CAM systémy a nástroje pro plechové autíčko

Tags: CAD | CAM | CNC | Formy | Plechy | tváření

Projekt zabývající se plechovým autíčkem byl popisován v předchozích číslech časopisu. První část se zabývala návrhem konstrukce autíčka pomocí CAD systémů. Ve druhé části bylo popsáno využití simulačních softwarů při ověřování navržené technologie výroby a vývoji tvářecích nástrojů, potřebných pro výrobu plechových dílů autíčka. V tomto článku je pozornost věnována výrobě činných částí navržených tvářecích nástrojů, jejichž tvarové plochy byly zhotoveny na číslicově řízených strojích programovaných pomocí CAM systémů.

Obr. 1 Posloupnost výroby tažníku experimentálního zařízení

Pro výrobu karosérie autíčka byly navrženy čtyři nástroje. První z nich, střižný, je určen pro vystřihování přístřihů. Ve druhém se z přístřihu tahá základní tvar karosérie. Získaný výtažek má obrubu, která se odstraňuje ve třetím, střižném nástroji. Čtvrtý nastroj slouží pro kalibraci výlisku do konečného tvaru, včetně vytvoření prolisů pro kolečka. Vzhledem k rozpočtu šlo o poměrně velkou investici do nástrojů a z tohoto důvodu padlo rozhodnutí celý proces nejprve odzkoušet na experimentálních nástrojích. Získané poznatky z ověřovací výroby karosérií autíček se pak měly využít při konstrukčních úpravách a výrobě produkčních nástrojů. V dalším textu bude popisována výroba činných částí tažných nástrojů z uvedené sestavy, tj. druhého a čtvrtého nástroje. Výroba byla realizována na CNC frézce Emco Mill 155, pro tvorbu NC programů byl využit systém SolidCAM.

Tažník experimentálního zařízení pro tažení základního tvaru byl pořízen z Textitu. Je to materiál tvořený výztuží z vrstev tkaniny spojovaných pomocí fenolformaldehydové pryskyřice. Pro výrobu byla zvolena posloupnost čtyř operací. První, hrubovací operace, byla založena na strategii kontura a ponechávala přídavek 0,4 mm pro následující dokončovací kroky postupu. Následovala druhá operace, zaměřená na dokončování vrchních ploch tažníku s využitím strategie řádkování. Třetí operace dokončovala boční stěny strategií konstantní Z. Závěrečná operace sloužila k dokončení podstavy tažníku opět strategií kontura. Uvedený postup byl vybrán na základě simulací několika alternativ výroby. Při výběru se porovnával čas výroby a dosažená kvalita povrchu, simulovaná a vyhodnocovaná softwarovým nástrojem barevná mapa.

Tažník experimentálního zařízení pro kalibraci výtažku karosérie a vytvoření prolisů pro kolečka byl zhotoven z polyuretanu Fibroflex, určeného speciálně pro činné části tvářecích nástrojů. Podstatou tažení pružným tažníkem je všestranný tlak působící při stlačování gumy vůči pevné kalibrační dutině vyrobené z nástrojové oceli, čímž došlo k vytvarování výstupků pro kolečka. Tvar tažníku je identický jako při tažení základního tvaru karosérie, proto byl použit i shodný postup výroby. Jedinou podstatnou změnou v NC programech byly řezné podmínky, přizpůsobené danému materiálu. Postup výroby je ve zkratce zaznamenán na obr. 1 – v levém sloupci jsou náhledy z CAM systému s analýzou odchylek, v pravém sloupci je zobrazen adekvátní stav výroby.

Obr. 2 Porovnání tažníků experimentálních nástrojů

Tažníky obou experimentálních nástrojů byly zhotoveny z nestandardních materiálů, s jejichž obráběním nebyly na našem pracovišti zkušenosti. Pro stanovení vhodných řezných podmínek byly proto využity přípravné obráběcí operace, během nichž se získaný materiál zarovnával na rozměry polotovaru. Porovnání obou tažníků je na obr. 2.

Obr. 3 Posloupnost výroby tažnice experimentálního zařízení

Tažnice popisovaných nástrojů byly zhotoveny z nástrojové oceli X210Cr12. Otvor v první tažnici byl vyříznut drátovou řezačkou, na CNC frézce byly zhotoveny potřebné poloměry zaoblení na tažné hraně. Kalibrovací dutina tažnice druhého z popisovaných nástrojů byla zhotovena posloupností pěti operací. První, hrubovací, používá strategii kontura. Druhá operace pro dokončení stěn dutiny je založena na strategii konstantní Z. Základem dalších dvou operací (předdokončení a dokončení dna dutiny) je strategie řádkování. Poslední operací bylo vytvoření zaoblení na blatnících s využitím strategie konstantní Z. I v tomto případě byl postup vybírán z několika alternativ výroby. Na obr. 3 jsou porovnávány výstupy ze simulace s reálným průběhem výroby. Porovnání dutin obou vyrobených tažnic je na obr. 4.

