Автоматизація процесу проектування прес-форм для литва термопластів під тиском

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизація процесу проектування прес-форм для литва термопластів під тиском

Проаналізовано функції систем автоматизованого проектування за критерієм наявності в одному пакеті можливостей: створювати деталь, проектувати форму для неї, перевіряти її міцнісні характеристики, симулювати заливання та прогнозувати якість кінцевого виливка. На основі аналізу публікацій показано, що з використанням систем автоматизованого проектування легше проводити стандартизацію й уніфікацію елементів технологічного оснащення та систематизацію проектних рішень, які дають змогу скоротити терміни технологічної підготовки виробництва і зменшити собівартість виробів. На основі створеної моделі деталі у середовищі Autodesk Inventor показано процес розроблення прес-форм для литва із врахуванням технологічних особливостей. Проведено симуляцію заливки з подальшим прогнозом якості виливків, що дає змогу спростити та істотно пришвидшити процеси: проектування прес-форми, здійснення аналізу ливарної порожнини та розроблення керівних програм для оброблення деталей на верстатах з ЧПК. Виконано розрахунки усадок, раціональних температурних параметрів процесу лиття та випробування створених деталей прес-форми на міцність та стійкість із задаванням умов закріплення, взаємного розміщення та навантаження, які діють на модель. У кінцевому підсумку отримано модель прес-форми, з яких легко можна зробити кінцеві робочі кресленики всіх деталей.

На сьогодні у світі дуже велику кількість деталей і виробів виготовляють литтям пластмас, для проведення якого потрібно сконструювати оснащення - прес-форму. Для проектування прес-форм чи їхніх деталей використовують CAD-системи (Computer Aided Design), з подальшим використанням CAM-систем (Computer Aided Manufacturing), які слугують для технологічної підготовки виробництва. Розрахунок основних деталей та вузлів проводять у CAE-системах (Computer Aided Engineering) (Glinskih, 2002; Norenkov, 2009; Ryibakov, Evdokimov, & Meleshina, 2001; Mazein, & Shalamov, 2002). Проте не всі вони є комплексним інструментом і поєднують в собі можливості створювати деталь, проектувати форму для неї, перевіряти її міц- нісні характеристики та симулювати заливання і прогнозувати якість кінцевого виливка. Зазвичай якогось із вказаних вище пунктів у поширених програмах немає, тому завжди доводиться використовувати декілька програмних продуктів, що потребує додаткових затрат на програмне забезпечення. Також під час експорту-ім- порту моделей потрібно використовувати файли однакового розширення, що не завжди можливо, окрім цього, файли з перехідним розширенням можуть призводити до неточностей у моделі.

Різного виду систем автоматизованого проектування (САПР) є доволі багато, проте не всі вони є у вільному доступі для ознайомлення, а їхні інтерфейси є вельми складними, тому для їх використання потрібно як мінімум ознайомитися зі всіма інструкціями виробника програмного продукту. Наявна технічна література та інструкції, що на цей час існують, також не завжди доступні загалу і здебільшого написані англійською мовою, і насичена вузькоспеціалізованою термінологією, яку важко коректно перекласти, а тому потребує багато часу для вивчення. Одним із найбільш доступних і пристосованих для проектування прес-форм для литва пластикових деталей є програмний комплекс Autodesk Inventor.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Сучасне виробництво характеризується багатою номенклатурою виготовлюваних деталей, з великою зміною виробів, що випускаються. При цьому САПР стали невід'ємною частиною виробничого процесу та актуальним напрямом вдосконалення технологічної підготовки виробництва, що забезпечує високу якість та ефективність проектування (Ryibakov, Evdokimov & Meleshina, 2001; Mazein & Shalamov, 2002). Розроблення та вдосконалення системи автоматизованого проектування технологічного оснащення дає змогу скоротити терміни технологічної підготовки виробництва і зменшити собівартість виробів, що випускаються (Suberlyak & Bashtannik, 2007; Vlasov et al., 2004; Melloy et al., 2006.

