diplomski rad 59-06

Факултет за машинство и грађевинарство у Краљеву Катедра за производно машинство

Душан Петровић- Дипломски рад 1

ИЗЈАВА Изјављујем да сам рад урадио самостално, користећи сопствена знања и литературу.

У раду ми је саветима и упутствима помагао ментор мастер рада (др Љубомир Лукић), на чему сам му искрено захвалан. Захваљујем се професорима и асистентима са катедре

за Производно машинство на пренесеном знању и изузетној сарадњи. ________________________________

(Душан Петровић)



Резиме дипломског рада У последњих двадесетак година дошло је до наглог пораста примене полимерних материјала у практично свим областима људске делатности. Оваква примена и изражени захтеви купаца за конструкцијом‐дизајном алата које се базирају на коришћењу напредних 3D CAD/CAM технологија намеће потребу за познавањем CAD/CAM софтверских пакета. У раду је пројектована NC технологија за израду покретне плоче алата (није пројектован цео алат услед бацања акцента на пројектовање технологије, а не алата) за ињекционо пресовање полимера применом ових софтвера. За изабрани део од пластике, применом CAD софтвера (SolidWorks) моделован је отпресак. За изабрани поступак прераде пластичне масе усвојени су основни параметри процеса. Употребом опције Mold Tool Design пројектује се алат на бази модела отпреска што значајно скраћује потребно време пројектовања алата. Према правилима технологије машиноградње и програмирања NC машина креирани су планови стезања, обраде и припреме алата. На основу ових планова, употребом CAM софтвера (SolidCAM) генерисане су путање алата које су проверене симулацијом. Излаз и циљ свих активности у CAM софтверским пакетима је аутоматско генерисање NC кода, који садржи све инструкције за одвијање процеса резања, а који је у раду генерисан.



Садржај 1. Увод ............................................................................................................................................. 4 2. Избор карактеристичног дела од полимера ........................................................................ 10 3. Геометријско моделовање обратка ....................................................................................... 18

3.1. Историјски развој CAD система ........................................................................................ 19

3.2. Основне функције програмског пакета Solid Works.......................................................... 20

3.3. Моделовање палете за темпере .......................................................................................... 21

4. Избор параметара технолошког поступка за израду обратка ........................................... 25 4.1. Основне карактеристике ињекционог пресовања ............................................................. 27

4.2. Дефинисање параметара процеса ињекционог пресовања ............................................... 29

5. Интегрисано пројектовање радних елемената алата за ињекционо пресовање применом CAD система .............................................................................................................. 34 6. Пројектовање NC технологије за израду радног елемента калупа применом CAM система .......................................................................................................................................... 44

6.1. NC програмирање обрадних процеса ................................................................................ 48

6.2. Основне CAM функције програмског пакета SolidCAM ................................................... 51

6.3. Пројектовање NC технологије за обраду непокретне плоче алата применом софтвера SolidCam .................................................................................................................................... 52

6.4. Симулација путање алата у технолошком поступку ........................................................ 65

6.5. Генерисање NC кода........................................................................................................... 68

7.Закључак ................................................................................................................................... 75 Литература ................................................................................................................................... 76



