CC BY
55
УДК 621.9
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ
С.И. Кожевников, В.Ф. Макаров
Представлен опыт разработки программного управления для высокоэффективного фрезерования многогнездных пресс-форм на основе использования компьютерного моделирования конструкции изделия. Приведены этапы решения комплексной задачи конструирования, обеспечения технологичности пресс-формы с применением современных CAD/CAM/CAE систем, учитывая параметры, влияющие на эффективность управляющей программы.
Ключевые слова: CAD/CAM/CAE системы, пресс-форма, управляющая программа.
Для повышения производительности и качества обработки многогнездных пресс-форм применяют программное управление процессом фрезерования. Процесс создания управляющих программ для фрезерования элементов пресс-форм может быть значительно упрощен с помощью использования компьютерного моделирования конструкции изделия.
Конструктор-технолог играет важнейшую роль в этом процессе, так как именно от его решения зависит геометрическая модель детали, а значит и геометрическая модель формообразующей пресс-формы.
Эффективность управляющей программы зависит от множества параметров, важнейшими из них являются:
выбор инструмента;
подвод/отвод или врезание инструмента;
траектория движения инструмента;
последовательность обработки.
На все эти параметры прямым образом влияет геометрия обрабатываемой поверхности или детали [1, 2].
Таким образом, чтобы разработать управляющую программу для фрезерования необходимо получить геометрию детали на основе компьютерного моделирования конструкции изделия. Геометрия формообразующих элементов пресс-формы главным образом зависит от решения комплексной задачи конструирования.
Согласовано решить комплексную задачу конструирования, обеспечения технологичности пресс-формы с применением современных CAD/CAM/CAE систем. Применение систем автоматизированного проектирования (CAD), инженерных расчетов (CAE) и подготовки производственно-технологических процессов (CAM) позволяет производить разработку качественных технологических процессов.
Следует учитывать, что существует тесная взаимосвязь технологических аспектов проектирования отливки со сложностью геометрии пресс-формы и особенностями обработки пресс-форм [2].
Учитывая многообразие факторов, влияющих на технологический процесс, самым эффективным методом построения обобщенной технологии становится единая математическая модель, которая включает в себя отливку с литниковой системой, литейную форму и технологическую оснастку. Грамотный выбор технологических параметров напрямую зависит от анализа литейного процесса.
В данной работе использована программное обеспечение SolidWorks, а именно программный модуль SolidWorks Plastics. Данный модуль с успехом справляется с задачами проектирования и решением поставленных технологических задач, позволяет моделировать процесс заполнения пресс-формы расплавленным полимерным материалом под давлением с последующим его отверждением, для корректного составления управляющей программы.
Наиболее дорогостоящая часть подготовки производства — это изготовление пресс-форм на станках с числовым программным управлением, поэтому следует внимательно относится к процессу обработки пресс-форм, так как в конечном итоге от качества пресс-формы зависит качество будущей отливки [3].
Правильно сконструированная и обработанная пресс-форма обеспечит высокий класс точности отливок, снизит процент брака, выходящий с пресс-формы, повысит производительность труда, сократит затраты на дальнейшую обработку отливок. Каждый этап проектирования пресс-формы должен выполняться в обобщенной CAD/CAM/CAE системе, что позволит максимально эффективно использовать время.
В данной работе для примера взята деталь СУТ.27.142 «Заглушка универсальная» представленной на рис. 1.
Согласно последовательности этапов проектирования литейных деталей, в CAD/CAM/CAE системе создается 3D модель детали и модель отливки с предполагаемой литниковой системой [3, 4].
85
Рис. 1. Геометрическая модель детали
После этого отливку с литниковой системой подвергают анализу. Производится предварительная оценка влияния задаваемых технологических параметров на качество отливки.
Оценку производят с помощью компьютерного моделирования, изменяя конфигурацию литниковой системы, расположение отливок в пресс-форме, изменяя материал и другие конструкторско-технологические параметры до тех пор, пока анализ модели не достигнет оптимально-положительного результата, который становится окончательным вариантом модели для проектирования пресс-формы.
На рис. 2 представлена геометрическая модель детали с литниковой системой в CAE системе при анализе технологических параметров.
Рис. 2. Геометрическая модель детали с литниковой системой
в CAE системе
Стоит отметить, что основными конструкторско-технологическими параметрами для определения оптимально-положительного результата конфигурации отливки являются такие параметры как:
- давление на термопластавтомате;
- скорость впуска материала в форму;
- геометрия литниковой системы, системы охлаждения, системы воздушного потока;
- теплофизические свойства материала отливки;
- температура прогрева формы во время всего времени процесса литья.
