В. Курносов - Проектирование литьевой оснастки с использованием программы Solid Edge

Ю.В. Перухин, В.В. Курносов, С.С. Ахтямова, Н.В. Улитин

Проектирование литьевой оснастки с использованием программы Solid Edge. Учебное пособие

ВВЕДЕНИЕ

Данное пособие посвящено освоению программы Solid Edge, изучению ее возможностей на примере конструирования пресс-формы для деталей на базе унифицированной оснастки.

Solid Edge является главным решением фирмы UGS на рынке средних CAD-систем для конструирования. На протяжении многих лет эффективные возможности конструирования сборок в Solid Edge использовались многими компаниями для планирования цехов и производственного оборудования на их заводах. Актуальность широкого применения Solid Edge и по сей день заключается в возможности легко проектировать очень сложный формующий инструмент.

Проектирование пресс-форм для отливки пластиковых деталей осуществляется в приложении Solid Edge V20 «Пресс-форма». Для тех, кто делает первые шаги на пути проектирования оснастки, подобные пакеты сравнительно недороги, довольно просты для освоения. Беря за основу модель детали Solid Edge, приложение "Пресс-форма" находит линию разъема, создает поверхность разъема и использует ее для создания набора элементов или плит матрицы и пуансона. После этого достаточно просто можно создать полную пресс-форму и ее компоненты, выбирая их типоразмеры из специальных стандартных каталогов.

В последние годы благодаря последовательному применению современных информационных систем целый ряд компаний повысил свою конкурентоспособность. Успех, достигаемый за счет внедрения CAD – систем часто измеряют надежностью, экономией времени, снижением затрат на проектирование и освоение пресс-форм, что в современных условиях развития производств переработки пластмасс является важным критерием в подготовке квалифицированных специалистов.

1 КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЬЕВОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ПЛАСТМАСС

Терминология, которая используется в работе, соответствует приведенной на рис. 1.1. Большинство из терминов прижились в практике. Кроме того, существует справочник Международной ассоциации специального инструмента (ISTA), в котором содержится основная терминология, относящаяся к элементам литьевых форм.

Рис. 1.1. Основные элементы литьевой формы (типовая конструкция)

Обычно, в зависимости от подлежащего переработке материала, рассматриваются:

– формы для литья под давлением термопластов;

– формы для литья реактопластов;

– формы для литья эластомеров (для вулканизации каучуков);

– заливочные формы для вспененных полимерных материалов.

Поскольку в основном эти литьевые формы схожи, предложим критерии их классификации (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Классификация литьевых форм

2 ПРИМЕНЕНИЕ CAD-СИСТЕМ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСНАСТКИ

2.1 Общие сведения о системах CAD/CAM/CAE

По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются: сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение качества. К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат CAD/CAM/CAE-системы [1].

Система автоматизации проектных работ, или система автоматизированного проектирования, САПР – программный пакет, предназначенный для проектирования (разработки) объектов производства (или строительства), а также оформления конструкторской и/или технологической документации [2].

Работа с САПР обычно подразумевает создание геометрической модели изделия (двумерной или трёхмерной, твердотельной), генерацию на основе этой модели конструкторской документации (чертежей изделия, спецификаций и прочее) и последующее его сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем CAD – он включает в себя CAD, CAM и CAE.

Термины CAD, CAM, CAE обозначают следующее:

CAD-системы (сomputer-aided design) – компьютерная поддержка проектирования, предназначенная для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации.

CAM-системы (computer-aided manufacturing) – компьютерная поддержка изготовления, предназначенная для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков. CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства.

САЕ-системы (computer-aided engineering) – поддержка инженерных расчетов, представляющая собой применение обширного класса систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

Несмотря на широкое распространение систем CAD для проектирования и систем CAE для анализа, эти системы не так уж хорошо интегрируются. Дело в том, что модели CAD и CAE по сути используют разные типы геометрических моделей, и в настоящее время не существует общей унифицированной модели, которая бы содержала в себе информацию как для проектирования, так и для анализа.

2.2 Применение CAD-систем в конструировании литьевых форм

Системы CAD, особенно современные, с модулями твердотельного моделирования предоставляют множество возможностей для эффективного и быстрого проектирования при изготовлении литьевых форм [3, с. 523].

В контексте обсуждения CAD существуют три возможных пути конструирования формы:

– двухмерное;

– комбинированное;

– трехмерное.

В двухмерном варианте весь процесс конструирования формы проводится с помощью двухмерной системы CAD. Продуктом являются чертежи. При работе с такими программами все остальные стадии, необходимые для изготовления формы, остаются за пределами автоматизации в рамках данной программы [3, с.525]. Сложные поверхности произвольной формы получают, например, фрезерованием по копиру с помощью физических моделей.

В комбинированном варианте формообразующие детали формы конструируются трехмерной системой. В частности, для сложных элементов форм с большим количеством произвольных поверхностей такой вариант дает возможность использовать числовое программное управление (ЧПУ) для изготовления вставок, непосредственно используя данные CAD. Прочая оснастка изготавливается обычным способом (двухмерная система, чертежи).

В трехмерном варианте вся литьевая форма полностью проектируется в трехмерной системе. Возможно достижение сквозного внедрения данных CAD в процесс. В идеале практически все данные, описывающие форму, находятся в компьютерной модели.

Хотя трехмерные построения понятнее наблюдателю, чем сложные технические чертежи, при генерации твердотельных моделей часто возникает необходимость в двухмерном черчении. Стало обычной практикой создавать поперечные сечения профилей в виде эскиза и превращать их в трехмерные объекты путем трансляции или вращения. В этом случае для подготовки к объемному моделированию требуется двухмерный чертеж. Даже если трехмерное моделирование закончено, двухмерное черчение может оказаться необходимым, например, для создания рабочих чертежей отдельных деталей. В результате происходит переключение между уровнями моделирования и представления.

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРЕСС-ФОРМ НА ОСНОВЕ УНИФИЦИРОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Экономическими предпосылками применения нормализованных деталей пресс-форм стали [4]:

– повышенные требования к качеству деталей для обеспечения ходимости пресс-форм в 500 тыс.-1 млн. циклов смыкания;

– номенклатура нормализованных деталей в пресс-форме может достигать до 90 % от общего числа деталей;

– оптимальное соотношение цена/качество по сравнению с оригинальными деталями;

– взаимозаменяемость нормалей и соответственно повышенная ремонтопригодность пресс-форм;

– исчерпание старых запасов сталей инструментальными производствами;

– нерентабельность содержания собственного заготовительного производства или его отсутствие на настоящий момент;

– невозможность закупки сталей малыми партиями;

– возможность заказать нормализованные детали пресс-форм ещё до полного окончания проектирования;

– надёжность конструкторских решений нормализованных узлов и деталей пресс-форм, проверенных временем.

В самом общем виде этапы производства пресс-формы представлены на рис. 3.1. Если рассматривать каждый этап по отдельности, то получается комплексный сложный технологический процесс, который занимает месяцы работы различных специалистов по компьютерному моделированию, составлению технической документации, изготовлению и обработки составных частей пресс-формы [5].