ADEM - интегрированная система для конструкторско-технологической подготовки производства. Одной из ключевых задач, решаемых системой, является создание объемных моделей, имеющих максимальный уровень технологической проработки, который обеспечивает изготовление деталей на современном оборудовании. Более того, эти модели должны играть роль эталонов для контроля точности и качества.
Рис. 1 Модель после конструкторско-технологической проработки
Вся функциональность модуля объемного моделирования деталей в системе ADEM может быть условно разделена на несколько групп:
- построение тел базовыми операциями (смещение, вращение, движение и т.п.)
- построение тел комплексными операциями (оболочки, гибка из листа, разъемы прессформ и т.п.)
- построение поверхностей (построение по сетке, слияние, затяжка и т.п.)
- конформные операции (перенос, поворот, копирование и т.п.)
- неконформные операции (скругления, фаски, изменение положения вершин, восстановление острых углов и т.п.)
- булевы операции и их производные (объединение, дополнение, пересечение и т.п.)
- проецирование (проекции тел и поверхностей на плоскости, проекции линий на тела и поверхности)
- управление системами координат
В этой части статьи мы рассмотрим построение тел базовыми операциями на примере одной функции из этой группы.
Самой распространенной процедурой создания твердого тела является построение методом Смещения. Другие названия: Экструзия, Подъем, Выдавливание, Движение. При этом на основе профиля (или нескольких профилей) строится объемная модель, любое горизонтальное сечение которой плоскостью соответствует исходному профилю (Рис 2).
Рис. 2 Смещение
Эта процедура описывает широкий класс объектов, но в реальной практике требуется значительно большее разнообразие в ее исполнении. Так например, для деталей кузнечно-прессового производства нужно учитывать литейные (штамповочные) уклоны. Поэтому рационально иметь процедуру, в которой можно задать углы боковых наружных и внутренних граней (Рис 3).
Рис. 3 Смещение с уклоном
Если обратиться к изделиям, которые изготавливаются на пятикоординатном оборудовании, например, формы для шинной промышленности, авиационные детали, то процедура Смещения должна иметь еще одну разновидность. Боковые стенки должны учитывать еще изменение нормали на поверхности, от которой или к которой строится тело (Рис 4). При этом также возможно задание уклона от нормали.
Полезной может быть еще одна разновидность Смещения - Смещение с кручением. При этом в зависимости от высоты подъема исходного профиля производится разворот его относительно заданной оси (Рис 5).
Не менее часто применяется функция, которая имеет название Смещение вдоль направляющей. С помощью этой функции создаются модели движением профиля вдоль произвольных линейных, криволинейных или составных осей (Рис 6). При этом положение профиля в каждой точке траектории перпендикулярно направляющей. Учет таких параметров как уклоны и нормали к поверхности в значительной степени вносят разнообразие в полученный результат. Одним из частных случаев такой функции является Смещение по спирали (Рис 7).
Ну и пожалуй, самое распространенное применение функции Смещение это построение тел вращения. Для его выполнения пользователю достаточно указать ось, относительно которой производится вращение профиля.
Рис. 4 Смещение с уклоном от нормали к поверхности
Рис. 5 Смещение с поворотом
Рис. 6 Смещение вдоль направляющей
Рис. 7 Вращение и Смещение по спирали
Стоит также рассказать о том, какие объекты могут быть использованы в качестве исходных профилей. Практически любой объект в системе, будь то плоский контур, ребро или поверхность, может участвовать во всех процедурах построения, в том числе и в Смещении. Так на рис.8 приведен пример подъема и спуска части тела, ограниченной контурами.
Рис. 8 Смещение области тела, ограниченной контурами
Многие модели содержат фрагменты в виде острых и сглаженных выступов, которые в системе ADEM могут быть созданы смещением типа Пирамида. В построении кроме профилей участвуют два параметра, которые называются аспектами и влияют на характер сглаживания в начале и конце объекта (Рис 9).
Рис. 9 Смещение типа Пирамида
На базе процедуры Смещение строятся многие другие комплексные функции (Рис 10). Например, для моделирования конструкций силового каркаса актуальна возможность создания деталей из стандартных профилей с подсечками. Еще одно применение процедуры смещения - конструкции из листового материала, изготавливаемые гибкой. Для моделирования жгутов и трубопроводов в системе ADEM реализована удобная функция Труба.
