Témata
Reklama

Systémy CIM ve slévárnách

V ne tak dávné minulosti byla oblast CAD/CAM systémů doménou velkých „unixových“ počítačů a softwarových systémů pro ně určených. Prudký růst výkonnosti a stejně výrazný pokles cen osobních počítačů v posledních letech však tyto dříve velice ostré hranice téměř smazaly a umožnily použití vyspělých technologií mnohem širšímu spektru uživatelů .

V minulém čísle MM Průmyslového spektra jsme nastínili popis systémů CIM pro slévárenství, jeho přednosti, podmínky pro jeho aplikaci atd. Věnovali jsme se významu technické přípravy výroby jako součásti tohoto systému a začali jsme s definováním jednotlivých komponentů CIM. Byly popsány programy pro evidenci a řízení slévárny a programy pro komplexní podporu metalurgických činností. V dnešní části přinášíme informace o programech kalkulačkového typu, CAD/CAM systémech a simulačním softwaru.
Reklama
Reklama
Reklama

Programy kalkulačkového typu (slévárenské kalkulačky)

Programy kalkulačkového typu tvoří soubory určené pro návrh vtokové soustavy a nálitkování odlitku. Obsahují řadu samostatně použitelných podprogramů pro výpočet hmotnosti a modulu odlitku, dosazovací vzdálenosti, velikosti nálitků a jejich krčků, návrhu horizontální vtokové soustavy a umístění filtrů. Dále umožňují řešení optimálního rozložení modelů na modelové desce, výpočet požadovaného objemu formovacích směsí a také základní metalurgické výpočty.
Programy obsahují jednoduchou databázi slitin a filtrů, kterou si může uživatel kdykoliv doplnit. Umožňují výpočet přetlakové i beztlakové vtokové soustavy. Jsou to systematické nástroje, které mohou slévárenským technologům pomoci při návrhu vtokové soustavy a nálitkování ve shodě s ISO 9000. Předpokládá se přímé propojení těchto programů kalkulačkového typu s programy na simulaci procesu lití a tuhnutí k ověření navržené technologie.
Příkladem může být software dodávaný firmou H&K Mníšek pod Brdy - Foundry Technology (Novacast - Švédsko).

CAD/CAM systémy

Tyto systémy lze používat nejen pro vlastní výrobu, ale i jako prostředek pro vytištění výkresové dokumentace od zákazníka. Základem CAD systémů poslední generace je 3D model, ze kterého lze udělat libovolné výkresy podle potřeb modelárny či nástrojárny.
V naší republice je k dispozici několik desítek CAD systémů. Ne každý však zvládne modelování a následnou tvorbu výkresové dokumentace. Mezi nejvhodnější CAD systémy pro potřebu sléváren patří: ProEngineer, SolidEdge, CADKey, IronCAD, Mechanical Dekstop (Autodesk).
Možnosti uplatnění CAD/CAM systémů ve slévárnách jsou široké. Jedná se většinou o CAD systém rozšířený o další moduly, které jsou určeny pro NC obrábění. Přínosem je zejména zjednodušení výroby modelových zařízení, kokil a nástrojů pro tlakové lití, kde se dá využít CNC strojů a programových výstupů ve formě programu pro CNC stroj (frézka, soustruh či víceosá obráběcí centra) namísto stále používané ruční výroby.

CAM software

Čím větší a tvarově složitější díly je nutno obrábět, tím větší je potřeba vlastnit spolehlivý a výkonný CAM systém spolu s výkonným CNC strojem. Jejich řídicí systémy bývají dnes už standardně vybaveny speciálními CAM systémy dialogového programování, které umožňují tvorbu NC programů přímo na stroji. CAM systémy lze použít na výrobu nejen forem a modelů pro odlévání, ale také vstřikovacích forem, zápustek, střižných a lisovacích nástrojů pro plošné a objemové tváření, nástrojů pro přesné střihy, přípravků atd..
Vhodný CAM systém by měl umožňovat zejména jednoduchou a přehlednou obsluhu, obsahovat dostatečně velkou databázi materiálů, nástrojů a řezných podmínek. Uspokojivá rychlost výpočtů, dobrá optimalizace řezných podmínek, jednoduchost programování a snadnost dodatečného provádění změn jsou také velmi důležité. Z hlediska kompatibility by měl obsahovat širokou databázi překladačů (např. IGES, DXF, SAT, DWG, SolidEdge, Catia a Parasolids), mít spolehlivé rozhraní pro CAD data a být imunní k jejich nekorektnostem.