1. Увод Све су више изражени захтеви купаца за конструкцијом‐дизајном алата које се базирају на коришћењу напредних 3D CAD/CAM технологија, а које захтевају континуaлну обуку инжењера и запослених у техничкој припреми и набавци релативно скупих софтверских апликација, што представља значајна улагања. Ове програмске апликације су круцијалне за развој и дизајн производа, конструкцију и израду алата посебно због чињенице да је 2D конструкција алата као и техничка припрема потпуно избаченa из употребе и замењена 3D CAD/CAM/CAE апликацијама које су данас потпуно интегрисане производним процесима. То је један од главних разлога због ког се велики број алатница у региону са традиционалне конструкције и израде алата преоријентисао на обраду делова од метала. Локалне фирме углавном користе пиратске програмске апликације које при коришћењу резултују проблемима у виду непоузданог рада, беспотребном трошењу ресурса и губитка бројних бенефиција. С друге стране учење и коришћење таквих апликација у локалним фирмама се базира на пракси учења уз посао а не професионалној обуци. Све ово наведено, отежава па чак и онемогућава давање адекватне и конкурентне понуде на захтев купца, углавном због страха од прављења грешне процене обима посла код уговарања послова, где и најмања грешка у нормирању радног задатка може бити фатална за фирму. Легални софтвер омогућује доступност постпроцесору за аутоматско генерисање NC‐кодова, који су неопходни за програмирање CNC машина и који гарантују квалитетну израду алата за прераду пластике и других машинских позиција. Аутоматско генерисање путање алата при изради смањује могућност појаве грешака при обради и време потребно за генерисање NC кода.



Коришћењем имплементиране CAD/CAM технологије сматра се највећим инжењерским достигнућем у двадесетом веку, а сигурно је да ће се њихов развој наставити и у будућности. Развој нових средстава, како софтверских и хардверских, тако и машина и робота, као и њихово усавршавање, има за циљ да се смањи директно ангажовање човека у процесима рада. Њиховом применом у процесу производње ослобађа се људска снага као извор енергије и човек као извршилац одређеног рада, а улогу извора енергије и непосредног извршиоца рада преузима машина. Развијајући помоћна средства, човек развија и њихове системе управљања. Системи управљања треба да га замене у управљању механизмима и машинама. Машине и процеси израде се тако аутоматизују, чиме се мења и улога човека у процесу производње: човек од извршиоца постаје организатор и контролор радног процеса. Тиме се остварују процеси израде делова са унапред задатим операцијама, без учешћа човека. Човек не управља свим покретима, свим радњама, него као организатор рада задаје машини одређени програм рада који она самостално обавља. Мере које омогућују да се неки процес са одређеним операцијама реализује самостално, без учешћа човека, а који се може понављати више пута, одређују степен аутоматизованости машина. Нивои аутоматизације производних система и процеса су:

NC ‐ Numerical Control ‐ Нумеричко управљање машинама је метод управљања по програму у алфа‐нумеричком коду, који садржи низ команди записаних у одређеном формату ради кретања извршних органа машине.

CNC ‐ Computer Numerical Control ‐ Компјутерско нумеричко управљање базира на већој примени рачунара и програмирању на бази програмских језика

DNC ‐ Distributed Numerical Control ‐ Компјутерско нумеричко управљање базира на рачунарским мрежама и сервер рачунарима на којима се пројектује технологија, генерише NC код који се рачунарским комуникацијама доставља CNC‐у.

AC ‐ Adaptive Control ‐ Адаптивно управљање представља виши ниво аутоматизације у производним технологијама, у коме се регулишу параметри процеса обраде ("карактеристичне величне" ‐ силе резања, температуре, квалитет површине, тачност мера итд.) у циљу оптимизације производности и квалитета уз минимизацију трошкова.

AHM ‐ Automated Handling of Materials ‐ Аутоматско руковање материјалом подразумева аутоматско кретање материјала од машине до машине, кретање материјала на самој машини са стезањем и отпуштањем, инвентарисње и одвоз готових делова.

RC ‐ Robot Control ‐ Нумеричко управљање кретањима робота са регулаторима брзине и интелигентним робот “vision” системима.



CIM ‐ Computer Integrated Manufacturing Systems ‐ Компјутерски интегрисане технологије (компјутерски подржана производња), почевши од компјутерске графике, преко пројектовања производа и производњe базирају се на примени компјутера и савремених информатичких технологија.

