Koncepční návrh konstrukce vysokotlakých forem na hliník s použitím CAD systému

Koncepční návrh konstrukce vysokotlakých forem na hliník s použitím CAD systému vypracoval: Vít Procházka vedoucí práce: Ing. Pavel Šmíd Obor Aplikovaná mechanika Specializace Počítačová podpora konstruování 2006

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav: Ústav konstruování Akademický rok: 2005/2006

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

pro Vít Procházka který/která studuje v magisterském studijním programu M 2301 Strojní inženýrství obor: Aplikovaná mechanika - 04 Počítačová podpora konstruování Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: Koncepční návrh konstrukce vysokotlakých forem na hliník s použitím CAD systému. V anglickém jazyce: Conceptual design of high pressure molds for aluminium in CAD system Stručná charakteristika problematiky úkolu a cíle diplomové práce Stručná specifikace konstrukčního, analytického nebo experimentálního úkolu s uvedením důvodu řešení Určení vhodných postupů při konstrukci vysokotlakých forem na hliník s použitím CAD systému, při sledování sjednocení a podpory firemních zásad, podpory auditu konstrukční činnosti, návaznosti na technickou přípravu výroby a zvýšení produktivity práce. Navržené postupy budou ověřeny na konstrukci reálné formy. Zadání základních technických parametrů řešení 1. Rozdělení forem z pohledu konstrukce, klasifikace konstrukčních skupin. 2. CAD přístupy vhodné pro použití v konstrukci forem 3. Metodické zpracování konstrukce v CAD Unigraphics, návrh koncepce pro zvýšení produktivity a využitelnosti již hotových forem 4. Praktické řešení zvolené skupiny a optimalizace postupu v CAD. Bližší pokyny k postupu řešení (např. druh užité výpočtové metody, software, atd.) K řešení použijte CAD systém NX3 (Unigraphics) Specifikace provedených experimentů, měření, kontrolních testů, výroby prototypů apod. Proveďte vyhodnocení přínosu diplomové práce při konstrukci reálné formy, vycházející z postupů navržených v řešení práce. Grafická podoba diplomové práce a její struktura se řídí pokyny uveřejněnými na webové stránce Ústavu konstruování mající adresu http://uk.fme.vutbr.cz.

Rozsah grafických prací: Výkresová dokumentace, 3D digitální model Rozsah průvodní zprávy: Rozsah cca 30.000 znaků bez mezer základního textu. Za základní text se považuje vlastní text práce včetně poznámek, bez bibliografie, příloh, anotace a obsahu práce. Seznam odborné literatury: Encyklopedie hliníku, Michna a kol. , Alcan Děčín, 2005 Interní příručka firmy Buehler - konstrukce forem pro tlakové lití, 2000 Tlakové lití, interní předpis ČKD, 1984 Manuál CAD systému NX3 (Unigraphics), 2004

Vedoucí diplomové práce: Ing Pavel Šmíd Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2005/06. V Brně dne 16.5.2006 L.S.

doc. Ing. Martin Hartl, Ph.D. ředitel Ústavu konstruování

doc. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan FSI

v Brně dne 16.5.2006

Prohlášení

strana 5

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci Koncepční návrh konstrukce vysokotlakých forem na hliník s využitím CAD systému vypracoval samostatně pod vedením Ing. Pavla Šmída a uvedl v seznamu literatury všechny použité literární a odborné zdroje. V Brně dne 22. května 2006 ______________________________ vlastnoruční podpis autora

Poděkování

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Pavlu Šmídovi za odborné vedení mé práce, podmětné připomínky a cenné rady, kterými přispěl k vypracování této diplomové práce. Dále bych chtěl poděkovat všem zaměstnancům firmy Axiomech s.r.o. kteří mě poskytovali cenné informace které mají ze své praxe.

strana 7

Anotace

Anotace Cílem této diplomové práce je zpracování koncepce návrhu forem na tlakové lití hliníku v systému Unigraphics. V první části je provedeno rozdělení forem z pohledu konstrukce. V druhém bodě jsou popsány vhodné postupy při konstrukci s využitím CAD. Pro vybraný postup je vytvořena metodika a na závěr je prakticky řešena optimalizace postupu. Annotation This is of purpose Graduation theses working conception project casting under pressure in program Unigraphics. In first point is doing line of vision construction. The secondary point you are writing appropriate steps construction by system of CAD. For appropriate procedure is doing methodic and finishing is problem solution optimalization procedure.

strana 9

Obsah

1

ÚVOD................................................................................................................14 1.1 Historie používání hliníku ..........................................................................14 1.2 Oblasti použití hliníku v současnosti..........................................................14 2 ROZDĚLENÍ FOREM Z POHLEDU KONSTRUKCE, KLASIFIKACE KONSTRUKČNÍCH SKUPIN ..................................................................................16 2.1 Tlakové lití..................................................................................................16 2.2 Rozdělení tlakových strojů .........................................................................17 2.2.1 Tlakové stroje s teplou tlakovou komorou .........................................17 2.2.2 Tlakové stroje se studenou komorou ..................................................18 2.3 Rozdělení tlakových odlitků.......................................................................19 2.4 Rozdělení tlakových forem.........................................................................19 2.5 Základní díly formy na vysokotlaké lití hliníku .........................................20 3 CAD PŘÍSTUPY VHODNÉ PRO POUŽITÍ V KONSTRUKCI FOREM ......23 3.1 Řešení technologie výroby odlitku tlakovým litím ....................................23 3.2 Postupy vhodné při řešení vlastní formy v CADu Unigraphics .................23 3.2.1 Tvorba nové sestavy formy ................................................................23 3.2.2 Přepracování stávající formy ..............................................................23 3.2.3 Využití přídavného modulu MoldWizard..........................................23 3.2.4 Konstrukce parametrického modelů rámu a pomocné utility.............24 4 METODICKÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKCE FOREM V SYSTÉMU UNIGRAPHICS .........................................................................................................26 4.1 Vývojový model .........................................................................................26 4.1.1 Model obrobeného odlitku .................................................................27 4.1.2 Model hrubého odlitku .......................................................................27 4.1.3 Změřítkovaný odlitek .........................................................................28 4.1.4 Polohování a zaformování odlitku......................................................29 4.1.5 Namodelování vtoků přetoků .............................................................29 4.1.6 Odečtení negativů do tvarových vložek .............................................30 4.1.7 Odvzdušnění, vyhazování a chlazení .................................................30 4.2 Základní výpočty pro návrh formy.............................................................31 4.2.1 Stanovení velikosti a typu stroje.........................................................31 4.2.2 Plocha připojení vtokové soustavy .....................................................32 4.2.3 Stanovení velikosti formy...................................................................33 4.2.4 Odvzdušnění a přetoky forem ............................................................33 4.2.5 Vyhazování odlitků z formy ...............................................................34 4.2.6 Chlazení forem ...................................................................................34 4.2.7 Pevnostní výpočet hlavních částí forem .............................................36 5 PRAKTICKÉ ŘEŠENÍ ZVOLENÉ SKUPINY A OPTIMALIZACE POSTUPU V CAD .....................................................................................................40 5.1 Rozbor koncepce ........................................................................................40 5.2 Uživatelsky definovaný prvek - UDF.........................................................40 5.2.1 Zásady při modelování prvků pro UDF..............................................40 5.2.2 Připojení vtokové soustavy na rovinné ploše .....................................40 5.2.3 Připojení vtokové soustavy na válcové ploše .....................................46 5.2.4 Model přetoku s odvzdušněním..........................................................50 5.2.5 Používání UDF ...................................................................................52 5.3 Parametry řízený model sestavy rámu........................................................52 5.3.1 Datová struktura modelu ....................................................................53 5.3.2 Zpracování dat v Excelu.....................................................................54

strana 11

strana 12

Obsah

5.3.3 Modely součástí rámu........................................................................ 56 5.3.4 Používání sestavy rámu ..................................................................... 61 6 ZÁVĚR ............................................................................................................. 63 7 PŘILOHY ......................................................................................................... 65 7.1 Technické údaje stroje na tlakové lití ........................................................ 65 7.2 Protokol Assembly Weigh Manager.......................................................... 66

1. Úvod

Přehled použitých zkratek a symbolů Veličina Jednotky Název veličiny dm [mm] průměr licího pístu e [mm] vzdálenost posouvající síly E [Mpa] modul pružnosti v tahu F [kN] otevírací síla [N] licí síla stroje FL FU [kN] uzavírací síla G [Mpa] modul pružnosti ve smyku I [m4] moment setrvačnosti plochy Jz [m4] kvadratický moment v ose z ku [-] bezpečností faktor uzavírací síly [m] délka vyhazovače lv m [g] hmotnost odlitků včetně přetoků mA [g] hmotnost odlitků od připojení vtokové soustavy (odlitek včetně přetoků) mv [kg] hmotnost jedné sady odlitků včetně vtoků a přetoků Mo max [Nm] maximální ohybový moment n [h-1] počet sad vyrobených odlitků za hodinu pL [Mpa] tlak tekutého kovu při lisování množství tepla přivedeného formě q [kJ⋅kg-1] S [mm2] plocha odlitku v dělící rovině včetně vtoků a přetoků [mm2] plocha tvarových vložek SF SL [mm2] plocha licího pístu Sv [mm2] plocha připojení vtokové soustavy t [s] doba plnění formy taveninou T [N] posouvající síla [m·s-1] rychlost licího pístu vc -1 v` [m⋅s ] rychlost pohybu taveniny v připojení vtokové soustavy Wo [mm3] modul průřezu v ohybu y [mm] maximální průhyb [mm] průhyb od momentového zatížení yM yT [mm] průhyb od smykového zatížení β [-] součinitel respektující rozložení smykových napětí teplo přivedené formě taveninou Φ [kJ·h-1] ρ [g⋅cm-3] hustota tekutého kovu σmax [Mpa] maximální napětí σred [Mpa] redukované napětí [Mpa] napětí na styčných plochách hlavních dílů při uzavření σtl1 formy bez lití σtl2 [Mpa] napětí na styčných plochách hlavních dílů při uzavření τmax [Mpa] maximální smykové napětí τ [Mpa] smykové napětí v průřezu φ [rad] úhel natočení střednice nosníku v místě podpory formy při lití

strana 13

strana 14

Přehled použitých zkratek a symbolů

1

1 ÚVOD

1.1

1.1

Historie používání hliníku

Počátky výroby hliníku: • 1825 – Oersted získal malé množství hliníku redukcí chloridu hliníku amalgámem draslíku. • 1886 – Heroult a Hall objevili možnosti výroby hliníku elektrolýzou, což lze považovat za zrod průmyslové výroby hliníku. • 1887 – v tomto roce byl postaven římsko-katolický kostel v Gioacchinu a na jeho střechu byl použit hliník – jde o první velkou aplikaci. Po objevu výroby hliníku elektrolýzou Heroultem a Hallem přešla ještě další desetiletí než začala jeho první průmyslová výroba. V důsledku malého počátečního produkovaného množství byl hliník velice drahý, dokonce dražší než zlato. Jeho aplikace v tomto období byla jen na speciální účely v klenotnictví. Strmý nárůst výroby a využití hliníku nastal až po 2. světové válce. [1] 1.2