CAD/CAM pro konstrukci forem

Pro obrábění složitých forem jsou k dispozici moderní CAD/CAM systémy se základním modulem NC. Tím se dá zlepšit jakost forem a modelů. NC stroj může technolog naprogramovat pomocí k tomu určených CAM programů, které jsou jednoduché a nezabírají příliš času. Technologové nemusí disponovat hlubokými programátorskými znalostmi, aby mohli sestavit program, v němž se vyskytují složité dráhy. Mají k dispozici moduly, které tyto programy obsahují a které automaticky tyto dráhy generují.
V nabídce je široká paleta frézovacích operací, přičemž na většinu je možné použít funkce vysokorychlostního obrábění. Můžeme se setkat s různými druhy hrubování, automatickým dohrubováním, kopírovacím nebo topologickým řádkováním, konturováním ploch nebo křivek, interpolací mezi křivkami, vrtacím či kompozitním cyklem. Například pro vysokorychlostní obrábění lze definovat tangenciální smyčky do přejezdů a nájezdů, což výrazně zrychluje obrábění a šetří obráběcí stroj.
Při frézování kovové formy či složitého modelového zařízení je třeba nejprve načíst geometrii z CAD programu. Pak se provede výběr vhodné frézy a zadání délek nástrojů. Programem CAM se vypočítá trajektorie frézy a převede se pomocí postprocesoru do NC programu konkrétního stroje. Po ověření možných kolizí mezi nástrojem, částmi stroje a obrobkem a po jejich případné opravě je možno přistoupit k vlastní výrobě formy.
Příkladem softwaru na tvorbu NC programů jsou Mazatrol, Catia, Euklid, Cimatron, Kovoprog, PowerMILL, VISI-Machining a další.

Simulační software

Slévárenské simulační softwary jsou užitečné již ve fázi přípravy výroby. Slouží k minimalizaci nákladů na opravy kovových forem, modelových zařízení a zmetků. Většinou jsou koncipovány modulově. Hlavní problém je v přesném popisu procesu, který je nutno zadávat formou počátečních a okrajových podmínek.

Simulace lití a plnění formy

Moduly určené pro simulaci lití jsou programové soubory určené k simulaci prostorového proudění taveniny. Načítaná geometrie je ve formátech STL (stereolitografie), DXF, IGES a jiných. Umožňují technologům simulovat průběh vyplňování dutin forem proudícím kovem. Lze je využít k simulaci gravitačního i tlakového lití. Systém je založen na společném řešení rovnic proudění a přenosu tepla. Počítá se s potenciálním prouděním nestlačitelné kapaliny. V úvahu se bere charakter proudění, třecí ztráty a gravitace. Algoritmus výpočtu pracuje s vysokou přesností, ale program je zároveň velmi rychlý a jednoduchý při použití. V úvahu se bere tuhnutí během lití a řešení je plně prostorové. Počítají se tlaková a teplotní pole během plnění a vektory rychlostí.
Vizualizace výsledku je ve 2D nebo 3D formě včetně animace procesu. Může být prováděna po simulaci, ale také během ní. Analýza získaných dat umožní včas odhalit a odstranit vliv vysoké rychlosti a zavíření kovu (problém eroze forem), odhalit místa s podtlakem (přisávání vzduchu) ve vtokové soustavě nebo v odlitku místa, kde se kupí nezaběhnuté nečistoty, vznikají bubliny apod.

