, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

3D РЕАЛИЗАЦИЯ

3D РЕАЛИЗАЦИЯ

 

Бързата 3D реализация на пилотна конструкция за пластмасови шприцформи

 

Maria L.H. Low & K.S. Lee

 

 

За да се осигури първоначален проект на матрич-

но устройство за клиенти, още преди получаване

на CAD данни за крайния продукт, се налага се-

риозна предварителната работа, съпровождаща

всеки окончателен етап от конструирането на

пластмасовата шприцформа.

Традиционно, дори и до сега, този пилотен модел

винаги се създава с 2D CAD пакети. Информа-

цията, която е използвана за първоначален проект

се основава на контролен чеклист за техническа

дискусия, в който повечето производители включ-

ват техни собствени стандарти. Този чеклист се из-

ползва също и като калкулация. Документът

представя методиката на бързата реализация на

пилотния 3D твърдотелен модел въз основа на

чеклиста, който играе ролята на общ стандартен

шаблон. Информацията се извлича от бази данни

и заедно с основната информация от клиента се

въвежда в чеклиста. Правила и евристични прин-

ципи също се използват при пилотната конструк-

ция на шаблона (матрицата). Чрез един казус е

предвидено да се илюстрира използването на

стандартен шаблон и да се демонстрира неговото

реално приложение при бързата реализация на пи-

лотната пластмасова шприцформа.

ВЪВЕДЕНИЕ

Най-доказаният метод за производство на пласт-

масови детайли в големи количества е шприцва-

нето на пластмаса. Това е високо ефективен,

прецизен и задоволителен метод за производство,

който може да бъде автоматизиран. Въпреки това

за този процес са необходими скъпа инструмен-

тална екипировка и оборудване. Конструирането

на пластмасова шприцформа е неразделна част

от шприцването, тъй като качеството на крайния

пластмасов детайл е силно зависимо от шприц-

формата. Този вид конструиране изисква висока

прецизност, защото се използва за масово произ-

водство на пластмасови детайли и е само по себе

си съвкупност от кухини, матрична основа и стан-

3D РЕАЛИЗАЦИЯ

дартни компоненти. Пример е показан на фигу-

ра 1. През годините голяма част от изследовател-

ската работа, подпомагана от компютърни техно-

логии беше осъществена на база на изучаването

на много специфични области на конструирането

на матрици, а именно изучаването на матричната

конструкция като изцяло интегрирана система. Ос-

новани на научните познания системи като IMOLD,

ESMOLD, IKMOULD и т.н. са били разработени за

конструиране на инжекционни матрици. Много от

търговските софтуерни пакети за конструиране на

матрици, като например IMOLD, UG MoldWizard, R

& B MoldWorks и др. също са достъпни днес на па-

зара на производителите на матрици. Въпреки

това, в системите и софтуерните пакети, споме-

нати по-горе не се разглежда пилотната конструк-

ция преди действителната матрична форма. Тези

софтуерни пакети съдействат при подготовката на

подробни матрични конструкции, включващи съз-

даване на ядрото/кухината, охлаждане и изтласк-

ване. В резултат на това, конструкторите на

матрици трудно използват такива програмни про-

дукти, когато правят първоначалните си проекти,

тъй като софтуерът не обхваща такива процеси на

проектиране.

Фигура 1: Инжекционна матрична конструкция

Не са направени много изследвания на първона-

чалния дизайн на пластмасовите шприцформи до

2000-та година, които да представят алгоритъм за

пилотния модел. Изследователите първо опреде-

лят граничната линия на пластмасовия детайл,

следват изчисления на броя на необходимите ку-

хини. Оформянето на кухината се осъществява

въз основа на входящата информация за оформя-

нето на модела и ориентацията на всяка кухина.

Матричната база се зарежда автоматично, за да

се пригоди към разположението. Изследователите

също предлагат да се използват пилотните кон-

струкции като инструментален модел при калкули-

ране на матрицата. Все пак, направените

изследвания може да не са приложими за пове-

чето случаи на индустриално шприцване на пласт-

маси.

