Biblioteki numeryczne normaliów FCPK Bytów, stosowanych podczas wspomaganego komputerowo konstruowania form wtryskowych, dedykowane dla systemów Unigraphics NX oraz Solid Edge firmy UGS
Jedną z najbardziej dochodowych i najszybciej rozwijających się gałęzi gospodarki jest przetwórstwo materiałów polimerowych. Corocznie na świecie wytwarza się duże ilości elementów polimerowych, stosowanych w wielu różnych branżach przemysłowych
Na podstawie analizy rynku uważa się, iż znaczna część produktów polimerowych wytwarzana jest metodą wtrysku. Do głównych wymagań stawianych odpowiednim narzędziom kształtującym, tj. formom wtryskowym, należą m.in. zdolność do długotrwałej eksploatacji oraz niezawodność. Cele te można osiągnąć przede wszystkim poprzez konstruowanie i wytwarzanie form wtryskowych z możliwie dużą dokładnością, czego efektem jest wzrost kosztów. Chcąc zmniejszyć koszty związane z konstruowaniem i wytwarzaniem form, więc również skrócić czas zwrotu nakładów finansowych, stosuje się powszechnie znormalizowane elementy typowe ww. narzędzi, m.in.: płyty, słupy prowadzące, pierścienie centrujące, dysze wtryskowe oraz wypychacze. Są one dostarczane przez wyspecjalizowanych producentów, m.in.: HASCO, DME, Futaba, Strack.
We współczesnej branży narzędziowej stosuje się powszechnie narzędzia numeryczne, w tym systemy 3D MCAD (ang. Mechanical Computer-Aided Design) do komputerowego wspomagania procesu projektowania i konstruowania. Zaawansowane aplikacje 3D (high-end oraz mid-range) są wyposażone w specjalizowane moduły służące do wspomagania konstruowania form wtryskowych, w których producenci oprogramowania zabudowali biblioteki specjalistycznych normaliów.
Według niezależnych firm konsultingowych (patrz: WWW.cadalyst.com, www.cimdata.com, www.cambashi.com), jednym z najnowocześniejszych na świecie systemów high-end jest Unigraphics NX, którego odpowiednim modułem jest Mold Wizard, natomiast w segmencie mid-range dominuje Solid Edge, wyposażony w moduł Mold Tooling. W wyżej wymienionych aplikacjach zawarto rozbudowane biblioteki najpopularniejszych na świecie normaliów. Przykład projektu MCAD formy, wykonanego w NX Mold Wizard przedstawiono na Rys. 1. Uważa się, iż najczęściej stosowanymi w Polsce komponentami znormalizowanymi form wtryskowych są produkty firmy FCPK Bytów. Wobec powyższego – celem ułatwienia i przyspieszenia pracy polskich konstruktorów form wtryskowych oraz ich zagranicznych kooperantów – firma UGS rozbudowuje specjalizowane moduły NX Mold Wizard oraz Solid Edge Mold Tooling o biblioteki numeryczne normaliów FCPK Bytów.
Charakterystyka oryginalnych zasobów biblioteki normaliów NX Mold Wizard Dobór modeli części standardowych jest dla użytkownika systemu 3D procesem bardzo łatwym, przede wszystkim, dzięki intuicyjnym oknom dialogowym (Rys. 2). Korzystanie z biblioteki normaliów Mold Wizard umożliwia dobór części wykonanych zarówno w standardzie metrycznym, jak i calowym. Po dokonaniu wyboru producenta normaliów, Użytkownik określa rodzaj komponentu znormalizowanego, definiuje wartości odpowiednich wymiarów, a następnie wstawia dany model do zespołu części MCAD [5].
Metoda wykonania biblioteki Jedną z miar przydatności oprogramowania 3D MCAD jest stopień jego możliwej personalizacji. W celu doposażenia biblioteki NX Mold Wizard w dodatkowe zbiory normaliów FCPK Bytów, wykonano szereg odpowiednio sparametryzowanych części bazowych.