Simulace tuhnutí

Moduly určené pro simulaci tuhnutí jsou určeny pro prostorovou 3D simulaci tuhnutí odlitku. Kombinují konvekční tepelný výpočet s uvažováním toku dosazovaného kovu během tuhnutí. K dosažení přesných výsledků bere v úvahu gravitaci, změny v hustotě slitiny a změny v krystalografii odlitku při tuhnutí. Na jejich základě se provádí analýza velikosti a umístění staženin. Při analýze odlitků z LLG umožňuje zahrnout do výpočtu objemové změny vlivem precipitace eutektického grafitu. Při výpočtu se vychází z konstantní teploty kovu a formy na počátku procesu nebo v případě integrace s moduly určené pro simulaci lití z teplotního pole po nalití. Do výpočtu je možné zahrnout vliv chladítek a chladicích kanálů, přihřívací elementy, izolační nátěry, obklady aj. Počítá se velikost vznikajících vzduchových mezer na základě zadané teplotní roztažnosti kovu a formy. Některé z nich však také umožňují importovat geometrii jednotlivých částí z externích CAD systémů ve tvaru STL a DXF a sestavovat je do konečného celku.
Vizualizaci výsledků lze provést již v průběhu výpočtů. Umožňují zobrazit rozložení teplot, tekutou fázi, rozložení staženin a porezity ve 3D zobrazení nebo ve vybraném řezu odlitkem. které zobrazují hranice likvidu/solidu, počátku a konce eutektické přeměny apod. Mají novou funkci 3D zobrazení v tzv. transparentním modu. Umožňují zobrazit křivky teplot, tekuté fáze a rychlosti chladnutí ve více než 100 předem zvolených bodech.
K výpočtu využívají rychlé diferenční metody výpočtu diferenciálních rovnic. Tato rychlost umožní slévárenským technologům prověřit během krátké doby několik alternativních návrhů vtokové soustavy, nálitkování a následně optimalizovat podmínky lití a omezit tak vady na minimum.
Pomocí simulačních programů je možné pozorovat průběh a dobu tuhnutí odlitku, vyhodnocovat kompletní teplotní pole v každé technologické části, intenzitu odvodu tepla, rozložení rychlostního a tlakového pole v odlitku. Je možné odhalit vady vzniklé v odlitku, mikroporezitu a staženiny. Lze také provést výpočet mechanických vlastností (HB, mez kluzu, pevnost, tažnost ).
V České republice je k dispozici následující výběr softwaru: Magma (SRN), Nova Flow & Solid (Švédsko), Pamcast (Francie), Procast (USA) a Simtec (SRN).

Závěrem

Z výše uvedeného souhrnu je vidět náročnost zavádění systémů CIM do slévárenské výroby. Je nutné zvážit kompatibilitu všech součástí, od hardwaru přes operační systém k jednotlivým softwarovým produktům, které musí umět mezi sebou na určité úrovni komunikovat. Zároveň s tímto projektem je třeba realizovat projekt vnitropodnikové sítě LAN společně s výkonným serverem, na kterém budou data zálohována.
Také je nutné zvážit potřebné investice do infrastruktury sítě, systému a již používaného softwaru. Výsledkem by pak mělo být, že po zavedení systému CIM se celý provoz stane mnohem operativnějším, bude existovat větší přehled o rozpracovanosti a plnění zakázek. To povede ke zvýšení produktivity práce a perspektivně i k nemalému ekonomickému přínosu.
Tento projekt je podporován Výzkumným záměrem CEZ:J04/98:212200008.
Reklama
Vydání #3
Kód článku: 20314
Datum: 13. 03. 2002
Rubrika: Výroba / Slévárenství
Autor:
Firmy
Související články
Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

Slévárna, která exportuje také na západní trhy

Díky téměř stomilionové investici a včasné diverzifikaci výroby jsou nyní pro slévárnu Kovosvitu MAS hlavními exportními partnery Německo, Švýcarsko a Anglie.

