Ускорение формообразования: оптимизация дизайна и производства с передовым CAD/CAM и CAE

С новейшим CAD/CAM и CAE ПО формообразователи могут значительно ускорить дизайн и сжать производственный цикл для качественных форм и штампов

Формообразователи под постоянным давлением ускорить процесс формообразования, улучшая процессы и качество продукта, повышая продуктивность. Для достижения целей они используют новейшее ПО для формообразования, применяя новые техники в CAD/CAM и CAE, с огромно улучшенными симуляциями для конформного охлаждения и других ключевых фич в производстве форм и штампов.

Приложения в процессах форм и штампов варьируются от CAD/CAM ПО от большинства крупных разработчиков до изощренного CAE ПО, предлагающего детальные симуляции и анализы прилегания и отделки детали, тепловой производительности и ключевых дифференцирующих факторов. Среди этих пакетов — интегрированные, позволяющие запускать внутри основного CAD/CAM дизайнера, обеспечивая легкие переходы от дизайна к симуляции и анализу потенциала детали.

Сделай быстро и точно

Первичные требования формообразователей к ПО оставались последовательными за последние годы, фокусируясь главным образом на более высокой продуктивности, отметил Бен Манд, старший рыночный аналитик, CNC Software Inc. (Толланд, Коннектикут), разработчик Mastercam CAD/CAM. «Эта потребность проходит через весь процесс, двигая тренды в разработке CAD/CAM — быстрее на станке, быстрее со станка, и качество максимально возможное.

«Другой растущий тренд — связность в производстве — убедиться, что ПО, станки и цеховые процессы все говорят друг с другом», сказал Манд. «С CAM вы увидите это с подключением к библиотекам инструментов, инспекции, мониторингу цеха и другим элементам. Все это часть подготовки мастерских к переходу к цифровому производству».

Ключ к поиску продуктивности — эффективная CAD/CAM система, сказал Манд, дающая пользователям множество инструментов для быстрой и легкой работы. «Начинается с CAD; мастерским все больше нужны специальные CAD-инструменты, помогающие превратить концепцию или модель детали в производственную форму», заявил Манд. «Это значит инструменты дизайна для подготовки модели, ремонта твердотельной модели, заполнения пробелов, создания оснастки, и высокофокусные нужды вроде электродов, разделения модели ядро/полость, создания линии разделки — все, что должно произойти до того, как инструмент коснется металла».

Когда заготовка на станке, мастерские продолжают агрессивное давление на более быстрые циклы. «Одна из крупнейших областей, на которые смотрят формообразователи — самый эффективный способ снять объемный материал до near-net shape. Прогресс в «умных» траекториях грубого фрезерования продолжает драматически снижать время обработки. Конечно, точность и качество итоговой формы — что важнее всего, и здесь мастерские смотрят внимательнее не просто на новое движение траектории, но и на новые инструменты, все из которых должны поддерживаться их программным ПО».

Фичи вроде «CAD для CAM» подготовительных инструментов CNC Software продолжают быть в фокусе, сказал Манд, и компания будет иметь новые инструменты в предстоящем релизе Mastercam для помощи формообразователям быстро и чисто чинить модели, залатывать дыры и исправлять ошибки в CAD-моделях, которые им дают. «Эти проблемы могут вызывать длительные задержки, и минимизация их помогает гарантировать, что форма попадет на станок максимально быстро».

Помимо движка Dynamic Motion Mastercam, ПО также имеет новую технику NC-программирования под названием Accelerated Finishing, добавил Манд. «Она позволяет мастерским использовать новые формованные инструменты так, как они предназначены. Мы тесно работаем с производителями инструментов в разработке стратегий резки для овальных форм, бочкообразных фрез, конических резаков, линзообразных резаков и т.д.», сказал он. «Когда запрограммированы правильно, эти резаки позволяют инструменту малого диаметра иметь большой эффективный радиус резания, что может сократить время цикла, улучшить чистовую отделку или и то, и другое».