W przypadku każdego z rodzajów elementów znormalizowanych wykonano model bryłowy (Rys. 3). Następnie skorzystano z tzw. kreatora części standardowych, dzięki czemu system NX samoczynnie wygenerował pliki .xls, do których następnie wprowadzono informacje dotyczące wszelkich możliwych kombinacji wartości odpowiednich wymiarów modelu (Rys. 4). Każda z kombinacji wartości wymiarów jest przyporządkowana do odmiennego typoszeregu danej części znormalizowanej.
W plikach .xls zawarto również wartości wybranych atrybutów, np. materiał, dostawca, zalecana obróbka cieplna oraz możliwość wykonania przekroju elementu w dokumentacji płaskiej 2D. Powyższe dane mogą automatycznie wejść w skład zestawień komponentów formy (ang. BOM, Bill of Materials) oraz list części w dokumentacji płaskiej.
Wobec powyższego, uzyskano możliwość wygenerowania modelu dowolnej części opisanej w katalogu producenta, poprzez odpowiednie sparametryzowanie pliku bazowego.
Dzięki właściwemu przyporządkowaniu zmiennych modelu 3D do zmiennych zawartych w pliku .xls, możliwe jest utworzenie modelu dowolnej części standardowej uwzględnionej w aktualnej ofercie producenta, tj. FCPK Bytów.
W każdym z plików części bazowych zawarto dwa rodzaje geometrii. Pierwsza, typu „TRUE”, jest właściwym zapisem konstrukcji danej części znormalizowanej (uwzględnia dany kształt i wymiary). W geometrii drugiego typu, tj. „FALSE” zawarto definicje odpowiednich bryłowych operacji ubytkowych, które mogą zostać wykonane we wskazanych częściach, istniejących już w zespole 3D. Operacje te definiowane są za pomocą algebry Bool’a, a ich wykonanie jest opcjonalne, choć wskazane. Dzięki geometrii typu „FALSE” w sposób półautomatyczny zostać mogą wykonane np. odpowiednie otwory lub uwzględnione luzy technologiczne.
W oknach dialogowych umieszczono adekwatne obrazy rastrowe .jpg. W każdym z nich zawarto poprawnie zwymiarowaną odpowiednią część standardową w poglądowych rzutach prostokątnych (Rys. 5). Dzięki powyższemu, ułatwiono korzystanie z biblioteki, poprzez możliwość szybkiego oraz intuicyjnego doboru właściwego elementu. Warto nadmienić, iż intuicyjność obsługi narzędzia numerycznego jest jego dużą zaletą, określaną w literaturze anglojęzycznej jako „look & feel capability”.
Po dokonaniu wyboru właściwej części standardowej oraz wartości jej żądanych wymiarów (uwzględnionych w ofercie producenta normaliów), właściwa kombinacja zmiennych zostaje przesłana ze wsadowego pliku .xls do pliku modelu bazowego. Następnie zostaje wygenerowany nowy plik MCAD (tj. prt), zawierający zapis konstrukcji odpowiedniej części znormalizowanej, po czym zostaje on wstawiony do aktywnego zespołu 3D.
Wybrane sposoby stosowania narzędzia „NX Mold Wizard FCPK Library” Podczas stosowania opisywanej biblioteki normaliów, użytkownik NX Mold Wizard jest w stanie umieścić w zespole 3D modele odpowiednich części znormalizowanych (Rys. 6), np. płyt, słupów prowadzących, tulejek wtryskowych, itd.
Pobrane z biblioteki modele części standardowych wyposażono w dodatkowe informacje, dotyczące półautomatycznego wykonywania asocjatywnych operacji w obiektach istniejących już w zespole. Mogą one zostać wykonane, dzięki zapisaniu w plikach bazowych geometrii „TRUE” oraz „FALSE”.
Odpowiednie wstawienie modelu wypychacza do zespołu, w którym znajduje się baza formy spowoduje wykonanie uprzednio zdefiniowanego ubytku objętości modeli danych płyt i wkładek w miejscach uzasadnionych obecnością wstawionego wypychacza (Rys. 7a). Co więcej, kształt wstawianych modeli normaliów może ulec dopasowaniu do kształtu wybranych części, znajdujących się w projekcie 3D, np. lico czołowe wstawianego wypychacza może się dopasować do geometrii formowanego detalu (Rys. 7b).