1.2

Oblasti použití hliníku v současnosti

Hlavní oblasti použití hliníku v současnosti: • Doprava • Stavebnictví • Strojírenský a hutnický průmysl • Energetika a elektrotechnický průmysl • Potravinářský průmysl • Chemický průmysl ( potrubí, výměníky ) • Rekreační průmysl a sport • Jiné oblasti použití ( klenotnictví ) Odvětví Doprava (letecká, lodní, železniční, automobilová) Stavebnictví Strojírenství Elektrotechnický průmysl Potravinářský průmysl Ostatní

Spotřeba [%] 59,1 18,4 10,3 7,2 4,3 0,7

Tab 1.1 - Celosvětová spotřeba hliníku a jeho slitin v jednotlivých odvětvích v roce 2002 [1]

Kdybychom se zaměřili na spotřebu hliníku jen v dopravě, můžeme toto odvětví ještě dále rozdělit: • Letecký průmysl • Automobilový průmysl • Kolejová doprava • Konstrukce lodí • Kosmonautika

1. Úvod

Největší procento použitých hliníkových materiálů z celkového objemu v dopravě je při výrobě letadel. Například Airbus A340 váží asi 90 tun a 2/3 použitých materiálů patří do kategorie slitin z hliníku. Hliník se v leteckém průmyslu používá z důvodů nízké hmotnosti a dobrých mechanických vlastností zejména při nízkých teplotách pod bodem mrazu. [1] Nemalá část výroby hliníku se týká také automobilového průmyslu, kde je největším argumentem pro jeho použití nízká hmotnost. Snížení hmotnosti automobilu přináší snížení spotřeby paliva, zvýšení výkonu automobilu a zlepšení ekologie (snížení emisí). [1]

strana 15

1.2

strana 16

2. Rozdělení forem z pohledu konstrukce, klasifikace konstrukčních skupin

2

2 ROZDĚLENÍ FOREM Z POHLEDU KONSTRUKCE, KLASIFIKACE KONSTRUKČNÍCH SKUPIN

2.1

2.1

Tlakové lití

Jedním ze způsobů výroby hliníku je tlakové lití. Jde o specifickou metodu vhodnou pro výrobu velkých sérií rozměrově i hmotnostně menších tenkostěnných konstrukčně složitých odlitků s přesnými rozměry s velmi hladkými povrchy, především ze slitiny neželezných kovů se středně vysokou teplotou lití. Tlakové lití je průmyslová metoda produkce odlitků především pro automobilový, motocyklový a letecký průmysl, ale také pro další průmyslová odvětví, která potřebují velké množství odlitků jednoho druhu. Slévárny tlakového lití a jejich technologie tvoří samostatný obor v celém slévárenství, který se výrazně odlišuje od klasické výroby odlitků do pískových slévárenských forem. Tlakové licí stroje umožňují upevnění nepohyblivé části formy, pohyb pohyblivé části formy, dokonalé sevření obou částí formy a plnění dutiny formy taveninou s teplotou nižší než je teplota likvidu dané slitiny s vysokým tlakem vyvinutým mechanickým pístem. Charakteristickým znakem dané metody je plnění dutiny formy vysokou rychlostí přes vtokovou soustavu s velmi malým průřezem. U počátku celé metody byl Ing. Josef Polák, který metodu navrhl. V roce 1929 byl Ing. Polákovi patentován tlakový licí stroj s vertikální studenou komorou. Prvním výrobcem tlakových strojů byla právě jeho továrna v Praze Holešovicích, která byla nositelem celé technologie v období první republiky a druhé světové války. Firma pod různými názvy funguje dodnes. V roce 1992 byla založena firma Polák s.r.o která obnovila tradici původní firmy – výrobu forem a odlitků technologií tlakového lití. Výroba tlakových licích strojů byla v roce 1959 převedena do podniku Vihorlat Snina na Slovensko. [2]

Obr. 2.1 - Produkce firmy Polák s.r.o. [2]


strana 17

2.1

Obr. 2.2 - Typický vysokotlaký odlitek z hliníku. Hrubý odlitek skříně převodovky pro BMW X5. Lisováno na stroji BUEHLER AG [3]

2.2

Rozdělení tlakových strojů

2.2.1 Tlakové stroje s teplou tlakovou komorou Stroje s teplou komorou slouží k odlévání kovů a slitin s nízkou teplotou kapalné fáze. Jde zejména o odlévání zinku, olova, cínu a jejich slitin. Charakteristickým rysem těchto strojů je přímé spojení prostoru udržovací pece s tlakovým mechanismem, který je umístěn v tavenině v udržovací peci.

Obr. 2.3 - Tlakový stroj s teplou komorou firmy BUEHLER [3]

2.2 2.2.1

strana 18


2.2.1

Obr. 2.4 - Schéma funkce tlakového stroje s teplou komorou [5]

2.2.2

2.2.2 Tlakové stroje se studenou komorou Pro odlévání hliníku se používají stroje se studenou tlakovou komorou, která může být uspořádána vertikálně nebo horizontálně.

Obr. 2.5 - Tlakový lis se studenou komorou od firmy BUEHLER [3]


strana 19 2.2.2

Obr. 2.6 - Schéma funkce stroje se studenou komorou [5]

2.3

Rozdělení tlakových odlitků

2.3

Podle stavu: [1] • Surové • Polosurové • Hrubé • Obrobené Podle velikosti plošného průmětu v dělící rovině: • Do 100 cm2 • Do 400 cm2 • Do 800 cm2 • Do 1600 cm2 • Nad 1600 cm2 Podle požadovaných vlastností: • Odlitky s nejvyššími požadavky – skupina 1. • Odlitky s vysokými požadavky – skupina 2. • Odlitky s normálními požadavky – skupina 3. • Nenáročné odlitky – skupina 4.

2.4

Rozdělení tlakových forem

Podle uspořádání studené komory: [1] • Formy pro stroje s vertikální komorou o S centrálním vtokem o Lití do dělící roviny • Formy pro stroje s horizontální komorou

2.4

strana 20


2.4

Obr. 2.7 - Uspořádání horizontální komory Obr. 2.8- Lití do dělící roviny

Podle způsobu vyhazování odlitku: • Formy s ručním vyhazováním – historická záležitost, která se dnes již takřka nepoužívá • Formy s mechanickým vyhazováním • Formy s hydraulickým vyhazováním • Formy s jiným způsobem vyhazování Rozdělení forem dle složitosti: • Jednoduché formy ze základních dílů • Složitější formy se šoupátky a dalšími součástmi Podle počtu odlitků v jedné formě • Jednodutinové formy • Vícedutinové formy

2.5

2.5

Základní díly formy na vysokotlaké lití hliníku

Při výrobě odlitků tlakovým litím jsou kladeny vysoké nároky na formu, protože se pracovní dutina formy plní vysokým tlakem, který zajišťuje vysokou rychlost taveniny v zářezech vtokové soustavy. Materiál musí odolávat fyzikálním, mechanickým i chemickým vlivům taveniny, která proudí rychlostí desítek metrů za sekundu. Návrh konstrukčního řešení formy se týká jak vlastností pracovní dutiny formy vytvářející odlitek, tak vnějšího povrchu, jehož řešení musí zajistit upevnění obou částí formy na nosiče forem, lokální chlazení nebo ohřev dutiny formy, její čištění, mazání a také vhodnou manipulaci a skladování.


strana 21 2.5

Obr. 2.9 - Základní díly tlakové formy – explodovaný pohled

• •

•

Pevná formovací deska – do této části formy se vkládá jedna tvarová vložka. Upíná se na pevný nosič tlakového stroje a obsahuje vtokovou soustavu. Pohyblivá formovací deska – do pohyblivé části se vkládá druhá část tvarové vložky. Pohyb je zajištěn vodícími kolíky. Rozměry pevné a pohyblivé formovací desky jsou dány velikostí odlitku společně s vtokovou soustavou a přídavky. Kotevní vyhazovací deska – skrz tuto desku procházejí těla vyhazovačů. Fixuje jejich polohu vůči odlitku.

strana 22 2.5


• • • • • • • •

Opěrná vyhazovací deska – o tuto desku se opírají čela vyhazovačů, tak aby bylo možné jejím pohybem zabezpečit vyjmutí odlitku z tvarové vložky. Upínací deska – upíná se do pohyblivého nosiče tlakového stroje. Rozpěrky – jejich výška vymezuje zdvih vyhazovačů. Vodící kolíky – vymezuje přesnou polohu vyhazovacích desek vůči celému rámu formy. Pouzdra vodících kolíků – zajišťují snadný pohyb vyhazovacích desek po vodícím kolíku. S kolíkem tvoří uložení g6/H7. Pouzdro vodícího kolíku – zajišťují snadný pohyb pohyblivých desek po vodícím sloupku. Společně se sloupkem tvoří uložení g6/H7 Vodící sloupky – po těchto sloupcích se pohybuje celá pohyblivá část formy a zároveň zajišťují přesné složení obou dílů formy před vlastním odléváním. Vyhazovač – uvolňuje odlitek z tvarové vložky.

Obr. 2.10 - Složená forma

Obr. 2.11 – Kompletní dvoudutinová forma firmy Polák a.s. [2]

3. CAD přístupy vhodné pro použití v konstrukci forem

strana 23

3 CAD PŘÍSTUPY VHODNÉ PRO POUŽITÍ V KONSTRUKCI FOREM

3

3.1

3.1

Řešení technologie výroby odlitku tlakovým litím

Při výrobě odlitku se uplatňují následující kroky: • Určení daného typu tlakového stroje – dle výkresové dokumentace dané strojní součásti, rozměrů, hmotnosti, materiálů a technických požadavků. • Určení parametrů vnějšího konstrukčního provedení obou dílů tlakové formy - zvolením optimálního typu tlakového stroje. • Navržení dělící roviny a přídavků na obrábění. • Volba jader – konstrukce, materiál a provedení. • Návrh konstrukční úpravy odlitků – s ohledem na podmínky chladnutí odlitku ve formě s uvážením potenciálního vzniku tepelných, smršťovacích a fázových napětí v odlitku. • Řešení odvzdušnění formy pro tlakové lití.

3.2 Postupy Unigraphics

vhodné

při

řešení

vlastní

formy

v CADu

3.2

3.2.1 Tvorba nové sestavy formy Základní nevýhodou této možnosti je velká časová náročnost a s tím související neekonomičnost využívání softwaru. Tato neekonomičnost se ještě navyšuje s počtem vyráběných dílů. Částečnou výhodou tohoto postupu je, že lze dosáhnout kvalitních konsistentních dat bez chyb. A není zde také problém s vnitropodnikovými normami, zvyklostmi a nastavením softwaru.

3.2.1

3.2.2 Přepracování stávající formy Využití již hotových modelů částečně odstraňuje hlavní nevýhody předchozího postupu. Tuto metodu tvorby lze ale považovat za vhodnou pouze tehdy, pokud se nový výrobek (forma) jen málo liší od již hotových modelů. Při větší změně a opravě dat dochází k různým kolizím dat a jejich nestabilitě. Obvykle výsledná data obsahují i mnoho nepotřebných prvků, které zbytečně zvětšují jejich objem.