Поиск более легких и умных решений

Простота использования ПО ранжируется на вершине среди дизайнеров и построителей форм, сказал Энтони Ян, президент и сооснователь CoreTech System Co. Ltd. (Фармингтон-Хиллз, Мичиган, и Синьчжу, Тайвань), разработчик пакета CAE Moldex3D для симуляции формообразования.

Фичи вроде конформного охлаждения делают процесс пластикового литья под давлением легче и эффективнее, но пользователи ищут ПО, которое намного легче в использовании, отметил Ян. «Текущий тренд — к upfront симуляциям с DFM [Design for Manufacturability]», добавил он, «и другой главный тренд — сделать ПО умнее».

Сегодняшнее ПО позволяет пользователям легче настраивать граничные условия и создавать сетку. «Вы симулируете, как реагирует форма, и должны указывать, откуда идет тепло. Это не легко проектировать». Чем легче ПО в использовании, тем лучше для формообразователей, ищущих лучшие пользовательские интерфейсы для более быстрых, эффективных процессов дизайна форм.

ПО Moldex3D от CoreTech в основном используется в инженерных отделах, но также дизайнерами деталей. Moldex3D интегрирован с ПО вроде NX Mold от Siemens PLM, и компания также работает с предложениями крупных разработчиков вроде Solidworks от Dassault Systèmes и Creo CAD/CAM от PTC.

В Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd. (Пуне, Индия), автомобильные сиденья и дизайн интерьера использовали симуляции Moldex3D для снижения искривления пластиковых литых деталей интерьера для улучшения размерной точности. Компания использовала ПО на одной центральной консоли приборной панели с результатами: избегание линий сварки в видимых зонах; снижение дефлекции детали для поддержания зазора и прилегания в допуске для сборки; снижение затрат на настройку инструмента на 68%; и снижение традиционно высокого уровня брака до пренебрежимо малого числа. Это было posibilitated частично симуляциями предсказания искривления Moldex3D.

Сложность движет процессами

По мере роста оснастки для сложных продуктов, мастерские форм и штампов, вместе с другими производителями, поворачивают к передовым производственным процессам. «Автоматизация и интеграция — энэйблеры для наших клиентов для улучшений оснастки, с оптимизацией и валидацией рабочего процесса дизайна оснастки для более точных продуктов», отметил Химаншу Айер, менеджер по продуктовому маркетингу NX, Siemens PLM Software (Плано, Техас). Парамаунт для производителей, сказал он, — «убедиться, что ошибки, если есть, захватываются максимально рано в цикле дизайна. Мы все знаем, как дорого иметь дело с ними позже в процессе, и мы должны сделать процесс более эффективным».

Плохая коммуникация между OEM и поставщиками часто вызывает боли внизу по линии разработки продукта. «Одна из проблем — вовлечение клиентов рано в фазе дизайна», заметил Дакс Азагаппан, менеджер продукта NX Mold Wizard. «Вы должны смотреть на все вопросы технологичности. Это стоит им времени и денег, если не работают очень тесно. Многие наши клиенты, большинство инструментальных мастерских, спрашивают: как мне работать с OEM рано?»

Используя CAE-инструменты в NX, работающие на движке Moldex3D, пользователи могут улучшать сетки для получения лучших общих дизайнов. «Одна вещь в прошлом — проходить через tryouts», сказал Азагаппан. «Проблема, с которой сталкиваются — искривление. Одна вещь — вернуться в дизайн и изменить охлаждение. Потом могут сказать «как мне компенсировать искривление?»» Mesh transformer, добавленный в NX 10, позволяет пользователям оптимизировать сетки и привнести эту информацию в их CAD-среду.

Новые инструменты позволяют делать трансформации сетки в двух стадиях: на стадии дизайна и в CAE-ПО. С анализом течения Moldex3D, «у нас много [тех] возможностей интегрировано в NX», добавил Азагаппан.

Более быстрые техники обработки в NX CAM также играют огромную роль в повышении продуктивности формообразования и достижении более быстрых времен обработки с высокоскоростной технологией, отметил Сашко Курчиски, менеджер по продуктовому маркетингу Siemens, производственные решения и NX CAM. «Мы сокращаем время обработки на 60% в некоторых случаях», сказал он. «Может [также] продлить жизнь инструмента в четыре раза».