Најчешће се примена нумеричког управљања повезује са управљањем машина алатки у индустрији обраде метала или неког другог материјала (например дрвета, полимера). Машинска обрада јесте била област прве примене NC технологије и још увек је једна од најважнијих и најдоминантнијих. Међутим, нумерички управљане машине имају примену у свим гранама индустрије, само што тамо не врше непосредну обраду. Тако су например, у текстилној индустрији нашле масовну примену у управљању процесима сечења, плетења, ткања и слично. Такође и у осталим гранама индустрије: фармацеутској, процесној, електроиндустрији и другим гранама. Компјутерски подржана производња (CIM) обухвата све фазе производње у смислу оптимизације коришћења великог броја података преко одговарајућих база података. Компјутер је поуздан асистент инжењеру технологу у смислу компјутерског програмирања за CIM системе, роботе, за конструисање алата, за одржавање производне опреме, за преглед и контролу, и др. Основне предности примене нумерички управљаних машина су:

повећање продуктивности смањењем укупног времена, услед смањења главног и помоћног времена,

висока тачност обраде и незнатна контрола обратка, обрада делова сложенијих профила који се тешко могу остварити на конвенционалним

машинама, повећање временског степена искоришћења машине, смањење броја и трајања припремних операција, једноставније управљање процесом производње, избегнута потреба за високостручним послужиоцем машине алатке, послужилац машине алатке има више слободног времена и може да прати рад друге

машине. Као основни недостаци примене ових машина наводе се:

обавезно планирање рада до детаља, потреба за високостручним програмерима, велики инвестициони трошкови, поузданост нумерички управљане машине у односу на конвенционалну може бити

нижа.



Компјутерски подржано пројектовање (CAD - Computer Aided Design) омогућава лакше и брже пројектовање и конструисање производа почевши од концепције, разних илустрација, модела до прототипа. Може се брзо и потпуно извршити анализа најразличитијих конструкција, почевши од најједноставнијих, до врло сложених структура, као што је крило авиона.

Слика 1.1. Активности које обухвата CIM CAМ (Computer Aided Manufacturing)-компјутерски потпомогнута производња интегрише различите производне функције и активности. Најчешћа област примене CAM система је пројектовање и симулација обрадног поступка и генерисање програма за CNC машине. CAM системи покривају и велики број других функција и активности као што су праћење и управљање процесима, управљење производњом и помоћном опремом и сл. CAQ (Computer Aidded Quality Control – компјутером подпомогнуто управљање квалитетом). Ове активности обухватају све активности контрoлe (оперативног управљања) квалитета у неком технолошком систему. Понекад се као синоним користи термин CAT (Computer Aidded Testing - копјутером потпомогнуто испитивање) што представља сужени термин у односу на CAQ. Уз помоћ компјутерски подржаног инжењерства (CAE - Computer Aided Engineering) могуће је за неку структуру симулирати, анализирати и ефикасно тестирати статичко и динамичко понашање, топлотно понашање, и др. Коначно, могуће је извршити оптимизацију структуре сагласно функцији циља и постављеним критеријумима. Компјутерски подржано планирање производње (CAPP - Computer Aided Process Planning) побољшава продуктивност оптимизацијом процеса планирања, редукцијом планиране цене и побољшањем квалитета производње. Време појединих операција и процена цене могу бити укључене у систем.