3.2.2

3.2.3 Využití přídavného modulu MoldWizard. MoldWizard je aplikace používaná k navrhování forem pro vstříkování plastů ale i dalších typů odlitků. Aplikace poskytuje inženýrské nástroje a procedury ke zautomatizování složitých a komplexních úkolů spojených s návrhem forem. Výstupem jsou 3D modely, které lze použít dále pro obrábění. V případě, že návrh produktu je změněn, ušetří se dodatečný čas, protože změny produktu jsou asociativní s prvky návrhu formy. Aplikace funguje jako stavebnice pomocí které z nabízených dílů „obestavujeme“ vlastní odlitek. [4] Nevýhodou je, že celý modul se zvlášť platí. S touto investicí ale zákazník získává i množství nástrojů a knihoven, které nevyužije a musí také investovat do proškolení zaměstnanců. Může se také stát, že do aplikace nelze zakomponovat

3.2.3

strana 24 3.2.3


vnitropodnikové normy a směrnice. Na druhou stranu modul poskytuje mnoho nástrojů pro kontrolu formy, například kontrolu úkosů, minimálních rádiusů, tloušťky stěn a podobně.

Obr. 3.1 Kompletní dvoudutinová forma vytvořená v Unigraphics Mold Wizard [6]

3.2.4

3.2.4 Konstrukce parametrického modelů rámu a pomocné utility Zde se předpokládá tvorba vhodného nástroje přímo na míru výrobního programu a dle požadavků firmy. Předpokládá se přístup rozdělený na dvě části. V první části se vytvoří model odlitku včetně vtokové soustavy a technologických přípravků. Na základě těchto dat se potom v druhé části vygeneruje rám formy o vhodné velikosti s přihlédnutím na použitý tlakový lis. Další výhodou této metody je možnost přípravy výkresové dokumentace včetně podnikových razítek již přímo pro jednotlivé díly formy. Model rámu by měl splňovat následující body: • Dodržení vnitropodnikových norem a zásad postupu modelování • Snadná manipulace a práce s modely a generování dalších velikostních variant • Variabilita a univerzálnost v rozsahu zaměření firmy • Maximálně možné využití prostředků Unigraphicsu • Data by měla být maximálně stabilní – bez chyb


Pomocné utility by měly zjednodušit tvorbu obvyklých konstrukčních uzlů a zautomatizovat opakující se úkony. V dalších částech této práce se věnuji právě tomuto způsobu tvorby modelu.

Obr. 3.2 - Sestava rámu v Unigraphics NX3

strana 25 3.2.4

strana 26

4. Metodické zpracování konstrukce forem v CAD Unigrpahics

4

4 METODICKÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKCE FOREM V SYSTÉMU UNIGRAPHICS

4.1

4.1

Vývojový model

Konstrukce forem na tlakové lití hliníku je rozsáhlý proces složený z několika komplexních kroků. Nejčastější postup při tvorbě formy je na následujícím obrázku, samozřejmě že v závislosti na firemních zvyklostech a podle zaměření firem se mohou v procesu návrhu formy objevit drobné rozdíly. Popsaný model předpokládá kompletní konstrukci nové formy. Model obrobeného odlitku

Změřítkovaný odlitek - smrštění při chladnutí Zaformování odlitku - určení dělící roviny, jader Namodelování vtoků, nálitků a přetoků - určení tlakového stroje

Sestava rámu

Odečtení negativů do tvarových vložek Vyhazování

Normálie

Chlazení Odvzdušnění

Obr. 4.1 - Vývojový diagram návrhu formy na tlakové lití

Volby konceptu formy

- technologické přídavky

Negativ tvarů a vtokové soustavy

Hrubý odlitek


. .

.

Obr. 4.2 popisuje struktur sestavy celé formy. V nejnižší úrovni sestavy je model obrobeného odlitku. Ten vstupuje jako komponenta do souboru hrubého odlitku. Dále struktura pokračuje změřítkovaným odlitkem a souborem s celým tvarem a kompletní vtokovou soustavou – na obrázku označený jako tvar. Přímo do sestavy formy pak vstupují jako komponenty všechny ostatní díly rámu a normálie.

strana 27 4.1

forma - sestava tvar změřítkovaný odlitek hrubý odlitek obrobený odlitek díl rámu díl rámu

Obr. 4.2 - Struktura sestavy

4.1.1 Model obrobeného odlitku Nejčastější případ začátku návrhu vlastní formy. Data modelu se od zákazníka předávají v různých formátech. Například v případě, že obdržíme pouze výkresovou dokumentaci, je mnoho času věnováno právě na přípravu 3D dat. Další velmi často používanou cestou je předávání dat pomocí univerzálních 3D formátů jako IGES, Parasolid, STEP, SAT a podobně.

4.1.1

4.1.2 Model hrubého odlitku K datům obrobeného odlitku je třeba domodelovat přídavky na obrábění funkčních ploch a technologické přídavky. Pro technologické úkosy je již potřeba mít představu o dělící rovině.

4.1.2

Pro snadnější práci s výkresovou dokumentací je vhodné mít hrubý odlitek v jiném souboru než model opracovaného odlitku. Propojení obou modelů se provádí pomocí Wave Geometry Linker. Tato funkce nabízí připojení bodu, čáry, skicy, konstrukční roviny, plochy, regionu, tělesa a dalších prvků. Zde je pochopitelně nejvýhodnější připojit celé těleso a domodelovat na něm potřebnou geometrii.

Obr. 4.3 - Dialog WAVE Geometry Linker

strana 28


4.1.2

Obr. 4.4 – Lišty standardních modelovacích prvků Unigraphicsu

K této práci se používá standardních modelovacích prvků UG – Form Featur, Feature Operation a Edit Feature. Pokud používáme jako vstup data z některého univerzálního 3D přenosového formátu máme neparametrický prvek. K práci se neparametrickými modely je v Unigraphicsu část nazývaná Direct Modeling. Jsou zde například na zapozicování plochy, změnu velikosti plochy, opravu zaoblení, lokální scale a další. Všechny tyto funkce lze použít i na parametrické těleso a objeví se v modelovacím stromě jako běžný Obr. 4.5 - Menu Direct Modeling prvek. 4.1.3

4.1.3

Změřítkovaný odlitek Model hrubého odlitku je potřeba zvětšit o smrštění, které nastává pří chladnutí odlitku tak, abychom dostali požadované rozměry výrobku. Velikost smrštění je závislá na druhu použité slitiny a jeho velikost by měl konstruktér obdržet společně s podklady pro model odlitku. Většinou se smrštění provádí ve zvláštním souboru, do kterého je připojena geometrie hrubého odlitku a na té se použije příkaz Scale. Tento soubor se může vynechat pouze v případě, že není vyžadován výkres hrubého odlitku. V tomto případě se změřítkování provádí přímo v souboru hrubého odlitku V případě požadavku na nestejnoměrné změřítkování (např.

Obr. 4.6 - Dialogo příkazu scale

po simulaci lití) lze použít funkci Direct Modelingu – Local Scale.

Příkaz Scale v UG nabízí tři možnosti změřítkování modelu. Uniform – standardní změřítkování stejné ve všech osách Axisymetric – používá se pro rotační prvky kde lze nastavit zvlášť měřítko pro osu rotace General – v tomto typu se nastavuje měřítko pro každou osu


strana 29

4.1.4 Polohování a zaformování odlitku Pro rovnoměrné namáhání vodících sloupků je důležité, aby těžiště plochy průmětu odlitku (včetně vtokové soustavy) bylo v ose uzavíracího mechanismu licího stroje nebo co možná nejblíže.

4.1.4

UG má implementovaný nástroj Assemlby Weight Manager. Tento nástroj na základně nadefinované hustoty spočítá u libovolného objektu všechny jeho fyzikální vlastnosti jako například – objem, hmotnost, polohu těžiště, momenty setrvačnosti atd. Primárně je určen na zjišťování údajů v sestavách a lze do analýzy vybírat například jen některé komponenty. Protokol s výsledky se dá uložit do zvláštního souboru a dále s těmito hodnotami pracovat – příloha č.2 4.1.5 Namodelování vtoků přetoků Plocha průmětu odlitku a vtoků do dělící roviny je důležitou hodnotou pro výpočet uzavírací síly, průřezu připojení vtokové soustavy do vlastního odlitku a rychlosti licího pístu.

4.1.5

Pro určení plochy průmětu odlitku do dělící roviny je nejlepší si nejprve vytvořit siluetu odlitku v dělící rovině z křivek – pomocí příkazu Section Curve – zadává se těleso a plocha, kterou chceme provádět řez. Na výsledné křivky se použije příkaz Area Using Curves, z kterého dostaneme podobný výstup jako je v příloze č.2 Tvar připojení vtokové soustavy do odlitku je vhodné řešit jako User Define Featur viz. Kapitola 5.2 Pro modelování větvení vtokových kanálů je v UG funkce Transition – tento příkaz umí propojit různý počet profilů jednou plochou tečnou k definovaným plochám Obr. 4.8. Zelené plochy na obrázku jsou řídící pro tečnost výsledné modré plochy. Výstup této funkce jsou sice jen neuzavřené plochy ale toto naprosto dostačuje pro odečtení z formovacích desek pomocí příkazu Trim Body.

Obr. 4.7 – Dialog Section Curve

strana 30


4.1.5

Obr. 4.8 - Propojení kanálů příkazem Transition

4.1.6

4.1.6 Odečtení negativů do tvarových vložek V této chvíli je připraven celý model s vtokovou soustavou jako negativ. Do celého procesu konstrukce nyní vstupuje sestava vlastního rámů formy. Rám se skládá ze základních dílů (Obr. 2.9). Tyto základní díly by se v sestavě měli použít vždy, ale není to jediná možná konfigurace. Z technologických důvodů může sestava doznat výrazných změn. Například zvláštní deska na vtok nebo různé desky zlepšující teplotní poměry formy. Vlastní pozitiv modelu s vtokovou soustavou se odečte buď přímo do tělesa pevné a pohyblivé desky a nebo se používají ještě tvarové vložky. Tvarové vložky se používají z mnoha důvodů, ale tím nejvýznamnějším jsou samozřejmě finance. Je mnohem levnější vyrobit novou tvarovou vložku než celou formovací desku. Před odečtením je potřeba si připojit geometrii negativů odlitku a vtoků pomocí příkazu Wave Geometry Linker.

4.1.7

4.1.7 Odvzdušnění, vyhazování a chlazení Po odečtení negativů do tvarových vložek je potřeba spočítat a namodelovat odvzdušnění dutiny. Zbývá ještě chlazení a vyhazování, což jsou velmi rozsáhlé problematiky. Prvně se řeší poloha vyhazovačů, ale je potřeba brát ohled na polohu chladicích kanálů a dalších chladících prvků, které se používají. Pro namodelování odvzdušnění se opět používají běžné modelovací nástroje. Při vytváření chlazení lze s výhodou použít modulu Routing . Tento nástroj je přímo určen pro mechanická vedení. Nejprve se v sestavě nadefinují cesty v podobě čar. Tyto čáry se Obr. 4.9 - Lišta Routing Mechanical přeruší v místech, kde budou například napojení nebo na třeba jen změna profil. Na všechny tyto operace jsou zde zvláštní nástroje. Po připravení všech cest se dané segmenty osadí potřebnými tvary profilů. Routing obsahuje knihovnu nadefinovaných profilů, nebo lze vytvořit vlastní profil.