Technologie pro zpracování druhotného odpadu

Tváří v tvář současným náročným ekonomickým podmínkám závody na zpracování hliníku napříč celou Evropou hledají lepší a efektivnější způsoby, jak zpracovat druhotný kovový odpad. Z finančního hlediska je to logické, ale přináší to kromě zajímavých možností také komplikace.

Související články
Odlitek nebo výkovek - vždy perfektně tryskaný

Rozmanitost slévárenských a kovárenských technologií vyrábějících díly nezná mezí. U výkovků a odlitků jsou nepostradatelnými pracovními procesy odstranění okují, písku a jader a tryskání pro sjednocení povrchu. Zvláště pro tyto průmyslové účely byly vyvinuty různé koncepty tryskacích zařízení na míru – včetně automatizace.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Slévárna navýší kapacitu výroby

Uplynulý rok 2015 byl ve slévárně Kovosvitu MAS obdobím řady důležitých změn a rozhodnutí.

Nové trendy v technologii výroby slévárenských forem

V současné době stojíme na historickém prahu změny jednoho z fundamentů slévárenské výroby, protože technologicky jsme schopni vyrábět odlitky bez nutnosti zhotovit modelové zařízení a každý odlitek tedy vyrobit jako originál.

Vysoce přesné odlitky pro energetiku

V dnešní době je kladen důraz na dodávky přesných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu, u kterých nebude nutné provádět již další operace obrábění. Za posledních pět až sedm let se požadavky na relativní přesnost odlitků zvedly několikanásobně.

Přesně lité odlitky ze superslitin na bázi niklu a kobaltu

Článek se ve stručnosti zabývá historií slévárny v První brněnské strojírně ve Velké Bíteši, výrobním programem a užívanými materiály. Rovněž je uveden přehled výrobního zařízení pořízeného v rámci čtyř inovačních programů. Je zde i zmínka o úzké spolupráci s výzkumnými ústavy a vysokými školami.

Optimalizace výroby těžkých kovářských ingotů

Těžké kovářské ingoty jsou využívány zejména v těžkém strojírenství, např. pro výrobu zalomených klikových hřídelí pro lodní motory či speciálních dílů pro energetiku – jak pro klasickou, tak i jadernou (turbíny, výměníky, parogenerátory). Výroba těžkých kovářských ingotů je doprovázena výskytem segregací jednotlivých prvků ve struktuře oceli, které způsobují anizotropii mechanických vlastností. Ovšem v případě těchto strojírenských komponent musejí být tyto součásti prakticky bez vad, aby splnily nejnáročnější požadavky.

Dispečink na telefonu v dlani jedné ruky

Až čtyřicet pět procent z celkových nákladů na provoz slévárny tvoří spotřebovaná energie. Řešení, které umožňuje efektivně nastavovat využití energie v reálném čase podle potřeby jednotlivých zakázek, tak uspoří deset až patnáct procent její celkové spotřeby.

Keramická jádra v technologii lití hliníkových slitin na vytavitelný model

Používání keramických jader pro odlitky lité na vytavitelný model je běžná praxe u odlitků ze superslitin a ocelí, zvláště pak u odlitků pro náročné aplikace v leteckém a energetickém průmyslu. Tato jádra jsou vyráběna technologií vstřikolisování směsi keramických komponent a vosků do kovových forem. Jádra se následně pálí v zásypu v keramických pouzdrech. Během výpalu dochází k vyhořívání vosku a ke vzniku keramické vazby.

Unikátní technologie 3D tisku písku

3D tisk písku neboli sandprint je technologie, která byla vyvinuta primárně pro výrobu pískových forem pro odlévání kovů.

Automatické formování

V polovině šedesátých let byl na výstavě GIFA v Německu poprvé vystaven průkopnický vertikální formovací stroj, schopný vyrábět daleko více vysoce kvalitních pískových forem za hodinu než do té doby výhradně používané tradiční horizontální stroje, a to při mnohem nižší spotřebě energie a v mnohem menším prostoru. Tehdy byl položen základ stroje, který dodnes představuje vysoké průmyslové standardy v kvalitě, přesnosti, rychlosti a efektivitě nákladů.

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit