Témata
Reklama

Vstřikovací formy v systému Catia

Catia V5, vyspělý CAD/CAM/CAE systém předního světového producenta, francouzské firmy Dassault Systemes, představuje v současné době špičku mezi inženýrskými systémy určenými pro počítačem podporovaný vývoj nových výrobků.

Systém Catia V5 se vyznačuje značnou úrovní průmyslové univerzálnosti, tzn. že může být nasazen do zcela rozdílných oblastí strojírenství. Široké spektrum modulů, kterými Catia V5 disponuje, umožňuje vytvářet softwarové řešení sladěné s konkrétními podmínkami a požadavky uživatelů. Může to být např. automobilový či letecký průmysl, výroba spotřebního zboží a stejně tak i výroba obráběcích strojů nebo investičních celků těžkého strojírenství. Jednou z mnoha oblastí, pro kterou Catia V5 nabízí své možnosti, je výroba speciálních nástrojů, zejména forem pro injekční vstřikování plastů.
Reklama
Reklama
Reklama

Co je to vstřikovací forma?

Vstřikovací forma je nástroj, jehož použitím na speciálním vstřikovacím stroji vznikne výrobek z plastické hmoty. Dnes používané vstřikovací formy jsou technicky poměrně značně komplikovaná zařízení, na která se kladou nemalé nároky z hlediska kvality, produktivity, spolehlivosti a automatizace výroby. Z metodických důvodů si rozdělme vstřikovací formu na dvě oblasti. Tou první je tvarová dutina, tj. vlastně prostor, kam bude na vstřikovacím stroji za vysoké teploty a tlaku vtlačena plastová tavenina, která po ztuhnutí v dutině získá tvar konečného výrobku. Konstrukční řešení dutiny bývají velmi rozmanitá a kromě několika málo pravidel technologičnosti konstrukce se tvar řídí především funkčními, tvarovými a vzhledovými požadavky na plastový výrobek. Druhou oblastí je vlastní konstrukční stavba nástroje, která ve většině případů vykazuje značné prvky podobnosti. Převážná většina forem se dnes sestavuje z nějakého stavebnicového systému standardních komponent, které jsou na trhu. Konstrukční stavba takovýchto forem se skládá ze skupiny paralelních desek s různou funkcí a z řady dalších, v nich vložených nebo k nim připojených součástí, jako jsou vodicí sloupky a pouzdra, spojovací součásti, vtokový, chladicí a vyhazovací systém apod. Stavebnice se používají zejména proto, že díky nim není nutno vyvíjet a vyrábět každou jednotlivou součást formy, a navíc se jedná o velmi profesionálně promyšlené systémy, které optimálně splňují řadu funkčních požadavků.

Co zaformovat?

Základem pro návrh tvarové dutiny formy je počítačový model výrobku. Ten obvykle vzniká přímo u finálního výrobce, např. ve vývojové kanceláři automobilky, a předává se potom dále specializovanému výrobci plastových součástí nebo přímo nástrojárně, která má navrhnout a zhotovit formu. Zní to logicky a samozřejmě, ale mnohdy to bývá problém s ohledem na datovou nekompatibilitu mezi CAD systémy pro návrh výlisku a návrh vstřikovací formy. Kvůli obchodním a zprostředkovatelským firmám, které zakázky na formy distribuují na evropském trhu, dochází často ke konverzi geometrických dat do různých formátů a tím také k nárůstu počtu chyb na geometrii. Z praxe víme, že bezproblémové předání modelu výrobku je v našich nástrojárnách spíše výjimkou než pravidlem. Většinou dostane konstruktér formy model v nějakém univerzálním a přenosově nedokonalém formátu (zejména IGES), takže prioritním problémem je z něj získat korektní objemový (plošný) model výlisku. Catia je světově nejrozšířenějším integrovaným CAD/CAM/CAE systémem, používaným převážnou většinou velkých průmyslových výrobců, a tento fakt je jedním z dalších argumentů pro její nasazení i v nástrojárnách. Přenášet data mezi pracovišti se systémem Catia je logicky méně problémové než zpracovávat data v univerzálním formátu, nehledě na to, že univerzální formát neumožní přenos parametrů, technologicky orientovaných entit apod. Systém Catia je rozšířený zejména v automobilovém a leteckém průmyslu a finalisté logicky stále intenzivněji vyžadují plnou datovou kompatibilitu i od svých subdodavatelů. Catia má samozřejmě funkce pro načítání standardních formátů dat, ale hlavně má účinné nástroje pro "léčení" těchto dat. Hodně nekorektností můžeme korigovat už ve stadiu převodu modelu na objem. Pokud jsou však chyby ve struktuře modelu větší, použije se k tomu určená funkce, která je schopna opravit i mnohdy hodně nekorektní plochy. Na výsledném objemovém modelu výlisku se pak, pokud je to třeba, definují technologické úkosy, zaoblení a smrštění. Další fází je stanovení vhodné dělicí roviny formy, nebo spíše, což je častější případ, tvarové dělicí plochy. Ta bývá mnohdy i velmi členitá, zvláště když forma musí kvůli tvaru výlisku obsahovat i pohyblivé části tvárníku. Pomocníky v tvorbě této plochy jsou funkce pro analýzu úkosu a funkce pro návrh dělicí křivky v závislosti na směru otevírání formy. Pomocí těchto algoritmů vznikne model dutiny formy, rozdělený na jednotlivé části.