Vyhazování lze opět realizovat pomocí Wave Geometry Punker. Vyhazovač se nastaví v sestavě do požadovaného místa. Následně se do všech dílů, kterými prochází, připojí jeho geometrie a provede se odečtení.

4.2

Základní výpočty pro návrh formy

strana 31

4.1.7

4.2

Výpočty byly stanoveny na základě rozboru statických sil působících na hlavní díly formy vyvolaných licím tlakem tekutého kovu. Dynamické účinky jsou pro zjednodušení respektovány volbou součinitele bezpečnosti. Ve výpočtech předpokládám koncepci formy s tvarovými vložkami. Následující výpočty jsou kombinací výpočtu dle interní předpisu ČKD [7] a výpočtu z interní příručky Buehler AG. [8] a optimalizované pro používání v Unigraphicsu. 4.2.1 Stanovení velikosti a typu stroje Velikost uzavírací síly tlakového licího stroje závisí na druhu materiálu, jeho hmotnosti a celkovém uspořádání odlitku. Podle toho se volí i průměr licího pístu v závislosti na možnosti dostupných lisovacích strojů. Příloha č.1 obsahuje technické údaje stroje na tlakové lití včetně použitelných průměrů licího pístu.

Obr. 4.10 – Základní silové poměry na formě při plnění

Otevírací síla S ⋅ pL F= 100 Kde: F [kN] – otevírací síla S [mm2] – plocha odlitku v dělící rovině včetně vtoků a přetoků pL [Mpa] – tlak tekutého kovu při lisování – viz Tab. 4.1

4.2.1

strana 32 4.2.1


Určení plochy průmětu odlitku v dělící rovině v UG je popsáno v kapitole 4.1.5. příkazy Section Curve a Area Using Curves. Druh odlitku

Tlak pL [Mpa] Zn Al, Mg Cu 10 – 20 < 60 30 – 40 20 – 30 40 – 80 40 – 80 25 – 40 80 – 150 80 – 100 22 - 25

Odlitky jednoduché Odlitky složité Odlitky nepropustné Odlitky pro galvanické úpravy Poznámka: pro speciální účely užití odlitků se volí tlaky vyšší Tab. 4.1 - Tlak tekutého kovu při lisování

Uzavírací síla FU = kU ⋅ F Kde: FU [kN] – uzavírací síla ku – bezpečnostní faktor uzavírací síly F [kN] – otevírací síla Bezpečnostní faktor se volí ku=1,25 pro formy se šoupátky a ku=1,1 pro formy bez šoupátek. Dle vypočtené uzavírací síly se volí stroj s nejbližší vyšší hodnotou této síly. Rychlost licího pístu m vC = ρ ⋅ t ⋅ d m ⋅ 0.785 Kde: vc [m·s-1] – rychlost licího pístu m [g] – hmotnost odlitků včetně přetoků ρ [g⋅cm-3] – hustota tekutého kovu - 2,5 g/cm3 pro hliník t [s] – doba plnění formy taveninou dle Tab. 4.1 dm [mm] – průměr licího pístu 4.2.2

4.2.2 Plocha připojení vtokové soustavy Jedná se o připojení vtokové soustavy na vlastní odlitek. Kde: Sv [mm2] – plocha připojení vtokové soustavy mA [g] – hmotnost odlitků od připojení vtokové soustavy (odlitek včetně přetoků) ρ [g⋅cm-3] – hustota tekutého kovu - 2,5 g/cm3 pro hliník t [s] – doba plnění formy taveninou dle Tab. 4.1 v` [m⋅s-1] – rychlost pohybu taveniny v připojení vtokové soustavy se volí v rozsahu 4000 – 6000 [cm/s] (pro hliník)


Hmotnost odlitku se určí pomocí Assemlby Weight Manager. Tato funkce není omezena pouze na sestavy, ale funguje i na jednotlivé modely. Před jejím použitím je třeba nastavit hustotu použitého materiálu a jednotky Solid density. Toto může být také řešeno šablonou nového souboru. Převažující tloušťka stěny odlitku [mm] do 1,5 Do 1,8 Do 2,0 Do 2,3 Do 2,5 Do 3,0 Do 3,8 Do 5,0 Do 6,3

strana 33

4.2.2

Doba plnění formy taveninou [s] 0,01 – 0,03 0,02 – 0,04 0,02 – 0,06 0,03 – 0,07 0,04 – 0,09 0,05 – 0,10 0,05 – 0,12 0,06 – 0,20 0,08 – 0,30

Tab. 4.2 – Doby plnění formy taveninou

4.2.3 Stanovení velikosti formy Velikost formy je závislá především na počtu zaformovaných odlitků. V dělící rovině jsou přídavky na vložku asi 1,5 krát rozměru odlitku v daném směru. Stejný přídavek se počítá z vložky na formovací desku. Ve vertikálním směru se počítá výška vložky jako 3 krát výška odlitku. A formovací deska má výšku rovnu dvojnásobku výšky vložky.

4.2.3

Po návrhu velikosti formy je potřeba zkontrolovat, zda se nám navržená velikost rámu formy vejde do tlakového licího stroje. 4.2.4 Odvzdušnění a přetoky forem Odvzdušňovací kanály orientované do obrysu odlitku v dělící ploše nebo mezi pevným a pohyblivým dílem slouží k odvedení vzduchu a plynů z taveniny a dělících prostředků z dutin.

Doporučená hloubka kanálů na odvzdušnění je pro hliník a jeho slitiny 0,1 až 0,2. Plocha průřezu odvzdušnění by měla být stejná jako plocha připojení vtokové soustavy. Přetoky se ve formě zhotovují hlavně, aby zabránili nedolévání odlitku. Obvykle se umísťují do pohyblivého dílu a jsou na nich zpravidla umístěny vyhazovače. Tvar přetoků je uspořádán tak, aby umožnil vniknutí chladného materiálu do přetoku a přitom nezabraňoval úniku vzduchů a plynů z formy, tj. z přetoků.

4.2.4

strana 34


4.2.4

Objem přetoků činí přibližně 1/10 objemu odlitku. Přetoků se používá několik druhů. Na Obr. 4.11 je konstrukce přetoku doporučovaného firmou Buehler AG.

Obr. 4.11 - Přetok

4.2.5

4.2.5 Vyhazování odlitků z formy K vyhazování odlitků z formy se používají nejčastěji vyhazovače kruhového průřezu ale někdy se používají jiné průřezy. Obecně se vyhazovači opatřují všechny přetoky a vtoková soustava. Vždy je snaha aby měli co největší průměr. Důležité je rovněž rovnoměrné rozložení po ploše odlitku.

Kontrola vyhazovačů na vzpěr: Zatěžování vyhazovače odpovídá Obr. 4.12a platí že síla působící na vyhazovač nesmí být větší než síla kritická 2 E ⋅ Jz Fkr = (2π ) 2 lv Kde: Fkr [N] - kritická síla vzpěrné stability E [Mpa] - modul pružnosti v tahu Jz [m4] - kvadratický moment v ose z lv [m] - délka vyhazovače Obr. 4.12 Zatěžování vyhazovače 4.2.6

4.2.6 Chlazení forem Formu je nutné udržovat v provozní teplotě, která je různá podle druhu materiálu. Vlastní výpočet chlazení se provádí ve třech krocích: a) stanovení množství tepla Φ předaného formě za hodinu b) z návrhu formy se určí - teplo odvedené vyzařováním, komorou, pístem a strojem - teplo odvedené chladicími kanály formy


c) srovná se teplo přivedené formě taveninou a teplo odvedené z formy, přičemž forma by měla mít větší chladicí kapacitu, než je vypočtené přivedené teplo. Následující výpočty jsou pro hliník a jeho slitiny a jsou zjednodušeny. Množství tepla přivedeného formě taveninou Φ = mV ⋅ n ⋅ q Kde: Φ [kJ·h-1] – teplo přivedené formě taveninou mv [kg] – hmotnost jedné sady surových odlitků včetně vtoků a přetoků n [h-1] – počet sad vyrobených odlitků za hodinu q [kJ⋅kg-1] – množství tepla přivedeného formě Slitina q [kJ.kg1 ]

Al-Si 880

Al-Mg 790

Tab. 4.3 - Množství tepla předávaného formě taveninou

Přebytek přivedeného tepla, které se nevyužije k udržení formy v provozní teplotě, je nutné odvést. Toto teplo se odvede: a) vyzařováním (sáláním) b) odvodem do stroje c) chlazením plnící komory a pístu d) chladícím systémem formy e) jinými prostředky, například mazadly – ve výpočtu se zanedbává Vyzařování Tepelné ztráty způsobené vyzařováním z formy při lití Al slitin jsou asi 0,6000⋅106 kJ⋅cm-2⋅h-1. Odvod tepla strojem Při lití hliníku je možné počítat s intenzitou tepla přibližně 4 kJ⋅cm-2⋅h-1. Odvod tepla chlazenou komorou Je-li chlazení provedeno přímo na komoře, je intenzita vyzařování tepla přibližně 200 kJ⋅cm-2⋅h-1. Jsou-li chladící kanály navlečené v pouzdře na komoře, intenzita vyzařování tepla přibližně 60 kJ⋅cm-2⋅h-1 z chlazeného povrchu komory. Intenzita vyzařování tepla z chlazeného pístu je asi 4000 kJ⋅cm-2⋅h-1. Chladící systém formy Vzdálenost chladících kanálů od tvarové části nemá být menší než 1,5 násobek jeho průměru. Účinnost chlazení při vzdálenosti větší než dvojnásobek průměru se snižuje přibližně o 20%. Volba průměru kanálu a umístění kanálů se řídí tabulkou 4.4

strana 35 4.2.6

strana 36 4.2.6


Umístění chladícího otvoru Intenzita vyzařování tepla 1cm2 povrchu kanálu Vtoková část a protikužel (120 kJ⋅cm2 -1 ⋅h ) Tvarová část (60 kJ⋅cm2 -1 ⋅h ) Rám formy (30 kJ⋅cm2 -1 ⋅h ) Chlazení jader s vloženou trubkou (150 kJ⋅cm2 -1 ⋅h )

Intenzita vyzařování tepla odvedená 1 cm délky kanálu v kJ⋅h-1 podle průměru chladícího kanálu [mm]

8

9

10

11

12

14

14

15

300

340

375

410

450

490

530

565

150

170

185

205

225

245

265

280

75

85

90

100

110

120

130

140

375

425

470

520

565

610

660

705

Tab. 4.4 - Teplo odvedené 1 cm délky kanálu

4.2.7

4.2.7 Pevnostní výpočet hlavních částí forem V rámu jsou uloženy tvarové části formy, které přenášejí provozní ztížení. Zatížení rámu silou, která vzniká při plnění dutiny taveninou, pokládáme za spojité konstantní zatížení. Výpočet se dále zjednodušuje těmito předpoklady: rám je považován za prostý podepřený nosník uvažovaná napětí jsou v rozmezí Hookova zákona nejsou uvažovány tepelné vlivy zatížení je uvažováno jako statické

Výpočet rámu na pevnost Vzhledem k tvar průřezu jsou největší napětí tlaková o velikosti M σ max = o max Wo Kde: σmax [Mpa] - maximální napětí Mo max [Nm] - maximální ohybový moment Wo [mm3] - modul průřezu v ohybu Smykové napětí