FMS (Flexible Manufacturing Systems)-флексибилни технолошки системи представљају интегрисане технолошке ћелије у веће јединице, где индустријски роботи опслужују више обрадних центара или CNC машина, чије су управљачке јединице повезане са надзором из централног компјутера.Битна карактеристика примене CAD/CAM система се односи на њихову интеграцију, чиме се постиже интеракција процеса пројектовања производа и технологије или неке друге активности пројектовања која егзистира између ове две. Током одвијања сваке од фаза пројектовања може се остварити повратна спрега. Тиме је омогућено, да ако се уочи грешка или недостатак у реализацији неке од претходних фаза, може се вратити уназад и кориговати. Упоредна анализа коришћења машина показује да једна нумерички управљана машина замењује 3 до 8 конвенционалних машина алатки, што омогућује смањење опреме, производног простора, радне снаге и друго. Продуктивност се повећава до 50%, тачност израде делова повећава се 2 до 3 пута, а број и цена накнадних операција смањујесе 4 до 8 пута. Временски степен искоришћења нумерички управљане машине треба да је велики, јер се нумерички управљана машина алатка већ после 5 година сматра застарелом. На скраћивање века трајања машине утиче и стална појава новијих, савременијих и продуктивнијих типова машина алатки. Производи широке потрошње обично имају захтеве лепог површинског изгледа, површинског сјаја, отпорнодти тих површина на деловање медија за који су намењене и др. Технички производи имају захтеве везане за различите механичке и термичке услове, упијање влаге, отпорност на одређене хемикалије. Овако високи захтеви могу се једноставно исппунити, јер је области индустрије прераде пластике компјутерски подржана почевши од самог пројектовања производа, преко производње, маркетинга и продаје, па све до рециклаже. Примена напредних софтверских алата је драстично скратила време увођења новог производа на тржиште, заменом скупих прототипа много бржим и јефтинијим прототиповима на компјутеру.

Слика 1.2. Пример симулације уливања пластичне масе



Једна од техника која је унела револуцију у прераду пластичних маса у последњим деценијама је компјутерска симулација уливања пластике (слика 1.2) и анализа хлађења. За разлику од традиционалних метода узастопне израде веома скупих прототипова и отклањања грешака, постало је могуће, са великим степеном сигурности, предвидети да ће се нови производ добити већ из првог покушаја, а притом испуњавати тражени квалитет. У индустрији прераде пластике, а посебно у области бризгања пластике, компјутери омогућавају веома корисне методе како у фази пројектовања производа (CAD), тако и у фази симулација и анализа (CAE) и фази пројектовања технологије (CAM), омогућавајући тако да се пројектовање технологије за обраду просторно сложених површина претвори у рутински процес. Примена CAD/CAE/CAM технологије код бризгања пластике тако омогућава смањење трошкова израде алата од 10 до 40%, смањење времена избацивања производа на тржиште од 10 до 50%, смањење утрошеног материјала од 5 до 30% и смањење самог времена производње 50 до 80%. Предности примене CAD/CAE/CAM технологије код пројектовања алата за бризгање пластике су:

• убрзани циклус пројектовања алата, са мањим бројем пробних испитивања, • повећан квалитет израде самог производа, • мање грешака у техничкој документацији, • побољшање тачности машине, • стандардизација компоненти, • унапређена брзина и тачност одређивања цене коштања и • бржи одговор на захтеве тржишта



2. Избор карактеристичног дела од полимера У последњих двадесетак година дошло је до наглог пораста примене полимерних материјала у практично свим областима људске делатности. Они данас представљају саставни део живота сваког од нас са разноврсном применом од свакодневно коришћених артикала до софистицираних научних и медицинских инструмената. Прерада полимера представља значајну индустријску грану у свету, а и у нашој земљи. Учешће делова од пластике постаје све значајније у многим областима технике (аутоиндустирја, електротехника, електроника, телекомуникације, компјутерска техника, производња кућних апарата, хемијска и фармацеутска технологија итд.). Готово да нема привредене гране у којој компоненте од пластике нису присутне. Колики је значај полимерних материјала показује и податак да је Кина уштедела 1,6 милиона тона нафте, односно 270 000 тона пластике (око четрдесет милијарди пластичних кеса) у периоду од годину дана након увођења забране коришћења пластичних кеса у продавницама. Полимери су материјали сачињени од макромoлeкула који се састоје од великог броја основних јединица-мера1. Полазне јединице које учествују у синтези макромoлeкула називају се мономери. Скроб, целулоза, свила, протеини и други су природни полимери. Синтетички полимери добијају се хемијским процесима у одговарајућим постројењима. Типичан синтетички полимер је полиетилен који се добија синтезом етилена CH2=CH2 . Знак = означава да су скупови CH2 повезани двоструком везом. Формула полиетилена може се писати у облику: (−CH2−CH2−)n.