Изчисляването на броя на нужните кухини най-

вече се определя от клиентите, които осигуряват

CAD файловете на продукта и те рядко зависят от

производителите на матрици, така че тази стъпка

може да се пропусне, за да се спести време. Въ-

преки, че са идентифицирани външните подрязва-

ния в продукта, изследването не разглежда като

стандартни компоненти, тези, които изискват та-

кива подрязвания, както в този случай с използва-

нето на плъзгачи. Изследването също така не се

спира и на вътрешни подрязвания. По този начин,

получените изчисления не биха отразявали пра-

вилното остойностяване на матрицата и това би

могло да бъде много подвеждащо, тъй като изпол-

зването на тези видове на стандартни компоненти,

може да увеличи значително себестойността на

производството на такива матрици.

Освен това, авторите (до 2002 г.) предлагат мето-

дика за стандартизиране на разположението на

кухините при пластмасови инжекционни матрици,

при които се използват само стандартни кухини.

Когато са използвани само стандартно разполо-

жени кухини, техните конфигурации може лесно да

се съхраняват в база данни с цел бързо и лесно из-

тегляне на по-късен етап при проектирането на ма-

трицата. Това изследване включва бързата

реализация на пилотната конструкция на пластма-

сови шприцформи.

Необходимо е да се въведат по-бързи начини за

конструиране на матрици, за да може дори и по-

неопитни конструктори да удовлетворят потреб-

ностите на днешния пазар - за кратък период от

време да се получат по-висококачествени про-

дукти. Това се постига чрез въвеждането на стан-

дартизация в матричното конструиране, тъй като

конструкторските процеси са повторяеми за всеки

матричен проект. Този документ представя мето-

дологията на бързата реализация на пилотната

конструкция твърдотелно в 3D, вместо в 2D чер-

тежи чрез стандартизираните методи. Първона-

чалната твърдотелна 3D конструкция ще се

основава на контролния чеклист, който действа

като общ стандартен шаблон. Всяка една съставна

част на конструирането, като например конструи-

ране на разположението на кухините, конструи-

ране на матрична база и т.н. ще имат свой

собствен стандартен шаблон. Целта е да се пос-

тигне пестене на време в етапа на конструиране,

като крайните матрични конструкции могат да

бъдат получени директно само с няколкоминутни

промени в първоначалната конструкция.

Първоначална конструкция на шприцформите

Клиентите и конструкторите на матрици трябва да

работят в тясно сътрудничество за получаване на

матрици, които съответстват на изискванията. Би

било скъпо да се поправят грешките, след като

една матрица вече е произведена изцяло. Така че

първоначално планирания начин, по който е кон-

струирана тя вероятно е от значение. Типична

схема на конструкторския работен процес при съз-

даване на матричен проект е показана на фигура

2. Когато клиентите са решили да ангажират кон-

кретен производител на матрици, те трябва да им

осигурят необходимите CAD файлове на продукта.

Въпреки това, производителите на матрици винаги

са в готовност да получат по-нови версии на CAD

файла на продукта, с нанесени промени на него. В

резултат на това обаче, времето, необходимо за

завършване на матрицата все още си остава не-

променено, така че времето, оставащо за завър-

шване на окончателната матрична конструкция и

за самото производство се съкращава.

След получаването на CAD файла на продукта, ин-

женерът, зает с проекта или конструкторът на ма-

трицата попълват техническа справка (чеклист)

още по време на първата техническа дискусия с

клиентите. Информацията от тези записи като на-

пример вида на използвания материал и параме-

трите му на свиване, както и броят на кухините,

изисквани от клиентите, видът на машината за

формоване, която да се използва, видът на ма-

тричната база и друга информация, въз основа на

която да се направи първоначалната конструкция

на матрицата. Този контролен списък съдържа по-

голямата част от основната информация, която се

удвоява при калкулацията. Това позволява на кли-

ентите да решат дали да променят CAD файла,

така че да се произвежда по-опростена матрица,

която да е по-евтина. След това, конструкторът на

матрици подготвя първоначалната конструкция на

продуктовите CAD файлове и информацията от

контролния чеклист.

Фигура 2: Типична схема на работен проект при

конструиране на матрици

Традиционно дори и до сега, конструкторите на

матрици използват 2D CAD пакети за създаване на

първоначална конструкция, макар и 3D CAD паке-

тите да са лесно достъпни. По ирония на съдбата,

конструкторите на матрици използват 3D CAD па-

кети само при финалното конструиране на матри-

цата.

Когато този първоначален проект е завършен, той

ще бъде подложен отново на техническа дискусия.

Измененията, направени по отношение на пилот-

ната конструкция обикновено се извършват чрез

маркиране и скициране на промените на хартие-

ния чертеж. Въпреки че на този етап няма краен

продуктов CAD файл, производителите на ма-

трици продължават напред със закупуване на су-

ровини и стандартни компоненти, подлежащи на

одобрение от клиента. След като крайния CAD

файл е готов, конструкторите започват реалното

конструиране на матрицата отново с помощта на

3D CAD пакета, с който разполагат. Това е метод,

който отнема много време, тъй като за първона-

чалната конструкция на матрицата не е свързана

с окончателната.щ

Фигура 3: Предложения за конструкторска струк-

тура

КОНСТРУКТОРСКА СТРУКТУРА

Фигура 3 показва цялостната структура на пред-

ложената система. Според този подход, методът

на стандартизирането използва стандартни кон-

структорски форми, описани в чеклиста за техни-

ческа дискусия. Този списък изпълнява ролята на

общ стандартен шаблон и трябва да се използва

за всеки нов матричен проект. Отделните части на

конструкцията имат свои собствени шаблони. Ба-

зите данни се използват за записване на инфор-

мация като вида на стандартните компоненти,

типовете контструкции, геометричните параметри,

проектните данни и др. Матричната индустрия

може лесно да възприеме предложения подход,

тъй като по този начин има възможност за персо-

нализиране на базите данни, така че те да включ-

ват техните собствени стандарти. При стандартния

процес на конструиране на матрици се употребя-

ват само стандартни компоненти, като например

матрични бази; изхвъргачи и други.

Изчисленията, използвани при стандартното ма-

трично конструиране, се основават на правила,

които може да се прилагат универсално за всяка

организация. Правилата и евристиките са важна

част от матричното конструиране, тъй като те

определят дали матрицата, която е конструирана

ще е в съответствие с матричната машина или

дали ще може да се произвежда масово продукта

без никакви проблеми, дължащи се на лошо кон-

струиране.

Йерархичната структура на файловете на стан-

дартната матрична конструкция трябва да бъде

единна.

Тези елементи могат да бъдат редактирани, за да

бъде подреден профила, само ако са били полу-

чени и потвърдени в досието на крайния CAD про-

дукт.

По време на конструирането на първоначалния ди-

зайн, изхвъргачите и линиите за охлаждане все

още не са включени, защото те зависят силно от

крайния CAD файл на продукта. Тъй като тази пуб-

ликация съсредоточава върху бързата реализация

на пилотния модел, разделянето на сърцевини и

кухини, създаването на профил, добавянето на из-

хвъргачи и линиите на охлаждане - ще бъдат зася-

гани тук. 3D твърдотелните модели могат да бъдат

използвани, тъй като имат свои предимства, а

именно подобряване на визуализацията, опростя-

ване на симулацията, подобрено управление на

продукта, по-бързо изготвяне на чертежи и улес-

няване на интеграцията с процеса на конструи-

ране.

Метод на стандартизация

Този метод включва използване на стандартни

конструкторски форми, стандартни компоненти и

стандартен метод на работа при конструирането

на матрици. Това означава, че всички конструк-

тори ще правят матрици по абсолютно идентичен

начин, използвайки едно и също моделно дърво и

стандартни компоненти от определен доставчик.

Това позволява различни екипи, участващи в ма-

тричния проект, да говорят на един и същи език.

Предимствата са, както следва:

а) Лесно проследяване на матричния проект,

б) По-ниски разходи и по-бърза доставка на детай-

лите

в) Правилното управление на матричните проекти.

