Obrábění vstřikovací formy

Ve spolupráci se společností TPV group, s. r. o., vznikl na půdě Západočeské univerzity v Plzni, katedry technologie obrábění, bakalářský projekt s názvem Obrábění vstřikovací formy na plasty za využití CAD/CAM systému NX6. Tento projekt je zaměřen na programování tvarově složitých ploch, jako jsou například již zmiňované vstřikovací formy.

Co je CAM Express

CAM Express vychází z velkého CAD/CAM systému Siemens PLM software NX. Jedná se o plně samostatnou aplikaci pro tvorbu a generování NC kódů a jejich simulaci. Obsahuje všechny potřebné obráběcí strategie pro výrobu forem, nástrojů apod. CAM Express má čtyři základní licenční varianty:

• 2,5osé obrábění obsahující moduly pro vrtání, 2,5D frézování a soustružení;
• 3osé obrábění obsahující moduly vrtání, 2,5D frézování, 3D frézování a  drátové řezání;
• frézování - soustružení obsahuje moduly vrtání, 2,5D frézování, soustružení, simulace stroje a synchronizace více vřeten;
• pokročilé obrábění, které je nejkomplexnějším licenčním balíčkem a obsahuje moduly vrtání, 2,5D frézování, soustružení, 3D frézování, drátové řezání, simulaci stroje, synchronizaci více vřeten, 4osé a 5osé frézování.

Programování

Programování probíhá v přehledném prostředí NX. Díky jednoduché logice programování nemá programátor sebemenší problémy s orientací v tomto prostředí a přepínáním jednotlivých navigátorů získá přehled o celém vývoji součásti. Technologický navigátor operace je sestaven ze čtyř částí, ve kterých se chronologicky řadí námi vytvořené úkony.

Jednotlivé stromy technologického navigátoru operace:

• pořadí programu - zde jsou chronologicky zobrazeny jednotlivé operace a  jejich doplňující informace (změna nástroje, cesta, nástroj, číslo nástroje, čas, síť geometrie, metoda);
• obráběcí nástroj - obsahuje chronologické zobrazení použitých obráběcích nástrojů a na ně navazující obráběcí operace včetně doplňujících informací (popis, číslo nástroje, síť geometrie, metoda, pořadí skupiny);
• metoda obrábění - obsahuje používané metody obrábění a  doplňující informace (cesta, nástroj, síť geometrie);
• geometrie - v tomto navigátoru se zadávají jednotlivé souřadnicové systémy, geometrie obrábění, polotovar, překážky atd. Nalezneme zde opět doplňující informace(cesta, nástroj, síť geometrie, pořadí skupiny).

Další nespornou výhodou je, že CAM Express obsahuje všechny potřebné nástroje pro technologovu práci s modelem z prostředí modeláře. Například plnohodnotné synchronní modelování a automatické plátování děr. To značně usnadňuje případné zásahy do modelu.

Vizualizace dráhy nástroje

Druhy vizualizace:

• přehrát - klasické zobrazení drah a nástroje s možností plynulého přehrávání, krokování atd.;
• 3D dynamické zobrazení - dochází k vytváření „obrábění" CAD modelu s možností pohybu součástí, analýzy povrchu atd.;
• 2D dynamické zobrazení - méně graficky náročné zobrazení, bez pohybu zobrazení. Slouží pro rychlou kontrolu drah nástroje. Samozřejmě zůstává možnost veškerého využití funkcí jako u 3D dynamického zobrazení. Pro lepší orientaci v simulaci je každá operace zobrazována jinou barvou obrobené plochy.

Vlastní projekt

Teoretická část projektu je zaměřena na kompletní programování tříosého obráběcího centra. Problematická místa tvarové dutiny jsou programována pro pětiosé centrum s následným porovnáním s tříosou technologií.