Рис. 10 Некоторые комплексные функции, основанные на процедуре Смещение
Как видно из примеров, даже такая простая процедура как Смещение в системе ADEM позволяет строить довольно широкий класс объемных объектов с учетом многих конструкторских и технологических нюансов.
Теперь расскажем о группе построения тел комплексными операциями.
В отличие от первой группы, данные функции основаны на создании объектов не только и не столько на основе профилей, сколько с помощью ранее созданных объемных тел. Рассмотрим несколько примеров применения комплексных операций в моделировании деталей для конструкторско-технологической подготовки производства.
В целях уменьшения массы и экономии конструкционных материалов многие изделия проектируются в виде тонкостенных оболочек. Моделировать такие конструкции удобно на основе объемных тел, представляющих внешний облик изделия.
Рис. 11 Построение оболочечной конструкции функцией Оболочка
В системе ADEM оболочки на основе твердых тел строятся автоматически. При этом пользователь может численно задать толщину в виде верхней и нижней границ материала оболочки относительно поверхности исходного тела. Таким способом определяется и расположение оболочки по отношению к телу.
Нередко при построении оболочки должны учитываться радиуса скруглений в тех местах, где на исходном теле есть негладкие переломы. Для этого достаточно ввести значение радиуса, который система ADEM будет учитывать при создании оболочки.
В большинстве случаев, нужно строить оболочку не ко всему телу, а к некоторым его участкам. Для такого варианта построения достаточно указать те поверхности, которые не должны участвовать в процедуре.
Рис. 12 Выдавливание листа
Если возможностей функции Оболочка не достаточно для решения задачи автоматически, то можно работать и на более низком уровне с помощью построения эквидистант к телам и отдельным поверхностям с последующей ручной обрезкой и сшивкой.
Еще одна интересная функция связана с тонкостенными конструкциями - Формовка. Для ее выполнения необходимы два объекта - модель листа и модель инструмента. В результате модель листа будет деформирована инструментом c учетом штамповочного радиуса (Рис 12).
К комплексным процедурам относится также функция Отверстие. В зависимости от введенных параметров система автоматически создает составные отверстия в объемных телах. Направление оси отверстия может совпадать с нормалью к поверхности или в направлении, определенном пользователем.
Рис. 13 Функция Отверстие
Следующая важная функция связана с построением таких объемных моделей как, рабочие (активные) зоны штампов и прессформ. Нетривиальность этой задачи состоит в том, что поверхности рабочей зоны должны обеспечить разъем прессформы и извлечение детали. Поэтому, уже исходная модель должна быть спроектирована соответствующим образом с отсутствием мертвых зон и с учетом штамповочных уклонов. Более того, линия разъема активной зоны обычно не является плоской, и найти ее далеко просто. (Рис 14).
Рис. 14 Деталь "кубик" и поверхность разъема
В связи с этим возникает ряд геометрических задач по созданию технологичной модели детали, определению линии разъема и созданию поверхности разъема. Более того, для случаев, когда не возможно обеспечить форму модели двумя частями штампа, требуется еще спроектировать стержневые элементы (вкладыши, слайдеры) (Рис. 15).
Рис. 15 Прессформа с вкладышами
Функция для получения моделей активной зоны в системе ADEM называется Разъем прессформы. Она автоматически определяет линию разъема по исходной модели изделия, строит поверхность разъема и, как результат, создает модели двух полуматриц и стержневых элементов.
Следует заметить, что в сложных случаях, когда возможностей этой автоматизированной процедуры не достаточно, можно воспользоваться функциями более низкого уровня, такими как нахождение линии разъема, построение поверхности разъема. Это позволит в комбинации с другим функционалом системы строить модели активных зон в ручном режиме.
Что касается создания технологичной модели для штамповки, то очень полезным является функционал создания штамповочных (литейных уклонов) в исходном теле. В ADEM есть полностью автоматическая процедура создания уклонов (Рис 16). Для ручного построения применяется процедура Построение поверхности уклона.
Рис. 16 Функция. Сделать уклоны
Мы рассмотрели несколько примеров группы комплексных функций. Все они основаны на нескольких базовых процедурах. Так, например, функция Оболочка содержит следующие алгоритмы: построения эквидистанты к поверхности, обрезки поверхности другими поверхностями, продления поверхности, сшивки поверхностей. В системе ADEM открыт доступ и к функционалу поверхностного моделирования, без которого невозможно обойтись в ряде случаев. Об этом пойдет речь в следующей статье.
авторы статьи: А. Быков, К. Карабчеев