Biblioteka części standardowych FCPK zabudowana w module Mold Tooling systemu Solid Edge Mold Tooling jest pakietem dodatkowym (Add-on), zintegrowanym ze środowiskiem UGS Solid Edge Classic. Zawiera on zestaw wypróbowanych, zaawansowanych technologicznie narzędzi do szybkiego i wydajnego projektowania form wtryskowych. Zwrócono szczególną uwagę na skrócenie prac MCAD, poprzez zautomatyzowanie powtarzających się czynności. Przykład części stemplowej (ruchomej) formy wtryskowej wykonanej, z zastosowaniem narzędzia Mold Tooling przedstawiono na Rys. 8.
Podczas pracy z aplikacją Mold Tooling, użytkownik wykorzystuje wielokrotnie wyróżnioną technologię SmartStep, dzięki której jego czynności mają charakter sekwencyjny, zgodny z chronologią prawidłowego procesu konstruowania form wtryskowych.
Po wprowadzeniu do projektu modelu wypraski, uwzględnieniu odpowiedniego skurczu, wygenerowaniu powierzchni podziału oraz kształtu lic formujących, użytkownik wstawia do zespołu części elementy znormalizowane (bazy form, elementy układu prowadzącego, itd.).
W najnowszej edycji systemu Solid Edge umożliwiono korzystanie z biblioteki modeli części standardowych dostarczanych przez krajowego producenta – firmę FCPK Bytów.
Proces wstawiania części znormalizowanych do projektu formy wtryskowej można generalnie podzielić na trzy etapy, którym odpowiadają odpowiednie narzędzia Solid Edge: a) Mold Base – dobór bazy formy, b) Mold Base Components – wstawianie elementów prowadzących i montażowych, c) Place Mold Component – wstawianie komponentów dodatkowych.
Podczas doboru bazy formy (Mold Base) system analizuje bazę danych, w której zawarto wymiary i nazwy własne odpowiednich elementów, znajdujących się w aktualnej ofercie FCPK. Na podstawie geometrii zamodelowanej we wcześniejszych fazach projektu (np. gabaryty wypraski i wkładek, a także liczba oraz rozmieszczenie gniazd), baza danych ulega odfiltrowaniu. Wobec powyższego, użytkownikowi sugeruje się kilka wariantów stosu płyt, uznanych za optymalne z różnych względów geometrycznych. Rezultaty automatycznego doboru bazy formy mogą być łatwo edytowane przez użytkownika, przy czym możliwy jest wybór danych zawartych w ofercie FCPK lub wprowadzenie własnych wartości. Należy dodać, iż dostępnych jest kilka konfiguracji stosów płyt, m.in.: standardowa, trójpłytowa, z dodatkową płytą oporową, z płytą spychającą, z gorącymi kanałami itd.
Wybrane okna dialogowe modułu Mold Tooling, dostępne podczas definiowania bazy formy przedstawiono na Rys. 9.
Zaleca się, aby lokalizacja elementów układu prowadzącego (słupy, tuleje, itd.) a także elementów montażowych (śruby) była zgodna z wytycznymi producenta normaliów. W bazie danych Solid Edge Mold Tooling uwzględniono lokalizację oraz rozmiary otworów, wykonywanych domyślnie w płytach, dostarczanych przez FCPK.
Wobec powyższego, dzięki zastosowaniu narzędzia Mold Base Components możliwe jest takie wstawienie modeli znormalizowanych elementów prowadzących i montażowych, aby ich rozmiary oraz lokalizacja były adekwatne do otworów w modelach płyt projektowanej formy wtryskowej (Rys. 10).
Wykorzystując narzędzie Place Mold Component równie łatwo wstawiać można do projektu tzw. komponenty dodatkowe, których lokalizacja jest elastycznie definiowana przez użytkownika. Elementy te podzielono na pięć podstawowych grup: • elementy prowadzące i montażowe, np. słupy oraz tuleje prowadzące, kołki, śruby, • elementy układu zasilającego, np. dysze wtryskowe, pierścienie centrujące, • elementy układu usuwania wypraski, np. wypychacze, • elementy układu chłodzącego, np. przyłącza cieczy, elementy uszczelniające, korki zaślepiające, • pozostałe elementy, np. uchwyty transportowe, sprężyny.