Основою автоматизації процесу проектування технологічного оснащення (пристосувань, штампів, прес- форм тощо) є максимальна стандартизація і уніфікація їх елементів та систематизація проектних рішень (Vid- gof, 1979; Mirzgoev et al., 1972).

Метою роботи є демонстрація технологічних можливостей САПР Autodesk Inventor для створення моделей пластикових деталей та проектування прес-форм, для їх лиття, на базі цих моделей із подальшим випробокуванням

Раціональний поділ функцій під час автоматизованого проектування прес-форм між людиною та програмою - одна з найважливіших проблем, яку вирішують з використанням ЕОМ для автоматизації проектно- конструкторських робіт. Залежно від проектованого об'єкта, ступеня можливої формалізації процесу його проектування, наявної технічної та програмної бази, проектну задачу можна реалізувати різними шляхами, але наявність розвиненого програмного забезпечення зовсім не гарантує спрощення процесу проектування до натискання кількох кнопок та відсутності потреби у кваліфікованому і креативному мисленні з боку інженера. Проте середовище для проектування Autodesk Inventor дає змогу максимально спростити процес розроблення оснащення і скоротити затрати часу.

Початковими даними для проектування прес-форми є:

^• креслення деталі з технічними вимогами та відомостями про її призначення;

^• матеріал, з якого виготовляють деталь, та його властивості (далеко не останню роль відіграють реологічні властивості пластмаси);

^• технічні характеристики обладнання (термопластавтомата), на якому проводитимуть процес литва;

^• інші технічні та технологічні фактори, які потрібно враховувати під час виконання проектних робіт.

У процесі проектування вибирають раціональні конструкції, проводять перевірки на міцність та розробляють робочі кресленики всіх деталей прес-форми, прогнозують потенційну якість деталі.

Система Autodesk Inventor дає змогу виконувати такі операції:

^• створення параметризованої моделі деталі;

^• вибір матеріалу деталі з власної бази даних;

^• аналіз ухилів площин деталі;

^• автоматичний підбір та створення ливників та ливникових каналів;

^• обчислення усадки поверхонь деталі залежно від вибраного матеріалу;

^• проектування блоків прес-форм: систем "колонка-втулка", пази у плитах та транспортні деталі за даними бібліотеки;

^• проектування пуансонів;

^• розрахунок конструктивних розмірів матриці;

^• кінцевого виливка на предмет якості та відповідності усім вимогам.

Обґрунтування автоматизації процесу проектування прес-форм для виготовлення литтям деталей із термопластів у Autodesk Inventor. Метою автоматизації проектних робіт є насамперед скорочення тривалості проектування та зменшення витрат на проектування. Це дає змогу зменшити час на проектування та випробування розробленого оснащення ще на стадії підготовки виробництва. Загалом процес проектування

Рис.1

Можна охарактеризувати такими кроками (рис. 1).

^• підбір та розміщення кріпильних елементів на складальному кресленику;

^• проектування систем: фіксації, виштовхування та охолодження прес-форми;

^• проектування додаткових деталей типу плит (підкладок: верхня та нижня, пуансонотримач);

^• проектування хвостовиків;

^• формування креслень (деталей блока, пакета та додаткових деталей);

^• розрахунок маси;

^• прогнозування якості деталі;

^• формування специфікації та ряд інших функцій.

У сукупності всі ці функції надають конструктору необмежені можливості у плані створення деталей та оснащення. При цьому відпадає потреба у громіздких та надлишкових розрахунках, що потребують багато часу. Навіть дрібна помилка у подібних розрахунках може призвести до викривлення кінцевого результату, а це призводить до втрати часу та ресурсів, тому САПР на цей час дають уникнути подібних помилок, адже велика частина обчислень переноситься на машину. Окрім цього, велика база інженерних даних дає змогу підібрати оптимальні рішення для конкретних задач, що економить час.