Návrh stavby formy

Po ukončení modelovacích úprav na tvarové dutině přichází na řadu aplikace Mold Tooling Design, určená pro kompletní návrh konstrukční stavby formy ze stavebnicového systému. K dispozici jsou standardy Hasco, Rabourdin, DME, EOC, Strack, nebo je možno použít i vlastní systém, vytvořený uživatelem. Aplikace obsahuje řešení všech úloh, které je nutno pro návrh komplexní stavby formy vyřešit. Umožňuje nám zvolit vybraný stavebnicový systém a správný rozměr formy, který vizuálně kontrolujeme v interaktivním 3D náhledu. Uživatel se rozhodne, jakým způsobem vytvoří základ formy. Má několik možností:
  • vytvořit nestandardní formu. Jednoduše vyplní tabulku rozměrů, kde zadá rozměry formy, tloušťku desek a jejich počet.
  • vytvořit standardní formu z vybrané stavebnice (Hasco, Rabourdin atd.).
  • vytvořit formu kombinací obou předchozích možností, tzn. upravit standardní formu.
  • vytvořit formu ze své, předem vytvořené knihovny uživatelských komponentů.
  • Po odsouhlasení systém automaticky vytvoří sestavu formy. Užitečným pomocníkem v práci s komplexní sestavou je možnost zadání různých grafických atributů všem komponentům. Jednotlivé desky pak mohou být zobrazovány s různou úrovní průhlednosti, což velmi zlepší přehlednost a orientaci ve virtuální sestavě formy. Dalším krokem je zabudování dutin formy. Pokud máme předem vytvořeny tvarové vložky pro tvárník a tvárnici, přidáme je do sestavy a zapustíme do desek. V případě, že dutina bude vytvořena přímo v deskách bez vložek, určíme dělicí plochu s tvarem a systém vše integruje do desek. Pak uživatel definuje komponenty, jako jsou vodicí sloupky, pouzdra, středicí kroužky, šrouby apod. Poloha hlavních dílů je předdefinována normou a každý díl vytvoří v deskách patřičné otvory. Změnou polohy komponentu se pak pochopitelně posunou i dané otvory. Tvorba standardních vyhazovačů je obdobná a systém umožní oříznout konce vyhazovačů tvárníkem.

    Ověřování funkcí formy na digitálním prototypu

    Vzhledem k požadavku automatizované výroby tvarově složitých výrobků jsou vstřikovací formy často značně komplikovanými kinematickými soustavami, u kterých jsou spolehlivost a  tvarová stabilita důležitými parametry. Pomocí specializovaných funkcí systému Catia může konstruktér formy v kterémkoliv stadiu návrhu analyzovat kinematické funkce a vyšetřovat případné kolize. Systém rozpozná vazby v sestavě, jako je kontakt, totožnost os, offset atd., a automaticky je nahradí kinematickými uzly. Následně je možno rozpohybovat celou formu a kontrolovat nežádoucí kolize mezi jednotlivými díly formy, a to buď vizuálně, nebo automaticky. Každý prvek je schopen při svém pohybu také vytvořit tzv. tažený objem a ten je možno porovnat s objemy ostatních součástí a nalézt místa střetů. Forma se dá kontrolovat i tím způsobem, že ji dynamicky řežeme pohyblivou rovinou a v kterékoliv poloze nám systém umožní vytvořit 2D kontury řezu. U těch je pak možno velmi přesně vyšetřovat případné interference jednotlivých součástí.
    Následuje návrh vtokové soustavy a systému chlazení. Pokud vznikne potřeba tvorby vlastních, nestandardních komponentů, aplikace Mold Tooling Design je na to připravena. Uživatel vytvoří model komponentu a zadá jeho jméno, materiál, tvrdost atd. Určí model nástroje pro tvorbu otvorů v deskách a nadefinuje textovou tabulku parametrů. Lze efektivně využít a upravit i komponenty ze standardních knihoven a tím urychlit tvorbu knihovny vlastní. Průběžně s návrhem formy ve 3D je možné generovat výkresovou dokumentaci sestavy i výkresy součástí, které se při jakékoliv úpravě 3D dílů aktualizují.