Napětí je způsobeno posouvající silou T. Největší napětí je v neutrální ose. T ⋅ e2 τ max = 2 Kde: τmax [Mpa] - maximální smykové napětí T [N] - posouvající síla e [mm] - vzdálenost posouvající síly Pevnostní kontrola Pro kontrolu libovolné části nosníku se používá redukované napětí podle teorie maximální měrné potenciální energie na změnu tvaru. σ red = σ + 3 ⋅ τ 2 Kde: σred [Mpa] – redukované napětí σ [Mpa] – tlakové napětí τ [Mpa] - smykové napětí při čemž redukované napětí musí být menší nebo rovno napětí dovolenému σdov.. Velikost maximálního ohybového momentu se určí ze vztahu F ⎛ a ⎞ ⎡ a ⎞a ⎤ 1⎛ M o max = u ⎜ v1 + 1 ⎟ ⋅ ⎢u1 + ⎜ v1 + 1 ⎟ 1 ⎥ l ⎝ 2⎠ ⎣ 2⎝ 2⎠ l ⎦ je-li Obr. 4.13 - Silové poměry na rámu pro l − a1 u1 = v1 = pevností výpočet 2 pak je maximální ohybový moment uprostřed a vzorec se zjednodušuje : F M o max = u (2l − a1 ) 8 Kde: [Nm] - maximální ohybový moment Mo max Fu [N] - uzavírací síla stroje l, a1, u1, v1 [mm] – dle Obr. 4.13

Výpočet rámu na tuhost Dle předchozího vzorce je maximální průhyb y uprostřed náhradního nosníku (za předpokladu že u1 = v1) y = y M + yT Kde : y [mm] - maximální průhyb yM [mm] - průhyb od momentového zatížení yT [mm] - průhyb od smykového zatížení

strana 37 4.2.7

strana 38 4.2.7


Průhyb od momentového zatížení F ⎡ a 2 ⎛ a ⎞⎤ y M = u ⎢l 3 − 1 ⎜ l − 1 ⎟⎥ 48 EI ⎣ 2 ⎝ 4 ⎠⎦ Kde: yM [mm] - průhyb od momentového zatížení Fu [N] - uzavírací síla stroje E [Mpa] - modul pružnosti v tahu I [m4] - moment setrvačnosti plochy l, a1, [mm] – dle Obr. 4.13 Průhyb od smykového zatížení Fu ⎡ a1 ⎤ yT = 1− ⎥ 4GS F ⎢⎣ 2⎦ Kde: YT [mm] - průhyb od smykového zatížení Fu [N] - uzavírací síla stroje G [Mpa] - modul pružnosti ve smyku I [m4] - moment setrvačnosti plochy SF [mm2] - plocha tvarových vložek a1 [mm] - dle Obr. 4.13 Při čemž maximální průhyb musí být menší nebo roven dovolenému průhybu ymax ≤ ydov Úhel natočení střednice nosníku v radiánech v místě podpory se počítá: F βFu ϕ = u (3l 2 − a12 ) + 48EI 2GS F Kde: φ [rad] - úhel natočení střednice nosníku v místě podpory Fu [N] - uzavírací síla stroje E [Mpa] - modul pružnosti v tahu I [m4] - moment setrvačnosti plochy l, a1, [mm] - dle Obr. 4.13 β [-] - součinitel respektující rozložení smykových napětí v průřezu β = 1,2 G [Mpa] - modul pružnosti ve smyku SF [mm2] - plocha tvarový vložek Výpočet tlaku v dělící rovině formy F σ tl1 = u SF Kde: σtl1 [Mpa] - napětí na styčných plochách hlavních dílů při uzavření formy bez lití Fu [N] - uzavírací síla stroje SF [mm2] - plocha tvarový vložek


σ tl 2 =

Fu −

4.2.7

FL S SL

SF

Kde: σtl2 [Mpa] lití Fu [N] SF [mm2] FL [N] SL [mm2] S [mm2]

- napětí na styčných plochách hlavních dílů při uzavření formy při - uzavírací síla stroje - plocha tvarový vložek - licí síla stroje - plocha licího pístu - plocha průmětu odlitku včetně vtoků a přetoků do dělící roviny

pL [Mpa] < 10 10 – 30 > 30 Tab 4.5 - Závislost napětí σtl2 na tlaku pL

strana 39

σtl2 [Mpa] 2–6 4 -12 6 -25

strana 40

5

5. Praktické řešení zvolené skupiny a optimalizace postupu v CAD

5 PRAKTICKÉ ŘEŠENÍ ZVOLENÉ SKUPINY A OPTIMALIZACE POSTUPU V CAD Další řešení předpokládá použití běžných prostředků Unigraphicsu. To znamená, že nebude využito programové prostředí UG Open Grip, které umožňuje pomocí programovacího jazyka prakticky neomezeně ovládat Unigraphics.

5.1

5.1

Rozbor koncepce

Popsaná koncepce je rozdělená na dvě části. V první části přípravy formy se pracuje na tvarové části formy včetně vtokové soustavy. V druhé části vstupuje do konstrukce vlastní rám. Pro optimalizaci koncepce je nutné vybrat kroky, které se neustále opakují, a lze je s použitím dostupných prostředků UG alespoň částečně zautomatizovat tak, aby došlo ke zkrácení času potřebného na tvorbu dokumentace formy. V první části koncepce práce úzce souvisí s vlastním odlitkem. Tato část je velmi jednoduchá na používání funkcí a práci s modelem, a proto zde není potřeba zavádět do postupu pomocné prvky. První složitější problematikou ve které se objevují opakující se prvky je modelovaní negativu vtokové soustavy. 5.2

5.2

Uživatelsky definovaný prvek - UDF

User define features je funkce UG umožňující si nadefinovat libovolný tvar, ten pak uložit do samostatného souboru a zařadit ho do knihovny uživatelsky definovaných prvků. Tyto prvky pak lze vkládat do libovolného modelu a pracovat s nimi obdobným způsobem jako s běžnými prvky UG (například díra nebo vybrání). Tuto funkci lze využít pro připravení připojení vtokové soustavy a přetoků, což je v této práci podrobněji řešeno a v kapitole 5.2.1 a digitální data modelů jsou součástí příloh. 5.2.1

5.2.2

5.2.1 Zásady při modelování prvků pro UDF • Vhodná volba souřadného systému. • Výběr vhodných proměnných kterými se řídí rozměry modelu a které budou nadefinovány jako uživatelsky editovatelné. • Modelování se začíná tvorbou tří fixních konstrukčních rovin. Tyto se pak použijí jako externí reference pro polohování objektu při vkládání. V závislosti na typu definovaného objektu se mohou ovšem referenční objekty měnit. • Při modelování se nesmí používat absolutní odkazování ale pouze relativní. Jinak by mohlo dojít ke zhroucení modelu při vkládání pokud by byl souřadný systém orientován jinak než v modelu. Například při definici vektoru vytažení skici nepoužívat vektor x, ale například normálu nějaké plochy. 5.2.2 Připojení vtokové soustavy na rovinné ploše Rovinné naříznutí je připojení vtokové soustavy na odlitek v rovinné ploše. Prvek bude namodelován jako pozitiv, který se pak společně s celou vtokovou soustavou a vlastním odlitkem odečte do tvarových vložek.


Polohu souřadného systému vůči objektu. Ve vertikální poloze to bude poloha dělící roviny a v rovině x,y to bude střed čela naříznutí dle obrázku 5.1 .

V dalším kroku je potřeba vybrat co možná nejmenší počet řídících proměnných pro daný model. Pro připojení vtokové soustavy to bude určitě jeho plocha Sv a druhý rozměr může být například výška naříznuti c. Všechny další neznámé musejí být vyjádřeny jako funkce těchto dvou proměnných u rozměrů, které se mají měnit a nebo jim zvolit vhodný neměnný rozměr. Pokud máme danou plochu a jeden rozměr, můžeme dopočítat druhý rozměr dle obrázku 5.3. je tedy plocha

⎡ tg15° 75° ⋅ π ⎞⎤ ⎛ 1 − − Sv = c ⋅ a − ⎢2 ⋅ c2 ⎜ ⎟ 2 360° ⎠⎥⎦ ⎝ cos15° ⎣

Obr. 5.1 – Tvar připojení vtokové soustavy na odlitek

⎡ tg15° 75° ⋅ π ⎞⎤ ⎛ 1 Sv + ⎢2 ⋅ c 2 ⎜ − − ⎟ 2 360° ⎠⎥⎦ ⎝ cos15° ⎣ a= c odtud šířka připojení vtokové soustavy Obr. 5.2 - Plocha naříznutí

Plocha kanálu SK bývá asi 1,5 až 2,5 krát zvětšena oproti ploše naříznutí. Odtud dostáváme dle obrázku 5.3 S K = 2 ⋅ SV Dále platí, že CB ≅ 2 ⋅ CT

Díky doporučenému rozmezí poměrů plochy naříznutí a kanálu, můžeme zanedbat zaoblení u kanálu a pro jeho plochu dostáváme vztah Obr. 5.3 - Plocha kanálu 2 S K = CB ⋅ CT − CT ⋅ tan 15°

strana 41 5.2.2

strana 42 5.2.2


2 ⋅ SV = 2 ⋅ CT 2 − CT 2 ⋅ tan 15° CT =

2 ⋅ SV 2 − tan 15°

Vlastní model Model připojení vtokové soustavy je v příloze. Dále v textu je uveden způsob vytváření a používání UDF. Nejdřív se nadefinují řídící proměnné do tabulky Expressions. V tabulce je použita proměnná A – tato je pouze část vzorce, který popisuje zmenšení plochy připojení vtokové soustavy úkosem a rádiusem.

Obr. 5.4 - Tabulka nadefinovaných proměnných

Na začátku modelování jsou vytvořeny výše zmíněné tři fixní konstrukční roviny. Základem modelu jsou tři skici, ze kterých je vytažen objem a následně průnikem vytvořen vlastní tvar. Při všech operacích se používají uživatelem nadefinované proměnné. První skica sketch_000 je pohled z boku na části, která zasahuje do pevné vložky.Před založením první skici je třeba si vytvořit 3 fixní prvky – Datum Plane, které budou následně použity jako externí reference při definování UDF. V modelu se nesmí dále vyskytovat žádné další fixní prvky.

Obr. 5.5 - Strom modelu rovinného naříznutí


strana 43

5.2.2

Tato skica je vytažena funkcí Extrude(7) souměrně do obou stran v rozsahu ±(Sv+A)/(c*2) . Druhá skica sketch_001 je orientována jako pohled shora. Geometrie je souměrná podle osy x a je použito zrcadlení skici. Levá část je přichycena pomocí geometrických podmínek ke konci tělesa z předchozího kroku. Délkový rozměr 3*ct vychází s požadavku na uklidnění taveniny v kanále po změně směru, kdy se Obr. 5.6 - Sketch_000 část zasahující tvoří rovný úsek o 1,5 násobku hloubky do pevné vložky kanálu. Skica sketch_001 je řídící geometrií pro Extrude(9,) který se opět tahá na obě strany v rozsahu –c (horní část) a ct (hloubka kanálu). Při tvoření Extrude je důležité nastavit proměnné Boolean tak, aby došlo pouze k vytvoření tělesa, nesmí se připojit k prvnímu tělesu.