Номенклатура деталей із пластмас, яку потрібно виготовити литвом у прес-форми під тиском на малих підприємствах може бути різноманітною, що потребує мінімальної тривалості підготовки виробництва для виготовлення виробу з відсутністю помилок і скороченням тривалості проектування, що може бути досягнуто з використанням САПР, але фактором, який стримує їх впровадження на підприємствах, є висока вартість таких програмних продуктів. Отже, набір можливостей САПР для застосування на підприємстві має відповідати наявному типу виробництва, складності та номенклатурі виробів та обладнання і необхідності проведення розрахунків у процесі проектування для зменшення витрат на впровадження САПР та отримання результатів від її використання за відносно короткий термін. Процес проектування прес-форми розчленований на три етапи. На першому здійснюється створення або імпортування параметризованої 3D-моделі деталі (рис. 2), яку виливатимуть у прес-формі та її всебічну перевірку на технологічність і відповідність усім технічним вимогам (рис. 3). Якщо у моделі немає помилок, то відбувається перехід до другого етапу - проектування самої прес-форми на базі уже готової моделі деталі, а за наявності помилок вносять відповідні корективи у початкові дані.

Рис.2

Багато рутинних обчислень та підборів на другому етапі можна віддати самій системі Inventor (розрахунки усадок, раціональних температурних параметрів процесу лиття тощо). Проте це не означає, що для конструктора все зводиться до натискання кількох кнопок, адже він повинен провести підбір взаємного розміщення гнізд у прес-формі, типу та виду ливникової системи та системи охолодження тощо.

Результатом другого етапу є ряд графіків симуляції заливки деталей у прес-формі, прогноз якості кінцевого виливка (рис. 4) та модель блоку прес-форми у збірці (рис. 5), яку практично легко можна перетворити в кінцеві технологічні кресленики, а моделі окремих деталей використати як вихідні під час розроблення керівних програм для їх оброблення на верстатах з ЧПК.

Під час третього етапу проводять випробування раніше створених деталей прес-форми на міцність та стійкість. Достатньо завантажити деталь або певну збірку в середовище для випробування, створити новий експеримент і задати всі необхідні умови закріплення, взаємного розміщення та навантаження, які діють на модель.

Система проведе обчислення всіх потрібних параметрів і видасть результати у формі графіків та таблиць. На рис. 6 показано напруження за Мізесом у матриці прес-форми.

Висновки

Проектування прес-форми для лиття де-талей зі складними поверхнями є складним і довготри-валим процесом, від якості якого залежить подальше її виготовлення. Застосування сучасних програмних про-дуктів дає змогу спростити та істотно пришвидшити процеси: проектування прес-форми, здійснення аналізу ливарної порожнини та розроблення керівних програм для оброблення деталей на верстатах з ЧПК.

Перелік використаних джерел

проектування автоматизований термопласт

1.Bekker, M. B., Zaslavskiy, M. L., & Ignatenko, Yu. F. et al. (1990). Lite pod davleniem. (3rd ed.). Moscow: Mashinostroenie. 400 p. [In Russian].

2.Glinskih, A. (2002). Mirovoy ryinok CAD/CAM/CAE-sistem.

3.Kompyuter-Inform, 01(117), 123-129. [In Russian].

4.Mazein, P. G., & Shalamov, A. V. (2002). Skvoznoe avtomatizirovan- noe proektirovanie v CAD/CAM sistemah: uchebnoe posobie. Chel-yabinsk: Izd-vo YuUrGU. 83 p. [In Russian].

5.Melloy, R. A., Braginskogo, V. A., Tsobkallo, E. S., & Komarova, G. V. (Eds.) (2006). Konstruirovanie plastmassovyih izdeliy dlya litya pod davleniem. (Trans. from English). Saint Petersburg: Professiya. 512 p. [In Russian].

6.Mirzgoev, R. G., Braginskiy, V. A. et al. (1972). Osnovi konstruirova- niya i rascheta detaley iz plastmass i tehnologicheskoy osnastki dlya ih izgotovleniya. Leningrad, 416 p. [In Russian].

Размещено на Allbest.ru