Данные параметры возможно изменять в CAD/CAM/CAE системе для получения точных данных.
В ходе представленной работы была разработана и запущена в работу серийная деталь СУТ.27.142 Заглушка универсальная, основными этапами работы являлись:
конструирование геометрической модели детали СУТ.27.142 Заглушка;
разработка многогнездной геометрической модели отливки; расчет элементов литниковой системы; моделирование усадочных процессов отливки; решение задачи оптимально-положительного результата конфигурации многогнездной отливки для разработки программного управления для высокоэффективного фрезерования;
разработка геометрической модели многогнездной пресс-формы для данной детали, представленной на рис.3; разработка рабочих чертежей;
разработка управляющей программы для высокоэффективного фрезерования формообразующих деталей пресс-формы.
Для решения задачи оптимально-положительного результата конфигурации отливки в CAD/CAM/CAE системе был получен ряд результатов и выбран наилучший без усадки и с наилучшей проливаемостью.
На основе этих данных была спроектирована пресс-форма, и в том числе модели формообразующих деталей, на которые была разработана управляющая программа для фрезерования. Управляющая программа для фрезерования формообразующей данной детали разработана в CAM-системе Unigraphics с использованием фрезерного инструмента различной конфигурации для достижения заданной шероховатости и геометрических параметров формообразующей поверхности.
Рис. 3. Геометрическая модель пресс-формы
Технологии компьютерной подготовки управляющих программ для обработки деталей на металлообрабатывающем оборудовании позволяет имитировать процесс обработки на этапе разработки изделия. Такой подход позволяет снизить риски связанные с опасностью столкновения инструмента с деталью или оснасткой при механической обработке [5-7].
Управляющая программа для фрезерования разработанная на основе совокупного анализа всех технологических факторов является наиболее адаптированной к производственному процессу, так как при анализе технологических факторов и разработке конструкции изделия принимается во внимание техническая оснащенность участка, на котором планируется выпуск данного изделия.
Представленный опыт с применением современных CAD/CAM/ CAE систем демонстрирует, что возможно решение многих технологических проблем еще на стадии проектирования изделия, не прибегая к дорогостоящему опытному производству.
При всем этом использование систем позволяет повысить качество отливок, снизить брак, повысить производительность труда и сделать изделие конкурентно способным.
Список литературы
1. Управление точностью и производительностью процессом механообработки на многоцелевых станках с ЧПУ / В. А. Тимирязев, А. А. Ку-тин, А.А. Гололобова [и др.]: монография. М.: МГТУ «Станкин», 2013. 50 с.
2. Баранчиков В.И., Боровский Г.В., Гречишников В.А. Справочник конструктора — инструментальщика / под общей редакцией В.И. Баранчи-кова. М.: Машиностроение, 1994. 558 с.
3. Менгес Г., Микаэли В., Морен П. Как делать литьевые формы/ Пер. с англ. яз.; под ред. В.Г. Дувидзона, Э.Л Калинчева. СПБ.: Профессия, 2007. 640 с.
4. Мэллой Р. А. Конструирование пластмассовых изделий для литья под давлением / Пер. с англ. яз. под. ред. В.А. Брагинского, Е.С. Цобкалло, Г.В. Комарова. СПБ.: Профессия, 2006. 512 стр.
5. Эффективность комплексной технологии изготовления деталей сложной геометрии на современных многоцелевых станках / Вэй Пьо Ма-унг, В.А. Тимирязев, М.З. Хостикоев, С.В. Дудко [и др.] // Технология машиностроения № 11, 2014.
6. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. / под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1986, т.1. 656 с.; т.2, 496 с.
7. Схиртладзе А.Г. Технологические процессы в машиностроении. учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2007. 416 с.
Проблемы формообразования фасонных поверхностей деталей
Макаров Владимир Федорович, д-р техн. наук, проф., makarovv@pstu.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Кожевников Сергей Игоревич, асп., kozhevnikovsergeyigorevich@,gmail.com, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
PROGRAM CONTROLLING ENGINEERING BASED ON USAGE OF COMPUTERIZED MODELING OF PRODUCT DESIGN
S.I. Kozhevnikov, V.F. Makarov
There is a trial of program controlling engineering for high efficiency milling multiple cavity mold based on usage of computerized modeling of product design. There are stages of solution of complex task of designing, provision of molds processibility via use of modern CAD/CAM/CAE systems, considering the data, which is influence on program control effectiveness.
Key words: CAD/CAM/CAE system, mold, control program.
Makarov Vladimir Fedorovich, doctor of technical science, professor, maka-rov@pstu.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,
Kozhevnikov Sergey Igorevich, postgraduate, kozhevnikovsergeyigore-vich@,gmail. com, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University