С последним NX 12 CAM Siemens добавил внутренне разработанную стратегию высокоскоростного грубого фрезерования, использующую компонентную технологию. «Это новая технология для нас, похожая на Volumill, но в некоторых случаях лучше», сказал Курчиски. «Это не аддон».

Аддитивная технология — еще один важный фактор. «Она будет иметь несколько влияний на инструментальную отрасль, по нашему мнению. Одна из областей — конформное охлаждение», сказал Айер. «С аддитивными техниками мы видим клиентов, уже думающих о вещах иначе».

С гибридными вычитающими/аддитивными станками на рынке преимущество в способности автоматизировать процессы с любой стороны станка и между этими сторонами, сказал Курчиски. Мастерская может построить форму с аддитивной стороны с внутренними каналами охлаждения, а затем «можно использовать тот же станок для достижения высококачественных поверхностей, нужных для форм».

Ускорение обработки, добавление AM

Более быстрая обработка — ключ для формообразователей, и CAD/CAM разработчики предлагают множество путей туда. «Нет большой новости, что формообразователи под таким же давлением сегодня, как всегда», отметил Клинтон Перри, менеджер по продуктовому маркетингу PowerMill в Autodesk Inc. (Сан-Рафаэль, Калифорния). «Они сталкиваются с ежедневным вызовом встретить ожидания клиентов: сократить сроки поставки, поддерживать или улучшать качество детали и минимизировать затраты, все для предложения [высокого] уровня сервиса клиента. В то же время формообразователи должны следить за типами الناشющих технологий, которые могут дать им конкурентное преимущество».

Для встречи этих требований формообразователям нужно ПО, быстро конвертирующее клиентские дизайны в высококачественную оснастку. «Скорость несомненно вызов №1. CAD/CAM/CAE ПО должно упростить весь дизайн, симуляцию и производственный воркфлоу для сокращения общего time-to-market», сказал Перри. «Улучшения в возможностях железа определенно помогли — такие как 64-битные процессоры, многоядерность и облачные вычисления — но есть что-то более фундаментальное. Autodesk и другие софтовые компании продолжают разрабатывать инструменты моделирования, помогающие импортировать клиентские модели и быстро конвертировать их в используемую оснастку. Этот процесс часто требует степень ремонта модели для исправления неисправностей в импортированных данных».

CAD-продукты моделирования, вроде Autodesk PowerShape, предлагают инструменты для предотвращения задержек от ремонтов. Наиболее способные моделирующие ПО могут анализировать импортированные CAD-файлы для идентификации и (автоматического) исправления проблем, которые могут усложнить последующее производство, сказал Перри, и инструменты поверхностного, твердотельного и прямого моделирования позволяют формообразователям затем быстро конвертировать клиентские дизайны в оснастку.

Другой крупный тренд — физика-базированная симуляция, сказал Марк Хеннебик, менеджер бизнес-линии симуляции Autodesk. Симуляция позволяет дизайнам быть «signed-off» до того, как блок стали обработан.

Симуляционное ПО вроде аналитических инструментов Autodesk Moldflow может использоваться в процессе разработки для помощи в оптимизации технологичности дизайна детали и производительности оснастки формы на ранней стадии дизайна, сказал Хеннебик. «Симуляция позволяет пробовать и тестировать множественные дизайны с быстрой обратной связью для подтверждения влияния на цикл литья и качество детали. Переменные вроде позиции впуска, толщины стенки, процесса литья, дизайна контура охлаждения и свойств материала могут все модифицироваться с быстрой обратной связью для построения уверенности, что форма даст ожидаемые результаты на первом цикле литья».

