Kompenzace odpružení v programu Tebis Morph

Kompenzace odpružení v programu Tebis Morph
Springback compensation in Tebis Morph software
Jan Zouhar1, Libor Čech2
________________________________________________________________________________________________
1
Ing. Jan Zouhar, PhD., MCAE Systems s.r.o., Knínická 1771, 664 34 Kuřim, [email protected]
2
Ing. Libor Čech, MCAE Systems s.r.o., Knínická 1771, 664 34 Kuřim, [email protected]
Abstrakt
Kompenzace odpružení plechových dílů a optimalizace tvaru
formy jsou důležitým krokem vedoucím k výraznému snížení
doby výroby lisovacího nástroje a redukci nákladů. Vhodnou
kompenzaci odpružení lze dosáhnout mnoha způsoby, avšak
spojení moderních simulačních metod a jejich přímé napojení
na řešení změny tvaru formy vede k rychlejším výsledkům
a snížení počtu testovacích cyklů nástroje. Jedno
z nejvýkonnějších a dostupných řešení je propojení simulace
s programem Tebis MORPH s technologií BREP.
Abstract
Springback compensation of sheet metal and optimization of die
enables massive savings in time and money. You take
springback simulation, experience and measuring results into
account, and within minutes the system will return deformed
surface of top duality, that causes less Q loops on physical dies.
One of the most powerful solution is combination of simulation
and Tebis MORPH with BREP technology.
Keywords: Springback, CAD, CAM, Autoform, Tebis
1. ÚVOD
Software Tebis vám v průběhu celého vývojového cyklu
CAD/CAM/NC umožňuje výrazně snížit náklady na zhotovení
lisovacího nástroje a plechových výlisků. S pomocí tohoto
řešení, počínaje plánováním postupů až po realizaci zkoušek,
získáte mnohem dokonalejší a rychlejší kontrolu celého
procesu. Software Tebis umožňuje efektivní propojení CAD
návrhu a simulace, s vlastní realizací, a to oběma směry. Přínos
pro vás? Progresivnější uvolnění lisovacího nástroje s menším
počtem modifikačních cyklů.
Tebis používá datová rozhraní, která jsou kompatibilní
s většinou běžných konstrukčních systémů. CAD moduly Tebis
jsou známé vysokou kvalitou ploch. Kontrola ploch je
automatická, mezery a překrytí jsou vyhledány a opraveny.
Výsledkem je přesné místní a tečné napojení, umožňující bez
problémů načíst objemové modely a dále s nimi pracovat
v objemových konstrukčních systémech. CAM moduly Tebis
určené pro frézování, vrtání, řezání laserem a soustružení zajistí
perfektní běh stroje s minimálním opotřebením. Tebis Simulátor
poskytuje větší bezpečí a flexibilitu od plánování až po výrobu,
kde lze papírovou dokumentaci nahradit použitím Tebis Viewer.
2. TECHNOLOGIE BREP
Jedinečná technologie Tebis BREP umožňuje práci
s načtenými daty, ať již jde o plošné modely nebo sítě a jejich
vytváření a úpravy, obr.1.
Technologie BREP [1] (Boundary Representation) je asociativní
propojení podkladového modelu (definuje tvar dílu) s drátovým
(definuje hranice ploch) a plošným modelem. Výsledný model
(složený z čtyřstranných a ořezaných ploch) je automaticky
vytvářen na podkladovém modelu a při editaci se přizpůsobuje
jeho tvaru.
Obr. 1 CAD model v BREP reprezentaci.
3. TEBIS MORPH
Uživatel při tvarových změnách dílu v běžných CAD
systémech naráží na zásadní problém, jak model upravit. Po
těchto úpravách se musí model složitě opravovat a napojovat.
Tebis Morpher nabízí intuitivní a rychlé řešení, které je navíc
nezávislé na velikosti a složitosti vašeho modelu, obr.2.
Tvarové změny nemodelujete, pouze zadáváte pravidla, jakým
způsobem se má model v jednotlivých oblastech měnit
(deformovat). Tato pravidla, nebo jejich kombinaci, je možné
zadat několika způsoby [1]:
• posun zadaný vektorem,
• na základě výsledků MKP simulace,
• na základě reálných odchylek změřených v konkrétních
bodech,
• na základě digitalizace skutečného tvaru dílu (skenovaní),
• dle vlastní zkušenosti.
Výsledkem je plošný model, který lze rovnou obrábět.
Celý proces může být automatizován pomocí průvodce, nebo
uživatel řídí každý krok samostatně. V prvním kroku systém
zkontroluje kvalitu ploch pomocí Tebis Qualifieru [1], pokud je
nalezen problém, modul Tebis Healer [1] jej automaticky
opraví. Při větších problémech má uživatel možnost dokončit
opravy ručně s podporou BREP technologie. Samotný
morphing je založen na deformačních pravidlech, která lze
kombinovat a následně provádět postupně nebo paralelně.
Pokud není uživatel spokojen s výsledkem, lze se v procesu
vrátit, upravit pravidla a znovu spustit výpočet.
Obr. 2 Zobrazení odchylek odpružené geometrie od
referenční.
Deformační pravidla:
• Data z měřícího protokolu nebo zkušeností uživatele ve
formátu vektorů posunu. Systém tyto vektory mapuje jako
pravidla pohybu ploch.