1 грч. мeros=део



Овде је етан основни мономер. Цели број n зове се степен полимеризације, а означава број основних мономера који су везани у макромoлeкул полиетилена. Члан −CH2−CH2− представља етилен који је основна јединица (мер). Погрешно је рећи да је мoлeкул полимера састављен од мономера јер се мер и изворни мономер разликују. Ако је степен полимеризације низак, око десет, обично се такав мoлeкул назива олигомером, а не полимером. Мoлeкули настали у првим степенима полимеризације имају своја посебна имена: димер, тример, тетрамер итд. Доследно овој терминологији мoлeкули с високим степеном полимеризације требали би се називати полимерима. Међутим, термин полимер уобичајено се користити за материјале изграђене од мoлeкула с високим степеном полимеризације, па се онда за мoлeкуле користи назив полимерни мoлeкул или чешће макромoлeкул.

Слика 2.1. Полимер полиетилена

Полимери су претежно органског порекла и састоје се претежно од угљеника, затим водоника, кисеоника, азота и сл. Неоргански полимери не садрже угљеникове атоме већ су грађени од макромoлeкула који садрже неорганске елементе. Поред ова два постоје и неорганско-органски полимери, као што су силикони, који садрже и органске и неорганске елементе. Полимери могу, према пореклу, бити природни и синтетички. Многобројни представници полимера налазе се у природи, на пример: целулоза, скроб, беланчевине, каучук, док се данас производи на стотине синтетичких полимера. Обзиром на својства полипласти се деле на пластомере, дуромере, еластомере и еластопластомере. Пластомери омекшавају при загревању, а хлађењем прелазе у чврсто стање. Циклус загревања и хлађења може се понављати безброј пута уколико при загревању не дође до хемијских реакција које би изазвале делимичну промену структуре. Пластомерни материјал има довољно велику јачину, димензиону стабилност и механичка својства погодна за различите примене. Дуромери загревањем не омекшавају. Имају умрежену структуру (слика 2.2.б) насталу ковалентним повезивањем полимерних ланаца, тј. повезивањем функционалних делова два одвојена ланаца. Број попречних веза диктира својства полимера.



Слика 2.2. Попречно повезана и разграната структура полимера а. попречно повезани, б. разгранати

Умрежени полимери немају приметну тачку остакљавања, не могу се топити или преобликовати. Наиме, при првом обликовању подлежу хемијским реакцијама којима настају интензивно умрежене тродимензионалне структуре и неповратно очврсну (постају нетопиви). Дуромери су типично “тврди” полимери. Тврдоћа омогућује примену ових полипласта као конструкционих материјала. Еластомери (природни и синтетички каучуци, силикони, полиуретани) на собној се температури могу истезати до најмање двоструке изворне дужине и тренутно се враћају на почетну дужину након престанка деловања спољашње силе. Да би еластомерни материјал имао задовољавајућа употребна својства, између еластомерних макромoлeкула се, уз физичке везе, накнадно уграде хемијске везе (мостови између појединих макромoлeкула). Еластомерни макромoлeкул с двоструким везама (на пример, полиизопрен) умрежује се сумпором, а процес се зове вулканизација (обавља се у производњи пнеуматика), слика 2.3. Засићени еластомерни макромoлeкули (нпр.полиизобутилен) умрежују се у присуству иницијатора (органских пероксида), реакцијом слободних радикала.