В последнем релизе Moldflow пользователи теперь имеют доступ к более чем 10 000 материалам в публичной базе материалов. «С доступом к большему числу материалов пользователи смогут увидеть влияние производственного процесса на конечную форму детали и технологичность, давая способность выбрать правильную комбинацию процесса/материала для встречи потребностей проекта. Пользователи также увидят другие улучшения производительности, от скорости солвера до операционной скорости, делая еще легче движение к решению». Дополнительно Moldflow будет поставляться с Autodesk Fusion 360, давая пользователям доступ к улучшенной интероперабельности и CAD/CAE возможности для итераций дизайнов и обмена данными.

Появление 3D-печати как производственного инструмента предлагает формообразователям возможность изменить то, как формы проектируются и делаются, добавил Перри. «Один отличный пример — 3D-печать для дизайна форм, включающих контуры охлаждения, более близко следующие за формами, литыми. Эти конформные контуры охлаждения позволяют сократить циклы литья». Формообразователи вроде Fado, сказал Перри, теперь используют дизайн и производственное ПО Autodesk для добавления конформного охлаждения к растущему числу своих форм.

Новый модуль Mold

Другое новое обновление от Vero Software — VISI 2018 R1, вводящее новый модуль Mold Tool на базе технологии Assembly-Ng VISI. Этот переработанный модуль дает большую гибкость при построении поставщиков и нестандартных конфигураций инструментов. Настраиваемые шаблоны, включая управление заготовками и предсверленными пластинами, позволяют легко создавать компоновку инструментов и улучшенное редактирование на любой стадии дизайна.

«Новый Mold Tool дает больший уровень гибкости для создания инструментов и продвинутого редактирования. Позволяет корректировки на любой стадии дизайна инструмента. Все компоненты сборки автоматически обновляются при изменении пластин, включая производственные данные полостей компонентов», сказал Марко Кафассо, менеджер продукта VISI Vero.

Улучшения сделаны в модуле предсказания искривления пластикового течения Flow для повышения точности результатов для сложных технических полимеров. Достигнуто полной ревизией алгоритмов для фазы удержания. Корректировки расчета давления и расхода, комбинированные с новым решателем формы, могут сократить время расчета процесса до 40%.

Верификация симуляций

Дизайнеры форм имеют жесткие допуски, поэтому предотвращение мелких ошибок и задиров важно, отметил Джин Гранта, менеджер продукта Vericut в CGTech (Ирвайн, Калифорния). «Программы форм обычно многочисленны и большие, поэтому офлайн-верификация ключева для поддержания работы станков. Пользователи могут запускать симуляции в батч-процессе для гарантии, что [все] NC-программы создадут итоговую форму, которую вы ожидаете. Также, с большим числом производственных методов для создания форм [обработка, AM, ЭРС die sinking и т.д.], симуляционное ПО может дать ценную информацию для помощи мастерским предсказать времена производства и поддерживать оптимальные производственные темпы».

Сжатые временные графики означают, что формообразователи ищут способы работать leaner и быстрее. «Vericut Force — физика-базированный модуль NC-программы, который микро-анализирует условия резания и оптимизирует подачи программы для достижения идеальных толщин стружки, но без превышения пределов силы инструмента или мощности шпинделя станка. Force-оптимизация создает максимально эффективную NC-программу для данного режущего инструмента, заготовочного материала и условий обработки. Результат — значительная экономия времени, детали высшего качества с лучшей поверхностной отделкой, и улучшенная жизнь режущего инструмента и станка».

Интерес к AM среди формообразователей острый, заметил Гранта, и новый Vericut Additive Module симулирует и аддитивную депоницию материала, и традиционные возможности обработки на новых гибридных ЧПУ-станках. «AM на гибридных станках может сделать построение определенных точных форм и ремонт форм легче и быстрее. И с аддитивным программным ПО, становящимся более способным, мы видим новый тренд: желание симулировать любой производственный процесс, в любом порядке, для получения уверенности [что они] сделают итоговую деталь, которую задумали», сказал Гранта. «Пользователи полагаются на наше ПО для гарантии, что все NC-программы будут работать правильно и оптимально на их ЧПУ-станках. Чтобы сделать лучшую работу, пользователи [должны] выбирать симуляционное ПО, движимое тем же NC-кодом, что будет драйвить станок, тем самым гарантируя максимально возможный уровень верификации».