Бази данни

В тази система са използвани четири различни

вида бази данни (Фигура 3):

а) Библиотечна база данни, която е съвкупност от

всички стандартни компоненти, често използвани

от производителите на матрици;

б) Конфигурационна база данни, която се изпол-

зва за всички стандартни компоненти и при офор-

мянето на кухини.

Всяка различна конфигурация вече е предвари-

телно дефинирана в 3D твърдотелните файлове и

само необходимата конфигурация ще бъде акти-

вирана.

в) Проектни бази данни, където са събрани на

всички данни, въведени в техническа справка -

чеклиста и интерфейси на помощните конструк-

ции, като по този начин се дава възможност за

проследяване и извличане на информация, която

е уникална за даден проект. Количеството и видо-

вете компоненти, които трябва да бъдат изпол-

звани в проекта също се записват тук, като по този

начин се дава възможност за лесно генериране на

първоначална сметка на материалите - калкулация

(BOMs) по желание.

г) База данни на геометричните параметри се из-

ползва, когато има нужда да се променят геоме-

тричните параметри, като разстоянията между

различните кухини и местоположенията на стан-

дартните компоненти и др.

ВНЕДРЯВАНЕ НА СИСТЕМАТА

Прототип на бързото реализиране в пилотната

система за пластмасови шприцформи е била из-

вършена с помощта на PIII с PC-съвместим хар-

дуер. Този прототип на система използва

SolidWorks 2001 като CAD софтуер, Microsoft Visual

C + + V6.0 като език за програмиране и SolidWorks

API в Windows среда. Правилата, евристиките и

формулировките, използвани в тази система са

базирани на спецификите на местната матрична

индустрия в Сингапур.

Преди да се използват под-етапи на конструира-

нето е трябвало да бъде използван общия стан-

дартен шаблон на “Чеклист за техническа

дискусия“ (Фигура 4). Това дава възможност на

конструкторите на матрици да следват стандартна

структура за сглобяване на матрици, използвайки

пилотния CAD файл на продукта, базова информа-

ция и изискванията на клиентите. Важно е да се

придържат към една и съща матрична структура

за всеки такъв конструкторски проект в рамките

на една организация, за да се осигури използва-

нето на едни и същи методи на работа от всеки

конструктор в хода на процеса. Това също така

дава възможност на другите матрични конструк-

тори да намерят лесно определен конструкторски

компонент.

Фигура 4: Завършен “Чеклист за техническа дис-

кусия“

Технически дискусионен чеклист и матрична

структура

Разделът “Project Tracking” (Проследяване на про-

екта) документира основните детайли на проекта.

В раздела, известен като “Moulding Material” (фор-

моване на материалите), използваната смола се

избира от списъка.

Параметърът на свиване на смолата е вписан на

нужното място, така че пилотният CAD файл на

продукта да може да бъде представен в съответст-

вие с предшестващата матрична конструкция. Раз-

делът “Moulding Machine Details” (Информация за

формовъчната машина) позволява на потребите-

лите да изберат машината, която да използват.

Клиентите предоставят тази информация. След

избора на машина от списъка, тя изважда данни

от база и отразява съответната информация в по-

летата в интерфейса. Кратка извадка от базата

данни на машина за шприцоване е представена в

Таблица 1. В раздела “Mould Information” /Инфор-

мация за матрицата/ се регистрира информация

като вида и броя на кухините, както е необходимо.

Цялата информация в този раздел евентуално

може да се използва в техните индивидуални шаб-

лони, където потребителите могат да въвеждат по-

вече информация или да редактират текущата

селекция и геометрични параметри. Последният

раздел документира вида на материала, както и

вида на повърхностните довършителни дейности,

според изискванията. Тази информация е необхо-

дима за първоначална калкулация и доставка на

материали за проекта. Накрая, въвеждане на

името на лицето, което е регистрирало тази ин-

формацията и датата, когато информацията е за-

писана, гарантира, че записите са точни.

Фигура 5: Офсет по подразбиране

Цялата информация, която се вписва е включена

в базата данни по проекта.