Слика 2.3. Умрежавање еластомерних ланаца сумпором (вулканизација)



Еластопластомери су скуп полипласта који се при собној температури понашају попут еластомера, а при повишеним температурама попут пластомера. Треба истакнути полимерне чврсте електролите а међу њима поли(етиленоксид) или кополимере етилен-оксида и пропилен-оксида с релативно великим процентом алкалних соли. У свету се користи око двадесет врста пластике од којих пет група пластике чини 75% укупне потражње2 за пластиком у Европи: PE-LD и PE-HD полиетилен (PE), полипропилен(PP), поли(винил-хлорид) (PVC), полистирен (PS и ЕPS) и поли(етилен-терефталат)-PET. Индустрија пластике и европској унији, без земаља кандидата, запошљава 1,6 милиона људи. Полиетилен (PE): PE је најједноставнији угљоводоник. Производи се полимеризацијом етилена CH2=CH2, етилен (слика 1.1). Садржи мер - CH2- CH2- који ствара макромoлeкул опште формуле -(CH2- CH2)n-. Макромoлeкули PE су углавном једноставне линеарне структуре у издуженим просторним положајима (планарним конформацијама). Лако кристалише из растопа и ствара правилно грађене ламеле пресавијених макромoлeкула. Својства PE -а зависе од:

- структуре - додатака

Најважнији структурни параметри: - степен кристалности - просечна мoлeкулска маса

Врсте PE –а: PE се, на темељу разлика у густини, дели на: - PE-LD (low densits) - полиетилен ниске густине - PE-LLD - линеарни полиетилен ниске густине - PE-HD (high densits) - полиетилен високе густине - PE-МD - полиетилен средње густине - PE-VLD - полиетилен врло ниске густине - PE-UHMW - полиетилен ултра високе мoлeкулске масе

Највише се производе PE-LD и PE-HD. PE-LD поседује врло разгранати основни ланац у макромoлeкулима. Има густину 0,915-0,953 g /cm3, омекшава при 85-87°C, а топи се на је око 110°C. То је жилав материјал великог модула еластичности, воскасте конзистенције и непотпуне прозирности. Вискозност растопа је мала па се лако прерађује екструдирањем и ињекционим пресовањем. PE-HD поседује линеарни ланац врло мале разгранатости и због тога је удео кристалне фазе велики. То је материјал веће тврдоће, јачине и крутости, мање пропусности за гасове, али повећане хемијске отпорности. Производња PE-а: Избором поступка производње, притиска, температуре, иницијатора и катализатора одређује се мoлeкулска маса, њихов распоред, гранатост макромoлeкула и степен кристалности. PE-LD прерада и употреба: PE се може прерађивати свим главним поступцима, а највише се користи екструдирање, дување, ињекционо и ротационо пресовање. PE-LD је материјал с добрим механичким својствима, хемијски отпоран, непропустан за воду и друге неагресивне течности и релативно је јефтин. Служи за израду филмова и фолија. Фолије служе за израду амбалаже за прехрамбене, пољопривредне, текстилне и др. производе. 2 Извор:Plastics Europe Market Research Group (PEMRG)



Екструзионим дувањем (или ињекционим пресовањем) израђују се кутије и посуде. PE-LD истегнут до границе истезања током производње, поновним загревањем и хлађењем заузима свој првотни облик и настаје тзв. скупљајућа фолија (енг.shrinkable film). PE-LD служи за израду различитих врећа, а у грађевинарству служи као материјал за изолацију. PE-HD служи за и за израду цеви, амбалаже и др. Експандирани Екструдирани полиетилен полиетилен

Слика 2.4. Примери употребе полиетилена

Полипропилен (PP): Производи се из прoпeна (пропилена) уз Зиеглер-Натта катализаторе механизмом координационе полимеризације.Комерцијални PP садржи око 90% изотактне структуре, степен кристалности је 60...70%, густина му је 0,90...0,91 g /cm3, а тачка топљења 160...170°С. Постојан је на деловање воде и органских растварача. Због реактивног водоника на терцијалном угљенику подложан је оксидационој разградњи-додају се антиоксиданси: супституисани феноли и амини). Постојаност на УВ зрачење побољшава се додатком УВ стабилизатора. Тврђи је, еластичнији и прозирнији од PE, а баријерна својства су им готово једнака. У примени су хомополимери, кополимери и композити на бази PP. Служи за израду амбалаже и влакана.