Obr. 5.7 - Sketch_001 pohled shora

Třetí skica Sketch_002 – pohled z boku na dolní část vyústění a kanál, který se odečte do pohyblivé vložky. Přední část je nadefinovaná pomocí kót dle obrázku 5.9, zadní část je přichycena pomocí geometrických podmínek k tělesu vzniklému prvkem Extrude(9). Extrude(11), který je vytvořený z této skici. Má nastavené 5.8 - Sketch_002 pohled z boku dolní část a stejné limity jako Extrude(7) a opět se Obr. kanálu jenom vytváří další těleso, s ničím se nesčítá. Následuje vytvoření průniků ze všech tří těles. Operace je udělána ve dvou krocích, při čemž v prvním kroku je potřeba nastavit Intersection tak, aby zachoval těleso, kterým bylo odečítáno, pro druhý krok na zbývajícím tělese. Výsledný tvar je na Obr. 5.9 a je složen ze dvou těles, Obr. 5.9 - stav modelu po provedení obou Intersection

strana 44 5.2.2


horní menší zasahuje pouze do pevné tvarové vložky a větší spodní díl zasahuje pouze do pohyblivé tvarové vložky. Na tomto obrázku je také dobře vidět umístění souřadného systému. Pro zaformovatelnost jsou důležité úkosy. Vytvořeny jsou na obou tělesech a mají hodnotu 15° - Taper(14) a Taper(15) . Zkoseny jsou vždy plochy orientované podél osy x. Na plochách ve směru y se počítá s napojením další geometrie. Zaoblení je provedeno dle obrázku Obr. 5.10 a Obr. 5.11. Poslední funkcí je sjednocení obou částí. Obr. 5.10 - Zaoblení naříznutí zasahující do pevné vložky

Tento model je plně použitelný pro běžný rozsah používaných připojení vtokové soustavy. Doporučené rozmezí výšek připojení je 0,7 – 2 mm.

Obr. 5.11 - Zaoblení naříznutí zasahující do pohyblivé vložky

Definice UDF Tools – User Define Feature – Wizard Definice se provádí pomocí několika kroků v průvodci definice. Nejprve se nadefinuje knihovna, do které se budou prvky ukládat – pole Library. Následuje vytvoření náhledu, který bude použit v knihovně, jméno prvku a jméno souboru, ve kterém bude prvek uložen.

Obr. 5.12 - UDF Wizard - Definition


strana 45 5.2.2 5.2.2

Následuje výběr modelovacích prvků, které chceme zařadit do UDF. Tento krok je zde pro výběr části geometrie z velkého modelu. V našem případě můžeme přiřadit všechny prvky, kromě prvních fixních konstrukčních ploch. Tyto budou použity jako externí reference. Při výběru v pravém oknu se nám barevně selektují i odpovídající části modelu. Obr. 5.13 - UDF Wizard - Features

Definice uživatelem editovatelných proměnných. Zde se vybírají proměnné, které lze nastavovat při vkládání UDF. V pravém okně jsou vypsány všechny proměnné souboru a jsou rozděleny podle prvků, které je používají. Vybrány budou pouze dvě a to Sv – plocha nříznutí a c – výška připojení vtokové soustavy. Ještě je zde možné nastavit pro vybranou proměnnou rozsah hodnot. Obr. 5.14 - UDF Wizard - Expressions

Toto okno obsahuje seznam všech externích referencí pro prvky, které mohou být vyřešeny při vkládání UDF. Jedná se o reference, které nám zajistí polohování prvku při vkládání. Automaticky jsou zde nabídnuty entity, které model potřebuje pro své přesné určení. To, co zde bude nabídnuto jako externí reference, je svázáno s výběrem v okně Features. Zdvojené entity jsou při vkládání automaticky nadefinovány společně a lze je proto z tohoto kroku Obr. 5.15 - UDF Wizard - References vypustit.

strana 46


5.2.2

V posledním kroku se zobrazí souhrnné informace o definici, kde jsou zaznamenány všechna nastavení. Tato zpráva se dá vyexportovat do textového souboru pro další evidenci.

Obr. 5.16 UDF Wizard - Summary

5.2.3

5.2.3 Připojení vtokové soustavy na válcové ploše Jedná se o obdobný prvek jako naříznutí na rovinné ploše. Připojením na válcovou plochu zde ovšem vznikají některé odlišnosti. Model má střed souřadného systému ve středu válcové plochy ke které se připojuje a samozřejmě v dělící rovině. Řídící proměnné budou R – poloměr válcové připojovací plochy a plocha naříznutí, což je důležitý rozměr při návrhu. Naříznutí bude mít opět stejný tvar plochy jako na Obr. 5.2 stejně jako plocha kanálu na Obr. 5.3. Vlastní tvar válcového připojení vtokové soustavy je na Obr. 5.17.

Obr. 5.17 - Tvar válcového naříznutí

Rozměr a [mm] se počítá jako délka kruhové výseče

2πRα 2πR 60 πR = = a= 360 360 3 Tím dostáváme druhý rozměr a můžeme si z odvozeného vzorce pro plochu vyjádřit výšku naříznutí jako funkci obsahu plochy a poloměru. Plocha připojení 1 tg15 75 ⋅ π ⎞⎤ vtokové soustavy Sv [mm2] πR ⎡ 2⎛ − 2⋅c ⎜ − − Sv = c ⋅ ⎟ 3 ⎢⎣ 2 360 ⎠⎥⎦ ⎝ cos 15

pokud si zavedeme tg15 75 ⋅ π ⎞ ⎛ 1 − − A=⎜ ⎟ 2 360 ⎠ ⎝ cos 15 pak po úpravě dostáváme vztah pro c [mm] vyjádřený jako funkce Sv a R


πR

−

5.2.3

πR

− 8 ⋅ Sv ⋅ A 3 4⋅ A Plocha kanálu zůstává stejná jako u připojení vtokové soustavy na rovinné ploše v kapitole 5.2.2 Připojení vtokové soustavy na rovinné ploše. c= 3

strana 47

Obr. 5.18 - Tabulka nadefinovaných proměnných

Definice uživatelských proměnných . Na Obr. 5.18 je tabulka nadefinovaných výrazů. Proměnné R a Sv budou použity jako řídící při definici UDF. A je pomocná proměnná vyjadřující zmenšení plochy připojení vtokové soustavy vzniklé úkosem a zaoblením. Položka c je výška naříznutí a ct je výška kanálu. Modelování začíná tvorbou fixních konstrukčních rovin. Následuje první skica sketech_000, je orientovaná v rovině x-y a slouží jako trajektorie pro tažení profilů. Poloměr odpovídá ploše pro připojení vtokové soustavy. Kružnice je v ose x přerušena. V tomto místě bude vytvořen profil, který budeme po této trajektorii táhnout. Dvě pomocné čáry pod úhlem 30° stupňů vymezují budoucí šířku naříznutí a budou použity pro zapozicování dalších skic.

Obr. 5.20 - Strom modelu válcového naříznutí

Obr. 5.19 - Sketch_000 - trajektorie pro tažení

Následuje tvorba skici horní části tvaru sketech_001. Je položena kolmo na předchozí rovinu. Obr. 5.21 je v mírné perspektivě tak, aby byla vidět poloha vůči předchozí části. Sweep(11), Obr. 5.21 - Sketch_001 - horní část profilu naříznutí

strana 48 5.2.3


Sweep(12) je tvorba taženého profilu pomocí předchozí dvojce skic. Po vytvoření Sweep(12) je tento sjednocen s Sweep(11). Sketech_002 tvoří tvar připojení vtokové soustavy. Geometrie odpovídá používaným zvyklostem. Skica je souměrná a proto je na ní opět použito zrcadlení Obr. 5.22. Tato skica bude vytažena do horní části o c – výška naříznutí a dolů o ct výška kanálu.

Obr. 5.22 - Sketch_002 - tvar naříznutí

Sketech_003 tvoří spodní profil a je tažena po trajektorii z první skici. Jelikož je tato geometrie vytvořená tažením po kružnici, je třeba ještě zarovnat čelo kanálu – Extrude(26). Tomuto kroku předchází vytvoření průniků ze všech tvarů – Obr. 5.24

Obr. 5.23 - Sketch_003 - dolní profil

Úkosy jsou na tomto modelu vytvořeny stejně jako na modelu rovinného naříznutí. O něco složitější je tu situace se zaoblováním Blend(29) má velikost - round(2*c) jelikož z výpočtu vychází hodnota c jako desetinné číslo je potřeba jej zaokrouhlit. Při zadávání hodnoty v Unigraphicsu lze přímo používat Obr. 5.24 některé základní matematické zaoblením funkce. Round zaokrouhluje na

Stav modelu před úkosováním a


strana 49

celé číslo.

5.2.3

Blend(30) – má hodnotu if(round(c)>c)(if(round(c0.5)=0)(0.5)else(round(c-0.5))) else(round(c)) Tato podmínka řeší zaokrouhlování čísla c jenom dolů a omezuje nejmenší poloměr na 0,5 mm, Jedná se o dvě vnořené podmínky. V tomto místě je snaha o co největší poloměr zaoblení, ale tento nesmí být větší než výška naříznutí a proto je zde takto složitý výraz. Blend(31) – má hodnotu ct Blend(32) – má hodnotu ct. Tyto dvě zaoblení sice mají stejnou hodnotu ale nelze je Obr. 5.25 - Zaoblení horní části nadefinovat naráz, protože při určité konfiguraci válcového naříznutí vstupních proměnných se dotýkají a systém je nedokáže spočítat naráz. Blend(33) – má hodnotu round(ct/3.) Hodnota je zaokrouhlena proto abychom dostali zaoblení jako celé číslo.

Obr. 5.27 - Model naříznutí na válcové ploše

Obr. 5.26 - Zaoblení dolní valcového naříznutí

části

Definice UDF Provádí se naprosto stejně jako v případě rovinného připojení vtokové soustavy viz kapitola 5.2.2 • Definition – Library – Name – Válcové naříznutí – Part name – nariz_val • Features – všechny modelovací prvky kromě tří fixních konstrukčních rovin • Expressions – R – poloměr válcové plochy Sv – plocha naříznutí • Reference – tři konstrukční roviny • Sumary

strana 50


5.2.3

Tento model je plně funkční od poměru poloměr/plocha v hodnotě 2:1, který odpovídá výšce naříznuti asi 0,55mm až do hodnot přesahující poměr 1:3 – 3 mm, což je plně dostačující rozsah. Doporučený rozmezí pro výšky naříznu firmy Buehler je 0,7 – 1,7 mm .

5.2.4

5.2.4 Model přetoku s odvzdušněním Koncepce přetoku je dána následujícím obrázkem: Z Obr. 5.29 je patrné že model přetoku bude mít čtyři editovatelné proměnné: bu – šířka kanálku cu – hloubka přetoku lo – délka odvzdušnění du – průměr vyhazovače

Obvyklá hloubka přetoku je od 6 do 18 milimetrů. Modelování odpovídá postupům v předchozích kapitolách. Tří fixní konstrukční roviny x-y, x-z, a y-z. Následuje Sketech_000 v rovině x-z Obr. 5.29 - Koncepce přetoku

Obr. 5.28. Profil je vytažen souměrně na obě strany o ±bu/2. Dále je v této skice vytvořena pomocná čára začínající ve středu spodního zaoblení a vedena kolmo k dělící rovině. Tato bude později použita k polohování nálitku nad vyhazovač.

