧПУ-программ. Одним из основных приоритетов у разработчиков Pro/ENGINEER была и остается та часть системы, которая ориентирована на решение задач конструкторско-технологической подготовки производства. В данной статье сделан краткий обзор средств Pro/ENGINEER по проектированию различных типов технологической оснастки, где Pro/ENGINEER обладает непревзойденными возможностями, а потому по праву заслужил репутацию «своего» инструмента среди конструкторов-технологов.

Специализированные модули Pro/ENGINEER, предназначенные для проектирования технологической оснастки, объединены в специализированные пакеты Tool Design Option и Expert Moldbase Extension и обеспечивают конструкторам-технологам возможность быстрого создания и модификации штампов, пресс-форм и литейных форм.

Простой с точки зрения освоения и использования пакет Tool Design содержит богатый набор функциональных возможностей для разработки, контроля качества и анализа работы технологической оснастки, позволяющий значительно сократить время и снизить стоимость подготовки производства. Специальные возможности пакета призваны автоматизировать решение наиболее сложных и трудоемких задач конструктора-технолога, обеспечив при этом точное соответствие изготавливаемых деталей замыслу конструктора изделия.

Будучи частью Pro/ENGINEER, пакет Tool Design позволяет разработчикам оснастки создавать параметрические модели штампов, пресс-форм и литейных форм, ассоциативно связанные с моделью отливаемой или штампуемой детали, — любое ее изменение автоматически отражается в геометрии оснастки.

Важно и то, что наличие постоянно действующей ассоциативной связи между геометрией детали и всеми формообразующими компонентами оснастки позволяет вносить изменения в изделие вплоть до самого последнего момента на этапе подготовки производства — генерации управляющих программ для ЧПУ, выпуска рабочих и сборочных чертежей. Это позволяет обеспечить соблюдение сроков разработки и выпуска изделий и существенно сократить сроки перепроектирования.

Одной из основных особенностей архитектуры Pro/ENGINEER является объектно-ориентированный подход к автоматизации всего цикла проектирования и производства изделия. С точки зрения разработки технологической оснастки в Pro/ENGINEER это выражается в учете специфики как процесса проектирования оснастки вообще, так и проектирования различных типов оснастки в частности.

Методологически решение задачи конструирования технологической оснастки в Pro/ENGINEER можно условно разделить на несколько этапов:

• оценка технологичности исходной модели изделия и, при необходимости, ее доработка;
• конструирование формообразующих компонентов;
• контроль качества моделирования;
• разработка сборочных единиц оснастки, подготовка сборочных и рабочих чертежей.

При всей своей схожести задачи конструирования технологической оснастки для штамповки, литья металлов и пластмасс имеют существенные различия. И никакой, даже самый мощный универсальный инструмент проектирования не заменит пакета, предназначенного для решения специальных задач. Поэтому пакет Tool Design содержит в себе три специализированных модуля:

• Pro/MOLDESIGN — для конструирования пресс-форм;
• Pro/CASTING — для конструирования литейной оснастки для металлов;
• Pro/DIEFACE — для конструирования штампов.

Схожие по набору функций, эти специализированные модули максимально приближены к методологии решения задач проектирования определенных видов оснастки. Так, например, используемый для разработки литейных форм Pro/CASTING включает в себя возможности автоматического создания литниковых систем, разрушаемых стержней, моделей верха и низа, в модуле Pro/DIEFACE предусмотрена возможность учета распружинивания листового материала, а Pro/MOLDESIGN позволяет рассчитать усилие смыкания пресс-формы. И это далеко не все.

Рассмотрим поподробнее указанные выше этапы конструирования технологической оснастки в Pro/ENGINEER с учетом специфики типа оснастки.

Оценка технологичности деталей

Получив от конструктора изделия модель конкретной детали, конструктор-технолог может проверить ее на наличие необходимых литейных или штамповочных уклонов, величины толщин стенок, радиусы скруглений и т.п.

Чтобы оценить деталь на предмет технологических уклонов, конструктору достаточно указать предполагаемое направление разъема формы и задать требуемое минимальное значение уклона — и Pro/ENGINEER раскрасит поверхности детали в различные цвета, соответствующие заданной шкале величин уклона. Для деталей со сложной геометрией, по требованию конструктора, Pro/ENGINEER может подобрать оптимальное направление разъема оснастки.