Вештачка трава на спортским теренима

Слика 2.5. Примери употребе полипропилена



Поливинил-хлорид (V): Производи се полимеризацијом винил-хлорида у суспензији, емулзији, раствору, механизмом слободних радикала. Производ полимеризације је бели прах, а финоћа праха зависи од технике полимеризације. V је крт и тврд, прозиран и тешко прерадљив материјал, тачке остакљавања око 80°С, постојан на утицај влаге и хемикалија. Топлотно је релативно нестабилан. Као такав имао би врло уско подручје примене. Полистирен (PS): PS је пластомер који се загревањем топи, а хлађењем очврсне без промене хемијског састава. Има добра својства, лако се прерађује и релативно је ниске цене. Мoлeкули лабораторијског PS-а су линеарне изотактне конфигурације, теоретски врло интересантне, али технички неупорабљиве. Аморфан PS (PS-GP, polystirene general purpose) јe тврд, прозиран, задовољавајуће јачине, стаклу сличан материјал великог индекса лома и велике пропусности за видљиво стакло. Због кристалне прозирности, иако аморфне структуре, често се назива и кристaлни PS (стемпература остакљавања је 80-100°С, густина 1,04-1,07 g/cm3). Полиетилен-терефлатат (PET): Настаје поликондензациoном реакцијом терефталне киселине или ди-метил терефталата и етилен гликола. Полимеризација се спроводи обично изнад тачке топљења полиестера, а добијена течност се екструдира у влакна (Терилен, Дакрон) или у грануле за производњу филмова и плоча.

Слика 2.6. Мер полиетилен-терефлатат-а

Густина аморфне фазе је 1,33 g/cm3, а кристаличне 1,50 g/cm3 . Аморфни PET је потпуно прозиран, а кристаласти, зависно од удела кристалне фазе и величине сферолита, мутан или бео.

Слика 2.7. Пример примене PET полимера



Остакљавање је при око 70°С, а топљење при око 265°С. Поседује добра баријерна својства. Употребљив је до 220°С (фолије за печење). Топлотно се разграђује изнад 300°С. Поседује најбоље разрађен систем рециклаже. Основне предности делова од полимерних материјала огледају се у:

малој тежини добре електроизолационе и термоизолационе особине висока јачина у односу на количину материјала лако обликовање велики асортиман у погледу боја хемијска постојаност пригушивање звука релативно ниска цена производње...

Неки од недостатака делова од полимерних материјала су: изражено пузање материјала термичка нестабилност промене особина услед У‐В зрачења релативно мала крутост, чврстоћа и тврдоћа тешкоће при поправци делова тешкоће при рециклажи димензиона нестабилност склоност старењу и разградњи.

Основни чиниоци који условљавају избор пластомера за неку примену су: Механичке особине (деформације, жилавост, јачина, отпорност на хабање) Топлотне особине (запаљивост, коефицијенти истезања и ширења, специфични

топлотни капацитет, продорност топлоте) Електричне особине (отпорност стварања лука, пробојност, диелектрична јачина) Оптичке особине (провидност, прозрачност) Хемијске особине (отпорност на деловање киселина и база, растворљивост) Реолошке особине (вискозност, ентропијска еластичност) Особине површине (храпавост, сјај, боја) Димензионална стабилност (допуштена одступања) Прерадљивост (способност пуњења калупне шупљине, могућност потискивања

отпреска из калупне шупљине) Постојаност површине Могућност накнадне и завршне обраде (бојење, утискивање натписа, метализирање) Цена пластомера Фазна стања полимера

Да би се одабрао оптималан пластомер за одређену примену потребно је имати информације о условима експлоатације и примене предмета који би се производио од пластомера. Поред тога веома су важни подаци карактеристика пластомера како би се пронашло најбоље решење, како у техничком, тако и у економском погледу.