Фактор на свиваемост и оформяне на кухината

Представянията на ядрото и на кухината под фор-

мата на блокове са създадени едновременно, за

да се обединят в един мащабиран CAD файл на

продукта. Офсетната стойност по подразбиране се

прилага за широк диапазон от клетки в мащаби-

раната част, за да се определи приблизителната

големина на блока (Фигура 5). Тези стойности

често се използват локално от конструкторите на

матрици и могат да бъдат редактирани.

Други аксесоари/допълнителни вторични компо-

ненти , които трябва да бъдат избрани по време на

началния процес на конструиране на пилотната

матрица са плъзгачите, повдигачите и специал-

ните вложки. Плъзгачите и повдигачите могат да

създадат някои проблеми на ниво сглобяване, тъй

като те играят роля при определянето на общия

размер на конструкцията. Те са категоризирани

най-общо по вид и са на разположение в три ос-

новни размера: Малък (Small - S), Среден (Medium

- М) и Голям (Large - L). Съответните шаблони на

конструкцията за плъзгачи и повдигачи се изпол-

зват за съответните подрязвания на компонентите.

Те, също така функционират и като интерфейс,

като позволяват на потребителите да редактират

геометричните параметри или конфигурациите на

вторичните компоненти. Тъй като това е пилотна

конструкция, не е задължително много точно пози-

циониране, но вторичните компоненти трябва да

бъдат правилно разположени и ориентирани.

Оформяне на кухини

В тази система за прототипиране се използват

само стандартни кухини.

Тъй като видовете налични оформления са фикси-

рани, те могат да бъдат описани в конфигураци-

онна база данни, която осигурява активирането на

желаното оформление на матрицата по време на

процеса на конструиране. Това осигурява по-го-

ляма бързина на конструиране. В желаната нова

конфигурация може да се презареди чрез кон-

структорски шаблон за оформяне на кухини.

В допълнение, ориентацията, разстоянията между

кухините, известни като геометрични параметри

могат да бъдат редактирани чрез същия интер-

фейс.

Избор на размер на матричната база

Вторичните компоненти и оформлението на кухи-

ните, са събрани. Общия размер на конструкцията

трябва да бъде известен, за да се избере подходя-

щия размер на матричната база. Системата авто-

матично зарежда базата с най-малките възможни

форми от наличните конфигурации на определен

модел матрична база, която е била избрана.

Същевременно, в системата трябва да проверите

съвместимостта на избраната матрична база с на-

белязаната машина за шприцоване, която ще се

използва за моделиране на продуктите.

Параметрите, които се проверяват са различните

размери, височина на формата и максималното

натоварване на машината за формоване. Изоб-

разяването на притягащи приспособления към ма-

шината за шприцоване, може да бъде активирано,

за да се позволи на потребителя да провери кон-

струкцията визуално.

Леяците и каналите за леене

В стандартната конструкция те не са предвари-

телно създадени и се съхраняват в библиотека с

бази данни.

В зависимост от броя на кухини, посочени предва-

рително, е необходимо конфигурацията да бъде

активирана в пилотната матрична конструкция. В

тази система за прототипиране някои правила са

пригодени за леяците и каналите за леене. Налич-

ните опции могат да бъдат подбрани само след

като вече е избран типа на матричната база, тъй

като те зависят от вида на тази база.

Правила за избор на леяк:

1. За втория слой на матрицата могат да се изпол-

зват всички видове канали, с изключение на pinpoint

леяка и hot-runner леяка.

2. За третия могат да бъдат използвани само pinpoint

леяци и side леак, но не и останалата част от

опциите.

3. За hot runner матрици, могат да бъдат изпол-

звани само различни решения на hot runner леяци.

Общите правила за тяхното създаване са:

1. За двуслойни матрици се използват кръгли се-

чения.

2. За трислойни матрици се използват трапецо-

видни сечения.

Пример (казус):

Тестовия детайл, който се използва при настоящия

казус е телефонен панел. Приблизителните му

размери са: 180 mm 60 mm 35 mm. Използва се

ABS с коефициент на свиване 0,5%.