Finálním výrobkem je rukojeť svářečky na svařování polypropylenových trubek. Tvárnice obsahuje otvory na vyhazovací systém, chladicí kanály, lícovací otvory a tvarovou zápustku. Tím pádem je nutné tvárnici obrábět ze všech stran. Jedná se o velice přesné obrábění, ale i přesto je v praxi nutné funkční části brousit a tvarovou část leštit. Tvarová zápustka se leští podle požadavku na výchozí kvalitu povrchu výrobku. Tyto dokončovací operace probíhají až po případném kalení. Je otázkou, zda formu na funkčních plochách obrobit s určitým přídavkem na kalení, nebo nikoliv, protože při kalení vzniká v oceli vysoké pnutí, a tudíž dochází i k určitým rozměrovým změnám. Broušení lícovacích ploch a tvarové zápustky proběhne po kalení. Ovšem zbytkové obrábění a broušení zápustky je velice náročná a zdlouhavá operace. Proto záleží na požadavku konstruktéra, jaká tvarová přesnost je vyžadována. V případě zbytkového obrábění po kalení se celá výroba značně prodlouží a dojde k celkovému navýšení nákladů.

V našem případě je obrábění tvarové části provedeno na čisto bez přídavku. Pouze na lícovacích plochách, jako je dělicí rovina, dosedací plocha s druhou tvárnicí formy a dosedací plochou na vloženou desku, je ponechán přídavek na broušení. Tyto plochy musejí být velice přesně slícovány, aby nedocházelo k výtoku plastu do dělicí formy, tzv. zástřiku.

Praktická část

Praktická část práce byla zaměřena pouze na výrobu tvarové dutiny formy z hliníku. Ve strojním parku katedry technologie obrábění je frézovací centrum MCV 750A, a proto výroba probíhala právě na tomto stroji. Výrobní program obsahuje vrtací, hrubovací, dokončovací operace a zbytkové obrábění. Jako příklad je uvedeno zbytkové obrábění a hrubování zápustky.

Hrubování zápustky

Na obrázcích je ukázka postupu hrubování od prvotního vygenerování drah nástroje v aplikaci CAM přes následné simulace obrábění až po výrobu formy.

Parametry obrábění:

• nástroj: frézovací hlava s VBD o Ø 20 mm a rádiusem 5 mm;
• boční krok nástroje: 70 % průměru nástroje;
• vzor řezu: sledování součásti;
• globální hloubka řezu: 2 mm;
• celkový přídavek: 0,5 mm;
• typ nájezdu: po rampě;
• otáčky vřetena: 7 950 min^-1;
• posuv na zub: 0,2.

Zbytkové obrábění

CAM Express obsahuje speciální operace pro tento druh obrábění. Nicméně v každé operaci lze nastavit omezení určitým nástrojem, po kterém chceme provádět např. další hrubování, zbytkové obrábění atd.

Analýza obrábění

Po simulaci celého sledu operací je vhodné dále pracovat s obrobeným dílcem. CAM Express nabízí hned několik druhů analýz. Výhodné je spustit analýzu podřezání se zobrazením tloušťky dle barev. Zde je zobrazena forma s případným nadbytkem či podřezáním. Dle klinutí kurzoru software dopočítá příslušnou hodnotu odchylky. Toleranci barevné škály je možné v nastavení změnit podle požadavků programátora. 2D zobrazení nabízí opět velice rychlou obdobnou analýzu. Dalším způsobem je klasická tabulková analýza, kdy se po klinutí na povrch modelu dopočítají příslušné souřadnice bodu a odchylka obrábění.

Vytváření NC dat

Každý CAM software vytváří APT nebo CL data. Jsou to data o polohách dráhy nástroje v souřadnicích stroje. Tato APT, CL data je nutné dále zpracovat a vytvořit NC kód. K tomu slouží postprocesor. Proto NX obsahuje aplikaci s názvem Post Builder, ve kterém je možné generovat vlastní postprocesory. Součástí projektu bylo vytvoření vlastního postprocesoru.

Závěrem

CAM Express je logický a výkonný software se silnou technologií. Je dobrou volbou pro začínající uživatele, neboť nabízí širokou škálu výukových programů, ve kterých se uživatel učí programovat krok za krokem až k vygenerování NC kódu. Výhodou je také české uživatelské rozhraní.

Zápustka vstřikovací formy vyrobená v rámci bakalářského projektu poslouží studentům fakulty pro studijní účely, například pro uvažovaný projekt týkající se digitalizace zápustkových forem. Autorem výše popsaného projektu je Zdeněk Hájíček, vedoucím bakalářské práce Ing. Jan Hnátík, Ph.D., a konzultantem Jiří Urban z TPV group, s. r. o.

Zdeněk Hájíček

TPV Group

ZČU v Plzni, Fakulta strojní

www.tpvgroup.cz

kto.zcu.cz

jurban@tpvgroup.cz