    Výrobní dokumentace

    Po ukončení návrhu formy je potřeba dokončit i dokumentaci, a to jak obsahově, tak i po formální stránce. Obsahové dokončení spočívá především v dostatečném zakótování a i zde máme několik možností. V podstatě si určujeme stupeň automatizace tvorby kót. První spočívá v tom, že systém vygeneruje všechny rozměry ze 3D s následnou kontrolou. Manuální způsob tvorby kót je vhodný v případech, kdy ve 3D máme hodně volné geometrie, a nakonec je tu ještě kombinace těchto dvou metod. Kombinovaná tvorba znamená, že po automatickém vygenerování kót z geometrie modelu zakótujeme ručně zbývající rozměry. Tento způsob je používán nejvíce, protože nevyžaduje mít povinně parametrizovány všechny rozměry na 3D modelu. Formální dokončení dokumentace spočívá v doplnění razítka, identifikace, popisů apod. Následuje automatizovaná tvorba kusovníku a tím je výkresová dokumentace nástroje hotova.
    Samozřejmostí se již stalo, že skutečným podkladem pro výrobu tvarové dutiny formy jsou přímo geometrická počítačová data. Rovněž prizmatické součásti formy, jako např. desky, dokáže Catia obrábět přímo z geometrického modelu, nicméně tento postup se zatím aplikuje méně. Většinou se prizmatické díly obrábějí konvenčně dle výkresu, zejména vzhledem k malému rozšíření výkonných frézovacích center v našich nástrojárnách. Nicméně Catia disponuje výkonnými generátory CNC kódů, a to jak pro frézování prizmatických, tak i tvarových součástí. Tyto generátory se vyznačují vysokou úrovní technologického know-how, rychlými odezvami při změnách parametrů a vynikající možností verifikace zvolených operací.
    Na závěr bych snad měl ještě dodat, že Catia je plně asociativním systémem (což u všech CAD/CAM systémů ještě není úplnou samozřejmostí), tj. provedené změny na geometrii plastového výrobku v jakékoliv fázi návrhu formy se projeví ve všech souvisejících dílech, výkresech, animacích, analýzách a NC programech.

    Další vývoj systému

    Catia je velmi vyspělý nástroj té nejvyšší profesionální úrovně. Výrobce, společnost Dassault Systemes, v současnosti představuje absolutní špičku v oblasti vývoje vyspělých inženýrských technologií. Prostředky, které společnost každoročně investuje do vývoje systému, dosahují až 150 milionů dolarů, a to jsou jednoznačně nevyšší investice v tomto oboru na světě. S každou novou verzí systému, a výrobce uvolňuje tři do roka, progresivně roste počet nových integrovaných aplikací a zlepšuje se funkcionalita těch stávajících. Podrobnější popis strategií výrobce při tvorbě systému Catia a jeho nejdůležitějších vlastností byl uveřejněn v časopisu MM Průmyslové spektrum č. 11/2000.
    Dodavatelem komplexního vývojového CAD/CAM/CAE řešení na bázi systémů Catia je firma Technodat, CAE-systémy, s. r. o., Zlín. Firma má celorepublikovou působnost a další kanceláře v Praze a v Plzni.
    Reklama
    Související články
    Zavedení nového softwaru zefektivnilo konstrukci forem

    Společnost Dramco Tool & Die Co. z Grand Islandu se specializuje na výrobu komplexních vstřikovacích forem pro automobilový a spotřební průmysl. S ohledem na potřebu upgradovat a změnit systém konstrukce a výroby forem za účelem zvýšení efektivity začala hledat systém, který by umožňoval rychlou konstrukci forem, automatizaci některých procesů a umožňoval práci jak s objemovými tělesy, tak s volnými plochami.