Машината за формоване, която се използва е 280

тонна Toshiba – инжекционна машина за шприц-

ване с превключване (Таблица 1). Информацията

за размерите на захванатия детайл е дадена в таб-

лица 1. Внимателното наблюдение на този тестов

детайл разкрива, че има три подрязвания, поради

което има нужда от допълнителни аксесоари, като

например повдигачи и плъзгачи. Фигура 6а илюс-

трира външното подрязване, което изисква плъз-

гачи, а фигура 6б показва вътрешното, което

изисква повдигачи. Матрица с два слоя и две ку-

хини също е необходима за този тестов детайл.

Информацията, предоставена от клиента, е залег-

нала в интерфейса на техническия чеклист, който

изпълнява ролята на стандартен шаблон за всички

матрични проекти (Фигура 4). След това оригинал-

ния CAD файл на тестовия детайл се мащабира в

съответствие с коефициента на свиваемост, пре-

доставен от интерфейса. Ядрото и кухината също

се оформят по това време, за да съединят тесто-

вия детайл. Избраната матрична база, осигурява

копирането на системата и необходимите аксе-

соари в съответните нива на матричната конструк-

ция.

Фигура 7: Приложение на субконструиране за пов-

дигач за тестване

Средно компонентите са прикрепени към осно-

вата. Фигура 7 показва прилагане на под-кон-

струиране на шаблон. Подобен шаблон се

използва отделно за плъзгачите. Тъй като за този

тестов детайл се изисква да има две кухини, се ак-

тивира линейната конфигурация с две кухини. И

защото трябва да има плъзгачи между двете ку-

хини, между тях се оставя толеранс (Фигура 8).

Това разстояние може да бъде редактирано, из-

ползвайки интерфейса за оформяне на кухини. В

този казус, общият размер на модела е около 520

мм 250 мм 320 мм (Фигура 9). Ако избраната

матрична база е от DME SF серията, най-малката

възможна матрична база е от 4060 конфигурации.

Тъй като разстоянието между елементите на ма-

шината е 730 мм, избраната матрична база може

да бъде постигната без затруднение. Завършена

пилотна конструкция на инжекционна матрица за

тестов детайл е показана на Фигура 10. Затяга-

щата част машината за формоване може да бъде

активирана, за да позволи проверка дали матри-

цата е проектирана правилно, тъй като това лесно

се визуализира в 3D (Фигура 11).

ЗАКЛЮЧЕНИE

В този материал е разгледан един подход за

използване на метода на стандартизацията за

бързата реализация на пилотна конструкция на

пластмасови шприцформи. Процесите на кон-

струиране, които са едни и същи за всеки ма-

тричен проект са консолидирани в стандартен

шаблон. Техническият чеклист играе ролята на

общ стандартен шаблон, докато субконструк-

цията има свои собствени субшаблони. Изпол-

зването на бази данни, позволява гъвкавост

при персонализирането. Приблизителната се-

бестойност на матрицата също може да бъде

получена, въз основа на информацията от чек-

листа. Други предимства са възможността за

по-бързо конструиране, конструиране на функ-

ционираща матрица и лесна визуализация.

Въпреки това, тази бърза реализация на пи-

лотна конструкция има своите ограничения.

Като например използването на високи техно-

логии, повече бази данни, правила и евристики,

които трябва да бъдат вградени в системата, за

да се приспособи към матричното конструи-

ране на по-нови пластмасови, шприц форми

(като многостенно и тънкостенно формоване).

Много усилия и пари, трябва да бъдат инвести-

рани от страна на организациите, за да приго-

дят своите системи към новите технологии.

Базите данни за материалите и машините за

формоване също трябва да бъдат непрекъснато

актуализирани и проверявани, за да съответст-

ват на новите материали и машини, които се по-

явяват постоянно в сферата на

промишлеността. Ако има погрешно вписване

в базите данни, резултатите, които се получа-

ват, може да са катастрофални. Опитния кон-

структор би разбрал веднага, че нещо не е

наред още при проектирането, начинаещият

обаче може да приеме конструкцията, без

много да се замисля, разчитайки на това, че

системата винаги ще осигури правилното ре-

шение. Авторите на системата в момента пра-

вят изследвания, с цел да подобрят системата,

така че да позволява по-лесно персонализи-

ране.