Należy zauważyć, iż w przypadku elementów prowadzących i montażowych, wykorzystanie narzędzia Place Mold Component umożliwia ich wstawienie do zespołu 3D niezależnie od domyślnej lokalizacji zalecanej przez FCPK.
Wybrane listy rozwijalne Interfejsu Użytkownika podczas korzystania z narzędzia Place Mold Component przedstawiono na Rys. 11.
Analogicznie jak podczas stosowania biblioteki „NX Mold Wizard FCPK Library” (Rys. 7), po wstawieniu do projektu Solid Edge Mold Tooling modeli części standardowych FCPK istnieje możliwość asocjatywnego i dwustronnego dopasowania się części wchodzących w skład zespołu 3D (Rys. 12).
Warto dodać, iż asocjatywna modyfikacja lic czołowych wypychaczy może zostać wykonana na kilka różnych sposobów. Oznacza to, iż możliwe jest przycięcie modelu wypychacza poprzez: a) zastąpienie lica czołowego odpowiednim fragmentem powierzchni podziału, b) skrócenie trzonu wypychacza do minimalnej, pośredniej lub maksymalnej dozwolonej technologicznie wysokości z zachowaniem równoległości lica czołowego wypychacza do płaszczyzny podziału.
Stosowanie opisanych narzędzi umożliwi wielu użytkownikom ostateczne zrezygnowanie z dotychczasowej mało wydajnej, choć – niestety – bardzo popularnej metody pozyskiwania modeli MCAD wybranych normaliów. Przestarzała metoda polega przede wszystkim na pobieraniu plików z zapisem konstrukcji wybranych normaliów bezpośrednio ze strony WWW ich producentów, co w znacznej większości przypadków polega na gromadzeniu plików 3D w formatach pośrednich, np. Parasolid, IGS, sat. Pliki te mają charakter uniwersalny, tzn. mogą być odtwarzane przez większość użytkowników współczesnego oprogramowania MCAD. Wadą takiej filozofii postępowania jest jednak fakt, iż w przypadku każdego z plików należy każdorazowo przeprowadzić proces translacji. Co więcej uzyskane w ten sposób modele bryłowe pozbawione są historii tworzenia, więc również możliwości ich sparametryzowania. Kolejną wadą opisywanej filozofii jest fakt, iż chcąc posiadać w swej bazie danych n wariantów danej części należy zaimportować n plików, co w przypadku współczesnych biur konstrukcyjnych oznaczać może szybkie wyczerpywanie zasobów operacyjnych stacji roboczych.
W przypadku bibliotek „NX Mold Wizard FCPK Library” i „Solid Edge Mold Tooling FCPK” zaprezentowano całkowicie odmienną filozofię postępowania. Główną zasadą funkcjonowania ww. narzędzi jest względnie niewielki zbiór odpowiednio sparametryzowanych plików bazowych (każdy przyporządkowany jest odmiennemu rodzajowi części standardowych), na podstawie których wygenerowane zostają modele pochodne. Wartości ich wymiarów zostają pobrane z plików wsadowych.
Efektem wyposażenia systemów Unigraphics NX i Solid Edge w biblioteki „NX Mold Wizard FCPK Library” oraz „Solid Edge Mold Tooling FCPK” będzie ostateczne zażegnanie trudności w stosowaniu modeli części standardowych, znajdujących się w ofercie najpopularniejszego w Polce producenta normaliów stosowanych w procesie konstruowania form wtryskowych.
Wobec powyższego, w narzędziowniach wykorzystujących systemy Unigraphics NX oraz Solid Edge Mold Tooling z pewnością dojdzie do dalszego zwiększenia elastyczności i wydajność pracy. Dotyczyć to będzie z pewnością firm polskich oraz ich zagranicznych kooperantów. Pamiętać należy, iż Polska zajmuje 4. miejsce w Europie pod względem ilości skonstruowanych i wytworzonych form wtryskowych. Istnieje więc duże prawdopodobieństwo poprawienia tej lokaty.
Autor: MICHAŁ BACHAN, WOJCIECH BIENIASZEWSKI, ADAM BUDZYŃSKI, SZYMON KOŚCIANOWSKI