Obr. 5.28 - Sketch _000 - profil přetoku Obr. 5.30 přetoku

-

Strom

modelu

Další skica Sketech_001 tvoří žebro pod připojovací geometrií. Toto žebro je nadefinované koncem spodního zaoblení a vzdáleností 1milimetr od čela připojení. Tato část se tvoří proto, aby při vyjímání odlitku z formy zůstal přetok připojen k odlitku. Obr. 5.31 - Sketch_001 - žebro pod připojením


Šířka této části je definována souměrným vytažením do vzdálenosti ±bu/6. Sketech_002 definuje tvar vlastního připojení přetoku k odlitku. Tato geometrie je velmi podobá stejnému místu u předchozích modelů. V další části se modeluje nálitek nad vyhazovač. Nejprve se vytvoří konstrukční rovina z plochy odpovídající dělící rovině. Ta se vytváří proto, aby se mohl prvek Boss(10) zorientovat, jakoby do modelu a bude nadefinován tak, že bude procházet celým modelem. Pokuď by se vytvořil přímo na ploše solidu, tak nám Unigraphics nedovolí otočit jeho vektor směrem do solidu. Výška tohoto prvku je pak cu+2 a Obr. 5.32 - Sketch_002 - připojení jeho poloho odpovídá pomocné čáře ve přetoku k odlitku Sketch_000. Úkosy Taper(11) až Taper(14) jsou na všech vertikálních plochách kromě čela připojení a konce odvzdušnění. Všechny mají hodnotu 15°, pouze válcová plocha nad vyhazovač má úkos 2°. Po vytvoření úkosů lze model sečíst do jednoho objemu Unite(15).

Obr. 5.34 - Zaoblení dolní části přetoku

Blend(16) – cu/2 Blend(17) – 6 mm Blend(18) – 1 mm Blend(20) – 0,5 mm Blend(21) – 0,5 mm

Obr. 5.33 - Zaoblení vrchní části přetoku

strana 51 5.2.4

strana 52

5.2.5


5.2.5 Používání UDF K UDF se přistupuje stejně jako k běžným konstrukčním prvků. Lze je nalézt v menu Tools – User Define Featur – Insert, nebo je lze pro rychlejší volání nastavit do popup menu (standardně na pravé straně), stejně jako je například Part Navigator nebo Asembly Navigator. Pro vkládání stačí jednoduše vybrat požadovaný model a objeví se vlastní vkládací okno s editovatelnými proměnnými a malé náhledové okno modelu, kde se vybarvují plochy odpovídajících externích referencí. Viz Obr. 5.36 až Obr. 5.38. Obr. 5.35 - Okno vkládání UDF

Obr. 5.38 - Dialogové okno rovinného naříznutí

Obr. 5.37 - Dialogové okno rovinného naříznuti Obr. 5.36 - Dialogové okno přetoku

5.3

5.3

Parametry řízený model sestavy rámu

V následující kapitole bude popsán postup přípravy rámu formy. Základem se stal katalog Rámu forem pro tlakové lití firmy DME. Firma DME se zabývá dodáváním připravených desek pro rámy a společně s firmou HASCO, která má obdobné zaměření, jsou největšími dodavateli v oboru. Katalog je zpracován


v širokém rozsahu rozměrů rámů. Rozměry desek jsou v rozsahu od 250x250mm až do velikosti 600x900 mm 5.3.1 Datová struktura modelu Daná problematika vyžaduje zpracování rozměrů pomocí tabulky. Zde budou uloženy všechny rozměry a z těchto se bude vybírat nejvhodnější. Unigraphics umožňuje přistupovat k externí tabulce několika způsoby. Nejvhodnější je použít funkci Part Families, která přímo z Unigraphicsu spustí externí tabulkový procesor – Excel, a předá mu řízení systému. Tato funkce však nebude využívána přesně, jak je navržena pro modelování, ale bude využita jen jedna její vlastnost – volba Apply Value – kdy dochází k předání vybraných dat přímo do tabulky modelovacích výrazů - Expressions. A odtud jimi lze řídit model.

soubor sestavy Expressions tabulka dat Interpart Expression Interpart Expression

Pevná formovací deska Interpart Expression

Interpart Expression Interpart Expression

Pohyblivá formovací deska

Interpart Expression

Interpart Expression Stolička

Obr. 5.39 - Tok dat v sestavě rámu

Všechny proměnné rozměry jsou v tabulce Excelu uložené v souboru sestavy. Odtud se vybrané hodnoty předávají do modelovacích výrazů Expression. Pomocí Interpart Expression se rozměry dostávají k jednotlivým dílům sestavy. Pořadí modelů je následující: 1. Pevná formovací deska 2. Pohyblivá formovací deska 3. Rozpěrka 4. Upínací deska 5. Distanční kroužek 6. Opěrná vyhazovací deska 7. Kotevní vyhazovací deska 8. Vodící sloupek

strana 53 5.3

5.3.1

strana 54


5.3.1

9. Pouzdro sloupku 10. Vodící kolík 11. Pouzdro vodícího kolíku První díl – pevná formovací deska – si načte všechny potřebné rozměry, které definují kompletně její geometrii. Následující díl pohyblivá deska si načte ze souboru pevné desky všechny rozměry které mají společné a zbylé si načte ze souboru sestavy. Následující díly vždy nejprve načtou společnou geometrii od předcházejících dílů a scházející rozměry berou ze souboru sestavy. Pokud se rozměr opakuje ve více dílech načítá se vždy z toho nejbližšího. Samozřejmě by šlo veškerá data načítat jen ze souboru sestavy kde jsou všechny ale problémem se pak stává editace těchto dat. V množství rozměrů, které se v sestavě mění je velmi obtížná orientace. Tento datový model umožňuje snadnější přístup ke změně rozměrů. Má-li být například změněna poloha jednoho sloupku, provede se oprava polohy díry v pevné desce a tato změna se pak projeví ve všech dílech – navzájem si ji předají.

5.3.2

5.3.2 Zpracování dat v Excelu Pro propojení dat mezi Excelem a vlastním modelovacím prostředím je nejprve nutné v souboru sestavy nadefinovat uživatelské proměnné. Názvy proměnných jsou z velké části převzaty z katalogu DME. Po nadefinování uživatelských proměnných je potřeba je přidat do Excelovské tabulky Part Families. Po vyvolání funkce se objeví dialogové okno Obr. 5.42. V horním okně jsou vypsány všechny proměnné, do spodního okna přidáváme ty, které budou tvořit sloupce v budoucí tabulce. Tlačítkem Create se pak vytvoří Excelovská tabulka, která je součástí souboru Obr. 5.40 - Tabulka Expressions souboru sestava sestavy.

Vytvořená tabulka je orientována do řádků, to znamená, že se vybírá řádek dat který bude předán do Expressions. Z důvodu velkého množství rozměrových variant je využito Excelu jako vstupního formuláře pro výběr vhodného rozměru rámu. Do tabulky je přidán schématický obrázek rámu s popisy a ovládacími prvky pro selekci vhodného rozměru Obr. 5.41. Na obrázku vpravo je nabídka Part Fasmilies, která v sobě mimo jiné možnosti, také obsahuje položku Apply value. Vše co je na 2. řádku se předává do Expressions. Pod tímto řádkem jsou ovládací rozbalovací menu. Rozměry jsou uloženy na druhém listě. Ovládací rozbalovací menu jsou nadefinovány tak, že mají oblast z které berou položky a buňku – ukazovatel –


strana 55

ve které se zobrazí číslo řádku z nadefinované oblasti. Toto vše je na druhém listě. Na prvním listě se pak pomocí funkce Vyhledat a Index vybírá vhodná položka.

Obr. 5.41 - První list tabulky Part Families Obr. 5.42 - Part Families

Obr. 5.43 - Druhý list Part Families

5.3.3

strana 56 5.3.3


5.3.3 Modely součástí rámu Všechny modely mají společnou polohu souřadného systému. Na začátku všech jsou tři ortogonální konstrukční roviny a pro snadnější orientaci je rovina x-z obarvena žlutou barvou. Roviny jsou v sestavě použity pro ustavení pozice.

Pevná formovací deska Soubor má název D11 dle katalogu. Modelování začíná skicou která vytváří vlastní objem desky. Její rozměry jsou řízeny proměnnými dle Obr. 5.46. Skica je vytažena ve směru +z do požadované výšky desky. Následuje vytvoření díry s válcovým zahloubením pro vodící sloupek a jeho pouzdro. Použito je pole. Poslední Obr. 5.44 - Pevná formovací deska D11

část vytváří vybrání v rohu desek, které slouží pro snadnější manipulaci s deskami. Vybrání má konstantní výšku 10 milimetrů.

Na Obr. 5.47 je tabulka Expressions. Zde je vidět, jak funguje Interpart Expressions . Například položka D3, která definuje průměr hlavy sloupku, má v poli Formula zapsán výraz - sestava::D3 – tento výraz znamená, že se ze souboru sestava načítá položka D3. V poli Value je pak její aktuální hodnota. Poslední pole obsahuje pouze komentáře pro zpřehlednění.

Obr. 5.45 - Modelový strom pevné formovací desky


strana 57 5.3.3

Obr. 5.46 - Sketch_000 pevné formovací desky D11

Obr. 5.47 - Expressions pevné formovací desky D11

Pohyblivá formovací deska Nese označení D10. Tělo jo opět vytvořeno vytažením skici. Zde je tažení provedeno ve směru –z tak, aby byl zachován jednotný souřadný systém mezi formovacími deskami. Otvory pro sloupky mají ze spodu válcové zahloubení pro vložení pouzder. Další díry ze spodu desky slouží k sešroubování pohyblivé desky spolu ze stoličkou a upínací deskou. Jsou opatřeny závity. V tomto místě je třeba řešit změnu Obr. 5.48 - Pohyblivá formovací deska D10 počtu děr v závislosti na velikosti. U větších rozměrů jsou desky opatřeny šesti dírami. Na toto se použije funkce Supress By Expression. Pokud je nastavena na 0 tak je prvek potlačen a pokud má hodnotu 1 zůstává zobrazen. Nastavení 0 nebo 1 je uděláno pomocí podmínky IF(R>95)(1)ELSE(0) – pokud je rozměr R větší jak 95 tak je nastavena 1 - jinak 0. Na Obr. 5.49 je tabulka výrazů modelu. Dle datové struktury zde dochází k načítání části proměnných ze souboru desky D11. Jedná se o rozměry desky v rovině x-y, polohu a velikost otvorů pro vodící sloupky. Ostatní proměnné které Obr. 5.49 - Expressions pohyblivé ještě nebyli použity jsou načteny ze formovací desky D10 soubory sestava.

strana 58 5.3.3


Stolička Stolička je uložena v souboru s názvem D30. Základem je skica na konstrukční rovině posunuté ve směru –z o hodnotu výšky desky D10. V celé sestavě rámu je stolička použita dvakrát. Vzhledem k její souměrnosti stačí jeden model. Ve tvaru jsou průchozí díry pro šrouby spojující kotevní desku stoličku a pohyblivou formovací desku. Z desky D10 se načítá proměnná definující její výšku a proměnné polohy a velikost děr pro šrouby. Zbylé rozměry jsou ze souboru sestava. Obr. 5.50 - Stolička D30

Kotevní deska Kotevní deska je ze skici na konstrukční rovině posunuté o výšku pohyblivé desky a stoličky ve směru –z. Označená je D03. Na krajích jsou díry pro šrouby s válcovou hlavou, na středu díry s válcovým zahloubením pro vodící kolíky vyhazovacích desek.