Z výroby ověřovací série karosérií vyplynula nutnost realizovat některé změny v konstrukci produkčních nástrojů. Tažník prvního z popisovaných nástrojů se osvědčil, byl jen nově vyroben z nástrojové oceli. U druhého nástroje, v němž jsou tvarovány prolisy pro kolečka, se princip využití pružného tažníku neosvědčil, protože nedošlo k dostatečnému vytvarování prolisů, a to pravděpodobně z důvodu velké tuhosti gumy. Proto byl navržen tvar tažníku i s výstupky pro lisování prolisů na karosérii, který byl vyroben z oceli. Tažnice prvního nástroje získala na základě zkoušek proměnlivý poloměr zaoblení na tažné hraně (po obvodu rt = 1 mm, v oblasti přední kapoty rt = 1 mm až 1,5 mm s plynulým přechodem), tažnice druhého nástroje byla převzata beze změn.

Pro podvozek bylo nutné navrhnout a vyrobit tři nástroje. První z nich, střižný, byl vyroben na zakázku externím dodavatelem a je určen k vystřihování přístřihů. Získaný přístřih už má vystřiženy všechny potřebné otvory, včetně otvorů pro kolečka a upevňovací výstupky karosérie. Ve druhém nástroji se lisuje reliéf a žlábky pro uložení osiček. V tomto stadiu se realizuje první etapa montáže – na podvozek se nasouvají osky s kolečky. Tato podsestava putuje k třetímu nástroji, na kterém se vytváří obruba, která zabraňuje vysunutí osiček s kolečky a zároveň přesně určuje polohu karosérie vůči podvozku při závěrečné montáži. Obruba překrývá spoj těchto dvou částí. V dolní úvrati třetího lisovacího nástroje se lisuje výztužný reliéf za účelem zvýšení tuhosti podvozku.

Obr. 4 Dutiny tažnic experimentálních nástrojů

Jednou z částí třetího nástroje pro lisování podvozku je vyhazovač, umístěný na pružinách v dutině tažnice. Účelem vyhazovače je zajistit vysunutí výlisku z dutiny tažnice, jelikož z důvodu odpružení materiálu po tažení zůstává výlisek zachycen v dolní poloze. Zároveň je na horní ploše vyhazovače negativní tvar vůči tažníku, což napomáhá vytvoření reliéfu na podvozku. Těleso vyhazovače je tvořeno výřezem z dutiny tažnice (drátová řezačka), jeho vnější tvar nebylo nutné upravovat. NC program pro zhotovení požadovaného tvaru na horní ploše vyhazovače byl rozdělen na dvě části. Prvním programem byly frézovány dvě příčné drážky na lisování uložení osiček, druhým programem byly zhotoveny všechny ostatní tvarové prvky na této části nástroje. Na obr. 5 jsou znázorněny dráhy nástroje při frézování tří dutin na čelní ploše vyhazovače, na obr. 6 je analýza odchylek ve stavu před frézováním příčných drážek. Pro tento nástroj byla dále vyrobena tažnice a tažník, všechny hlavní části nástroje před kompletací jsou na obr. 7.

Obr. 5 CAM systémem vygenerované dráhy nástroje


Obr. 6 Analýza odchylek

Obr. 8 zobrazuje jeden z kompletních nástrojů, umístěný na pultu předváděcího pracoviště.

CAM systémy mají v dnešní výrobě, charakterizované produkcí tvarově stále složitějších součástek, již své nezastupitelné místo. Poskytují technologovi – programátorovi CNC strojů možnost v relativně krátké době navrhnout několik variant výroby součástky a ve virtuálním prostředí je porovnat. Jak se ale ukázalo při výrobě některých dílců, přes pokrok v oblasti simulací není možné se zcela spolehnout na jejich výsledky. Jen zkušenosti technologa – CNC programátora s využíváním konkrétního softwaru pomáhají předcházet problémům při výrobě. Popisovaný projekt umožnil několika studentům získat první zkušenosti z výroby, která byla realizována na základě jejich návrhů.

Obr. 7 Hlavní části nástroje finalizace podvozků před montáží


Obr. 8 Nástroj pro tažení základního tvaru karosérie

Článek vznikl s podporou projektů VEGA 1/0500/12 „Výzkum zlepšování kvality frézování tvarových ploch pokročilými povlakovanými nástroji" a 1/0396/11 – „Výzkum a optimalizace metod hodnocení pevnostních a plastických vlastností velmi tenkých obalových plechů".

Literatura

• [1] Projekt plechového autíčka pre Steelpark. [on-line]. Košice: TU, SjF. Dostupné na internetu .
• [2] Trojčák, T.: Návrh technológie CNC obrábania skúšobného lisovacieho nástroja. Záverečná práca. Košice: TU SjF, 2013. 81 s.
• [3] Ižol, P. – Trojčák, T.: Výroba ťažníka skúšobného lisovacieho nástroja. [on-line]. Transfér inovácií, č. 26, 2013, str. 114–119. Dostupné na internetu .
• [4] Fabian, M. – Spišák, E.: Navrhování a výroba s pomocí CA.. technologií. CCB Brno, 2009, 398 s.
• [5] Pokorný, P. – Šimna, V.: The proposal of the classification system for parts produced by CNC machines. Strojírenská technologie, č. 1, 2013, str. 39–44.