Аналогичным образом работает и проверка технологичности детали с точки зрения толщины стенок: конструктору достаточно указать минимальное и максимальное допустимые значения толщин, и Pro/ENGINEER покажет все проблемные места.

Если для получения качественной отливки или штамповки деталь понадобится доработать или добавить на деталь припуски на дальнейшую механообработку, то Pro/ENGINEER позволит сделать это, не затрагивая геометрию исходной детали; для этого используется образ исходной детали (Reference Copy). Уникальной особенностью образа исходной детали и его отличием от обычной копии является то, что он четко отслеживает все последующие изменения конструкторской модели исходной детали и содержит в себе все необходимые технологические элементы — уклоны, усадку материала и т.д. Это особенно важно при организации параллельной работы конструктора изделия и конструктора оснастки — оба специалиста могут одновременно вносить изменения в свои модели, не мешая друг другу и не дублируя работу друг друга.

Работая с образом исходной модели в Pro/ENGINEER, конструктор-технолог может использовать широчайший спектр технологических элементов различного типа, в том числе литейные и штамповочные уклоны, усадка материала, распружинивание листового металла и др.

Литейные и штамповочные уклоны. Помимо стандартных типов уклонов — с постоянным или переменных углом, на всю поверхность или ее часть — Pro/ENGINEER позволяет в автоматическом режиме строить касательные уклоны на свободные (стилевые) поверхности. Конструктору при этом достаточно указать величину уклона, направление разъема и исходную поверхность.

Усадка материала. Для учета изменения размеров детали в процессе остывания в Tool Design можно вводить на модели различные типы усадок: изотропную или анизотропную, масштабированием относительно выбранной системы координат, а также масштабированием всех или явно указанных размеров.

Распружинивание листового металла. Это свойство материала является, по сути, определяющим при создании геометрии гибочных штампов, и возможность его учета в Pro/ENGINEER оказывает существенную поддержку конструкторам-технологам в их работе.

Проектирование формообразующих компонентов технологической оснастки

Одним из наиболее сложных и трудоемких этапов проектирования оснастки является определение поверхностей разъема, особенно это касается деталей со сложной геометрией. Однако с помощью пакета Tool Design эта операция может быть выполнена в считанные минуты: достаточно указать ранее определенное оптимальное направление разъема — и поверхность будет создана автоматически. Разумеется, конструктор в любой момент может изменить или дополнить предлагаемый вариант, но это уже не потребует от него таких значительных усилий, как при создании поверхности разъема полностью вручную.

А далее конструктору нужно только указать те или иные поверхности разъема и получить необходимые компоненты оснастки — матрицы, пуансоны, вставки и т.п. Особо следует отметить наличие специфических команд пакета Tool Design для создания литниковых втулок, каналов, питателей, каналов охлаждения и системы толкателей.

При проектировании оснастки для объемной штамповки возможно создание как окончательных, так и промежуточных штампов. Для обеспечения качественного изготовления изделий, конструктор в процессе моделирования штампа может получать необходимую аналитическую информацию — коэффициенты растяжения материала, контурные карты уровней и т.п.

После разработки компонентов конструктор может передать их в соответствующие службы и подразделения для моделирования их механообработки и/или для оформления чертежей.

Контроль качества моделирования

После того как формообразующие компоненты оснастки созданы, конструктор может оценить предполагаемое качество готового изделия и работоспособность оснастки. Используя для этого автоматически созданные в Pro/ENGINEER твердотельные модели отливки и компонентов оснастки, конструктор может не только визуально оценить качество полученной модели технологической оснастки, но и проанализировать процесс раскрытия пресс-формы или оснастки иного типа с проверкой на возникающие пересечения деталей. Таким образом, еще до начала изготовления технологической оснастки могут быть выявлены и устранены возможные ошибки в ее конструкции.