    První plnobarevná stolní 3D tiskárna

    Společnost Mcor představila jako první na světě plnobarevnou stolní 3D tiskárnu Mcor ARKe a klade si za cíl dostat tuto 3D tiskárnu do každé kanceláře či učebny.

    Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

    Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

    Související články
    Plasty a robot – jde to dohromady?

    Žijeme v době, kdy nás plasty provázejí na každém kroku. Možná si ani neuvědomujeme, kde všude nám pomáhají, kde nás ovlivňují. Od tužky či propisky přes klávesnici, u které sedíme skoro každý den, po stravování a umělohmotné vařečky, které nahradily ty dřevěné, jež používaly naše babičky. Snažíme se usnadnit si život. Těžké díly ze železa vyměnit za lehčí, plastové. Stejně tak i tvůrci softwaru se snaží zjednodušit výrobu.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Efektivní vývoj plastových dílů a vstřikovacích forem

    V mnoha odvětvích – včetně automobilového průmyslu, zdravotnických technologií nebo spotřebního zboží – představuje proces vstřikování do forem nejpoužívanější a ekonomicky nejvýhodnější metodu výroby plastových dílů. Zásadní je zde povědomí, jak návrh jednotlivých dílů ovlivní jejich vyrobitelnost, a naopak – a to ještě před zahájením výroby. Řešení nabízí konstrukční simulace.

    Efektivní vývoj plastových dílů

    Vstřikování plastů je v řadě odvětví převládajícím a cenově nejvýhodnějším způsobem výroby různých dílů a výrobků. Největší výzvou přitom je znalost toho, jak se konstrukce daného dílu projeví na jeho vyrobitelnosti, a naopak, a to již před samotným zahájením výrobního procesu. Důležitou roli tu proto mohou sehrát simulační technologie.

    Digitální prototypy v techologii vstřikování plastů

    Analýzy digitálních prototypů v Autodesk Simulation Moldflow umožňují provádět optimalizaci celého vstřikovacího procesu plastů, od optimalizace designu samotného výrobku přes nastavení vstřikovacího stroje a výběru nejvhodnějšího plastu až po optimalizaci výrobního nástroje, tj. vstřikovací formy. To vše po stránce technologické i pevnostní.

    Aditivní a hybridní výroba 3D tiskem

    Rychlý rozvoj 3D tisku v posledních letech nejenže zpřístupnil tuto technologii spotřebitelům, ale také umožnil nové typy aditivní a hybridní výroby.

    Software boří bariéry v programování robotů

    Robotmaster – CAD/CAM pro programování robotů – se stal vítězem soutěže Game Changer Awards. Tuto soutěž vyhlašuje prestižní magazín RBR (Robotic Business Review), který sleduje a hodnotí průlomové technologie a nové trendy, světové obchodní a technologické lídry v oblasti robotiky a přichází s nejnovějšími zprávami a analýzami z oblasti globálního robotického průmyslu.

    Virtuálně na veletrh

    Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

    Rodinné podnikání v přesné strojařině

    Brněnská firma VKV Horák se zabývá konstrukcí, vývojem a výrobou přístrojové mechaniky, přípravků, jednoúčelových strojů, forem pro vstřikování plastů, lití polyuretanových dílů a vakuovému tváření plastů. S jejím zakladatelem, panem Zdeňkem Horákem, jsme si povídali o aspektech podnikání v českém prostředí, o vzdělávání, kvalitě škol, průmyslu budoucnosti.

    Automatická optimalizace plastového výrobku, formy a vstřikovacího procesu

    Virtuální a reálná optimalizace procesu vstřikování plastů Varimos (Virtual And Real Injection Moulding Optimisation System) je expertní systém německé firmy Simcon GmbH. Sestává ze dvou základních částí – virtuální a reálné.

    3D tisk nabízí příležitosti pro byznys

    Bouřlivý rozvoj v oblasti 3D tisku a aditivní výroby a „demokratizace“ tohoto odvětví vytvořily prostor pro nové obchodní příležitosti. Ty sahají od domácích hobby strojů k potenciální výstavbě budov s pomocí 3D tisku ve vesmíru.

    SolidWorks World 2014

    SolidWorks World je již šestnáctý rok jednou z největších akcí svého druhu na světě. Jde o každoroční konferenci uživatelů, školitelů a prodejců špičkového designového softwaru SolidWorks. Původně americká společnost SolidWorks dnes patří pod křídla francouzského Dassault Systèmes. Na našem trhu je zastupována firmami SolidVision a 3E Praha Engineering.

    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