Obr. 5.51 - Kotevní deska D03

Distanční kroužek Distanční kroužek SB. Kroužek má pevné rozměry – průměr 16 mm a výšku 4 mm. Z desek D10 a D30 si bere rozměr jejich výšek. Rozměry pro polohu se načítají ze souboru sestava.

Obr. 5.52 - Distanční kroužek SB


strana 59 5.3.3

Opěrná vyhazovací deska Opěrná vyhazovací deska D50. Její spodní hrana je ve vzdálenosti o součet výšek pohyblivé formovací desky D10 a výšky stoličky D30, od které je odečtena výška distančního kroužku 4 mm. Tyto rozměry jsou načítány z příslušných souborů. Otvory v rozích jsou pro šrouby, kterými se spojují obě vyhazovací desky. Více ke středu od nich jsou malé závitové díry M4 pro přidělání distančních kroužku SB. Největší díry jsou pro vodící kolíky vyhazovacích desek. Jsou vyrobeny s osazením pro pouzdra vodících kolíků. Dále se připojují rozměry pro velikost a pozici vodících Obr. 5.53 - Opěrná vyhazovací kolíků a šroubů z kotevní desky D03. Ze souboru deska D50 distančního kroužku SB to jsou potom hodnoty na polohu děr pro příslušné šrouby. Vodící vyhazovací deska Vodící vyhazovací deska D40. Její vertikální pozice je vztažena k její spodní ploše. Je získána jak součet výšek pohyblivé formovací desky D10 a stoličky D30, od kterých je odčtena výška distančního kroužku SB a opěrné vyhazovací desky D50. Všechny rozměry jsou načteny z opěrné vyhazovací desky D50. Pouze hodnota výšky této desky je ze souboru sestava. Obr. 5.54 - Vodící vyhazovací deska D40

Vodící sloupek Vodící sloupek je označen FSN. Je vložen skrz pevnou formovací desku a při zavřené formě prochází skrz obě fomovací desky. V pohyblivé fomovací desce je uložen v kluzném pouzdru. Rozměry hlavy, horní části a polohy vůči souřadnému systému se načítájí ze souboru pevné formovací desky D11. Délka spodní části odpovídá výšce pohyblivé formovací desky D10.

Obr. 5.55 Vodící sloupek FSN

strana 60 5.3.3


Pouzdro vodícího sloupku Pouzdro vodícího kolíku je nasazeno ze spodu do pohyblivé formovací desky. Jeho poloha je zajištěna stoličkou, která je s pohyblivou formovací deskou sešroubována. Rozměry vnějšího tvaru a polohy jsou ze souboru pohyblivé formovací desky D10. Vnitřní průměr je řízen ze souboru vodícího sloupku FSN.

Obr. 5.56 - Pouzdro vodícího sloupku FBN

Vodící kolík Vodící kolík – APD . K zapozicování základní skici pro rotaci je použito výškových rozměrů ze souboru pohyblivé formovací desky D10, stoličky D30 a kotevní desky D03. Ostatní rozměry odpovídají hodnotám ze souboru sestava.

Obr. 5.57 Vodící kolík APD


Pouzdro vodícího kolíku Pouzdro vodícího kolíku je uloženo jako FBC. Tvar je rotační a vytvořen z řídící skici. Delší část od osazení je nasazena v opěrné vyhazovací desce.

strana 61

5.3.3

Obr. 5.59 - Pouzdro vodícího kolíku FBC

Obr. 5.58 - Řídící skica modelu pouzdra vodícího kolíku FBC

5.3.4

5.3.4 Používání sestavy rámu Všechny soubory jsou uloženy ve stejném adresáři. Umístění tohoto adresáře nemá žádný vliv na funkčnost nástroje. K nástroji se vždy přistupuje přes soubor sestava. Po jeho otevření je potřeba spustit modul Modeling - přes menu Aplication – Modeling, klávesovou zkratkou Ctrl+m, nebo ikonou v liště Aplication. Po té už nalezneme v menu Tools položku Part Families, která nám zprostředkovává přístup k řídící tabulce – tlačítku Edit v dialogovém okně Part Families Obr. 5.61. V tabulce si vybereme požadovanou velikost rámu. Přes menu PartFamilies – Aplly Values použijeme nastavená data. Při této volbě musí být vždy označen celý druhý řádek v tabulce. Obr. 5.61

Obr. 5.60 - Aplikace dat v řídící tabulce

Obr. 5.61 - Dialogové okno Part Families

strana 62


5.3.4

Po této volbě ihned dochází k přepočítání celé sestavy. Následně můžeme celou sestavu uložit. Důležitou věcí je přejmenování souborů dle požadavků na strukturu názvu. K tomuto lze použít programu,na klonovánísestav, který svým zákazníkům dodává firma Axiomtech. Nejprve se spustí program pro načtení všech komponent sestavy. Při tomto se v adresáři, kde je soubor uložen, vytvoří soubor MS Excel s názvem sestava_RENAME_TABLE.xls soubor v prvním sloupci obsahuje výpis všech komponent sestavy. Do druhého sloupce se zapisují nové názvy. Poté se v Unigraphicsu spustí druhá část programu. Po zadání cílového místa proběhne vlastní překopírování a přejmenování sestavy. Jediné omezení, které celá sestava má, je používání funkce PartCleanup v souboru sestavy. V této funkci je položka Delete Unused Expressions, která vymaže všechny nepoužívané výrazy. Soubor sestava obsahuje veškeré výrazy pro řízení velikosti rámu, ale tyto sám vůbec nepoužívá. Při použití této funkce proto dochází k vymazání těchto výrazů a rozpadu celé struktury.

Obr. 5.62 - Dialogové okno Part Cleanup

6. Závěr

6

6 ZÁVĚR Tlakové hliníkové odlitky jsou v současné době neodmyslitelnou součástí průmyslu. V dohledné době lze jen těžko předpokládat že by se výrazněji začaly nahrazovat jinými materiály. Rychlý vývoj hliníkových slitin a technologií lití přináší stále nové tvarové možnosti odlitků. Tato diplomová práce zpracovává koncepci konstrukce forem v systému Unigraphics. Součástí koncepce je i návrh pomocných konstrukčních utilit, které výrazně přispívají k zrychlení celého návrhu formy, a tím i k nárůstu produktivity a úspoře finančních o duševních prostředků firmy. V první části práce, je provedeno rozdělení forem a technologií tlakového lití. Tato část je důležitá pro další zpracování koncepce návrhu. V následující části je proveden rozbor CAD přístupů vhodných pro konstrukci forem. Na základně jednoho vybraného postupu je zpracována metodika tvorby základních konstrukčních skupin na formě ve čtvrtém bodu práce. V posledním bodu práce je proveden rozbor koncepce a navržení optimalizace vtokového kanálu, přetoků a normalizovaných dílů rámu s využitím nástrojů CAD systému. Výsledkem této práce je zpracovaná obecná koncepce návrhu konstrukce forem a vytvoření nástrojů na usnadnění návrhu. Tyto nástroje budou společně s Unigraphicsem nabízeny, firmou Axiomtech, zákazníkům, kteří se zabývají konstrukcí forem. Součástí nabídky budou i zákaznické nastavení, přizpůsobené vnitropodnikovým normám a směrnicím. Z důvodu této obecnosti bylo, po dohodě s vedoucím práce, upuštěno od vytvoření výkresové dokumentace. Vyhotovení výkresů by bylo součástí nabídky optimalizace pro zákazníka včetně firemních razítek a dalších nastavení. Při studiu této problematiky jsem narazil ne velký nedostatek odborné literatury k tomuto tématu. Firmy často pracují podle praxí ověřených postupů a zvyklostí a tyto nezveřejňují.

strana 63

strana 64

Citace

Citace: [1] ŠTEFAN MICHNA A KOLEKTIV. Encyklopedie hliníku. Děčín: Alcan, tiskárna Adin s.r.o. Prešov 2005. 700 s. ISBN 80-89041-88-4

[2] Polák s.r.o. URL: [cit. 2006-26-01]. [3] Buehler AG URL: [cit. 2006-26-01]. [4] NX3 Help library Elektronický manual Unigrahpics NX3. 2004 UGS Corporation. [5] North American Die Casting Association – NADCA URL: [cit. 2006-12-02]. [6] Cad Diges – The readin room for computer aided design URL: <www.caddigest.com> [cit. 2006-16-04]. [7] ČKD PRAHA o.p. Tlakové lití I. interní předpis Praha 1984 [8] Interní příručka BUEHLER AG [9] DME URL: http://www.dmeeu.com

Přílohy

7 PŘILOHY 7.1 Technické údaje stroje na tlakové lití Příloha 1

strana 65

7

7.1

strana 66 7.2

Přílohy

7.2 Protokol Assembly Weigh Manager Příloha 2 ================================================= =========== Information listing created by : vitproch Date : 28.4.2006 11:02:36 Current work part : I:\diplomka\tvar\odlitek.prt Node name : bosch1 ================================================= =========== Work Part odlitek.prt : 4--28--2006 11:02 Arrangement Information Units Grams - Millimeters Work part properties: Weight data was calculated Accuracy used = 0.990000000 Density Area Volume Mass

= 0.007850000 = 43670.503949433 = 295479.239462560 = 2319.512029781

Center of Mass Xcbar = Ycbar = Zcbar =

-0.242534748 -2.816567656 15.904331253

First Moments Mxc = -562.562266519 Myc = -6533.062561731 Mzc = 36890.287668050 Moments of Inertia (Work) Ixxw = 1993398.965435700 Iyyw = 3589346.667013700 Izzw = 2901350.124497600 Moments of Inertia (Centroidal) Ixx = 1388282.797618600 Iyy = 3002494.871007400 Izz = 2882812.870891100 Moments of Inertia (Spherical) = 3636795.269758600 Products of Inertia (Work) Pyzw = -23935.746451951

Přílohy

Pxzw Pxyw

strana 67

= 4463.219624375 = 5626.134665101

Products of Inertia (Centroidal) Pyz = 79968.244629467 Pxz = 13410.396261790 Pxy = 4041.639980509 Principal Moments of Inertia Ixxp = 3042536.579715900 Iyyp = 2842905.549952800 Izzp = 1388148.409848400 Radii of Gyration (Work) Rgxw = 29.315600834 Rgyw = 39.337738419 Rgzw = 35.367287752 Radii of Gyration (Centroidal) Rgx = 24.464742923 Rgy = 35.978480904 Rgz = 35.254122688 Radii of Gyration (Spherical) = 39.596893192 Principal Axes Xp(X) Xp(Y) Xp(Z) Yp(X) Yp(Y) Yp(Z) Zp(X) Zp(Y) Zp(Z)

= = = = = = = = =

0.001445489 0.894139297 -0.447786588 -0.009486937 0.447779166 0.894093852 0.999953953 0.002955720 0.009129904

Warnings Generated by the Weight Calculation: ------------------------------------------------------------

Koncepční návrh konstrukce vysokotlakých forem na hliník s použitím CAD systému

Recommend Documents