• Data ve formě bodů z měření souřadnicovými stroji. Tato
data lze využít přímo.
• Skenovaná data deformovaného plechu Trojúhelníkovou síť
ve formátu STL je možné použít pro kompenzaci odpružení
dílů.
• Posun definovaný dvěma jednoduchými plochami. Využívá
se v případě designových změn nebo při zadávání deformace
na základě zkušeností uživatele.
• Výsledky ze simulačních softwarů pro výpočet odpružení,
nebo kompenzace. Data lze přímo načítat z několika MKP
systémů ( AutoForm, Nastran, atd.).
Po definici pravidel jsou plochy modelu rozděleny do tří
skupin, obr.3: plochy pevné, přechodové a plochy určené pro
deformace. Pro všechny tyto skupiny i pro jednotlivé plochy lze
předepsat toleranci, která určí maximální odchylku od ideálního
řešení určeného pravidly. Po tomto kroku již probíhá velmi
rychlý výpočet.
3.2 Proces vývoje nástroje
Celý proces vývoje nástroje začíná obdržením dat od
zákazníka v systému CATIA V5. Tato data jsou importována do
AutoForm DieDesigneru, kde je vytvořen koncept nástroje pro
operace tažení, ostřihování, děrování a kalibrování. Data
konceptu nástroje jsou ve formě trojúhelníkové sítě, proto je
nutné data načíst do Tebis Reverseru [1], kde proběhne
vytvoření plošného modelu. Ten se využije v konstrukčním
oddělení pro návrh a zhotovení odlitků forem a jejich objednání.
Ve stejný čas probíhá kontrola a optimalizace koncepčních
ploch v AutoForm Incremental, kde jsou vytvořena finální data
s požadovanou kvalitou dílů a optimálním tokem materiálu.
Dalším výsledkem simulací jsou kompenzované plochy nástroje
po odpružení dílu, obr.5. Data kompenzace lze přímo přenést do
Tebis Morpheru. Zde jsou plochy dílu tvarově upraveny díky
automatickému procesu morphingu. Výstupem jsou velmi
kvalitní plochy nástroje, které obsahují všechny výsledky
optimalizací tvarů a odpružení. Tyto plochy jsou vhodné přímo
k obrábění v Tebis CAM modulech a není nutná žádná úprava
v Catii. Pro finální ověření jsou tyto kompenzované plochy
zkontrolovány znovu v programu AutoForm.
Obr. 3 Rozdělení ploch určených k deformaci.
V závěrečných fázích vývoje lze použít nástroje pro
hodnocení výsledných ploch:
• barevná mapa odchylek původních a deformovaných ploch,
• analýza průběhu křivosti, promítání reflexních pruhů (zebra
analýza),
• analýza kvality napojení a tečného napojení ploch.
Pokud jsou na výsledné plochy kladeny vyšší nároky může se
použít Tebis Optimizer[1] pro tvorbu Class A ploch.
3.1 Použití u společnosti Allgair
Společnost Allgair [2] se rozhodla čelit tlaku na zkrácení doby
výroby a zlevnění svých produktů, obr.4. Jako nejdůležitější
rozhodnutí se ukázala implementace nové koncepce návrhu a
ladění forem na softwarové bázi. Se stávajícím softwarem Catia
V5 bylo řešení odpružení a optimalizace tvaru nástrojů jen
těžko řešitelné. Proto bylo s pomocí týmu specialistů vybráno
řešení: software AutoForm pro návrh, optimalizaci a výpočet
odpružení dílu a software Tebis pro úpravy a přípravu CAD
modelů a navazující obrábění. Jednou z mnoha výhod je přímá
komunikace obou programů a zajištění simulace a optimalizace
celého řetězce procesů vývoje nástroje.
Obr. 4 Optimalizovaný nástroj firmy Allgair.
Obr. 5 Barevné zobrazení odpružení v programu
AutoForm.
Celý proces vývoje firmě Allgair přináší zmenšení počtu
ladících cyklů nástroje, a to až trojnásobně, a se zkrácením času
k uvolnění formy. S tímto jsou spojeny i menší náklady na
zkoušení forem a blokování výroby oproti klasickému procesu
s empirickým a intuitivním laděním formy. Celý proces lze
implementovat do struktury Catia V5 pro případnou komunikaci
se zákazníkem.
4. ZÁVĚR
Software tebis spolu s řešením simulací nebo zkušeností
uživatele značně redukuje časovou a finanční náročnost celého
procesu tvorby nástrojů pro lisování.
Celý proces je spojen s těmito výhodami:
• velké časové úspory,
• méně cyklů úprav na fyzickém nástroji,
• rychlá optimalizace úprav díky jednoduchému zadávání a
reprodukovatelnosti výpočtu deformací ploch (MORPHER),
• krátké výpočetní časy,
• libovolná kombinace deformačních pravidel: ze zkušeností,
bodů, vektorů, ploch, skenovaných dat a simulací,
• výsledky mohou být přímo použity pro CAM operace a
konstrukci nástroje.
Literatura
1. BREP product group, Tebis AG. Dostupné na
http://www.tebis.com/cms/index.php?id=21&L=1
2. Fewer correction loops and reduced production times, Tebis
Topics, September 2008. Dostupné na
http://www.tebis.com/TebisThemen/09_08/en/art_Allgaier.html#zoom