Помимо общих средств контроля качества, имеющихся в пакете Tool Design, конструкторам пресс-форм Pro/ENGINEER предлагает глубже исследовать процесс литья изделий из пластмасс с помощью пакета Plastic Advisor, — интегрированного в среду Pro/ENGINEER-приложения и разработанного компанией MoldFlow. Всестороннее изучение процесса заполнения формы еще на ранних стадиях проектирования позволяет сразу разрабатывать более качественную оснастку и таким образом значительно сократить затраты времени и средств, на доработку уже готовой пресс-формы.

Plastic Advisor Extension — экспресс-анализ заполнения пресс-форм

Работая непосредственно с моделями Pro/ENGINEER, Plastic Advisor обеспечивает конструкторам удобный, интуитивно понятный и достоверный инструмент анализа и имитации процесса заполнения пресс-форм. Конструктору достаточно выбрать тип материала, указать точки впрыска — и Plastic Advisor в динамике отобразит на экране компьютера процесс движения расплава и расположение потенциальных проблемных зон: линий холодного спая, воздушных раковин, областей низкой температуры и т.д.

Высокая скорость анализа и удобство визуального представления результатов позволяют в кратчайшее время проанализировать множество вариантов расположения точек впрыска и литниковых систем, причем без предварительного упрощения геометрии детали или создания специальных расчетных моделей. Использование Plastic Advisor не требует участия в анализе высококвалифицированных специалистов-расчетчиков, предлагая обширную библиотеку различных пластических материалов и возможных типов термопласт-автоматов.

При этом Plastic Advisor не просто отвечает на различные вопросы, например, где будут располагаться линии спаев. Он позволяет управлять качеством изготовления деталей из пластмасс и находить верные решения для потенциальных проблем, оптимизируя конструкцию пресс-формы. Вы хотите заранее знать, может ли быть заполнена необходимая вам тонкая стенка? Спросите у Plastic Advisor, оставаясь в интерактивном режиме работы, и рассмотрите предлагаемые системой варианты изменения конструкции, которые могут включать утолщение стенок, увеличение числа или изменение расположения точек впрыска, замену материала. Хотите знать, как избежать линий спаев? Щелкните мышкой на показанных в результатах линии — и вы получите возможные варианты избавления от них.

Plastic Advisor является идеальным инструментом, сберегающим для предприятий время и деньги и позволяющим конструкторам и технологам эффективно разрабатывать качественные изделия, сосредоточив свои усилия на улучшении потребительских свойств продукции.

Разработка сборочных единиц оснастки, подготовка сборочных и рабочих чертежей

После разработки формообразующих компонентов конструктор оснастки может быстро преобразовать одноместную форму в различные варианты многоместных форм и приступить к разработке остальных конструктивных элементов оснастки — плит, колонок, замков и пр.

В целях облегчения работы и сокращения сроков подготовки производства в состав пакета Tool Design включена библиотека пресс-форм в стандартах DME, Hasco, Futaba, DMS и National, готовых для использования в проектируемых конструкциях.

Библиотеки представляют собой набор параметрических моделей Pro/ENGINEER, которые могут быть дополнены или модифицированы пользователем в соответствии со стандартами, нормалями или иными техническими требованиями, которые используются на конкретном предприятии.

Expert Moldbase — экспертная система создания сборочных единиц пресс-форм

Номенклатура библиотек и инструментарий работы с ними могут быть существенно расширены с помощью пакета Expert Moldbase (Extension), позволяющего на практике осуществить полную автоматизацию выполнения всех конструкторских работ по проектированию пресс-форм.

Помимо дополнительных библиотек пресс-форм по спецификациям EOC, KLA, Meusburger, Pedrotti, Rabourdin и Strack, пакет Expert Moldbase Extension позволяет конструктору оптимизировать расположение компонентов пресс-формы, а затем автоматически создать нужные отверстия, цековки и другие необходимые элементы с учетом всех требований стандартов проектирования и технологии производства. Создание необходимых чертежей и спецификаций также происходит автоматически, с учетом требований ЕСКД, СТП, нормалей и других требований, принятых на предприятии.

В результате использования Pro/ENGINEER, проверенного практикой и временем на тысячах промышленных предприятий во всем мире, вы получаете высококачественную технологическую оснастку по первому требованию, исключив длительный и дорогостоящий процесс ее доработки и сэкономив немалые деньги и время. 

«САПР и графика» 10'2001