Код анализе података карактеристика пластомера из приручника и спецификација произвођача обично није довољан критеријум за оцену вредности пластомера за неку примену. За оптималну оцену су поред овакве анализе потребне и технчке процене, искуство, а често и експерименталне провере у директној примени. Као карактеристичан део од пластике усваја се палета за темпере, слика 2.9.

Слика 2.9. Палета за темпере

Анализом карактеристика полимерних материјала, за материјал палете усвојен је полипропилен (polypropylene). Полипропилен одликује изузетна комбинација механичких, топлотних и електроизолационих карактеристика. Спада у групу полимера линеарне структуре и представља тврд термопластичан полимер изузетно широке примене. Хемијски је постојан према киселинама, не упија воду, временски је постојан, добре тврдоће и јачине, постојаног облика, без мириса и боје, неломив. Услед изузетне обрадивости и релативно ниске цене овај полимерни материјал налази све већу примену у свим гранама индустрије.



3. Геометријско моделовање обратка Компјутерски подржано пројектовање (CAD ‐ Computer Aided Design) је процес пројектовања производа уз помоћ компјутера и обухвата активности које се одвијају између електронског цртања и рада на софтверским системима који подржавају аутоматско пројектовање производа. CAD се може дефинисати и као примена рачунара и графичког софтвера за помоћ при изради или побољшању конструкције производа од конципирања до документације. CAD представља групу метода и алата која помаже процесу конструисања у креирању геометријске презентације онога што се конструише, димензионисању и толеранцијама, управљање изменама конструкције, архивирању (чувању), размени информација о деловима и склоповима, уз помоћ рачунара. CAD модел је улаз за наредни корак у пројектовању производње (CAM), или aнализе (CAE) Примена CAD/CAM система даје бројне предности корисницима, тако да се данас практично не поставља питање да ли их треба користити већ која су оптимална решења за конкретну производну или развојну фирму. Основне предности примене CAD система су:

Повећање продуктивности (брзине) – Данас представља један од најважнијих захтева који се поставља пред фирме. Поседовање правог решења у правом тренутку (што раније) представља услов напредовања и опстанка у условима глобалне конкуренције. Повећање брзине се може постићи на следеће начине:

o Аутоматизација рутинских послова ради повећања креативности o Унос стандардних делова из базе података o Брза израда прототипа



Подршка измeнама на конструкцији – Лаке и поуздане измене конструкција, са једне стране омогућавају отклањање грешака које настају у процесу конструисања, а са друге што је још важније, могућност креирања бројних варијанти и њихово побољшавање у процесу оптимизације конструкционих решења. Лаке измене конструкције се остварују на следеће начине:

o Нема потребе за поновним цртањем свих делова после сваке промене o Чува претходне конструкторске итерације

Комуникација – се може посматрати са следећих аспеката: o Са другим тимовима/инжењерима (произвођачи, добављачи...) o Са другим програмима (CAD, CAM, CAE, ...) o Са маркетингом (реалистични приказ конструкције) o Уредност (виско квалитетни цртежи)

Неке основне анализе – Поред основне намене савремени CAD софтвери укључују у себи све више модула. Данас су актуелни тзв. PLM (Product Lifecycle Management) софтвери који укључују софтверска решења за велики број фаза животног циклуса пороизвода од појаве потребе до повлачења из експлоатације и рециклирања.

3.1. Историјски развој CAD система Развој апликација за креирање модела као помоћ при конструирању започео је 50‐тих и 60-тих година прошлог века. Први CAD системи били су оријентисани само на дводимензионално цртање тј. креирање техничке документације. Тек током 60‐тих и почетком 1970. године појавиле су се први захтеви за проширењем 2D CAD система увођењем треће димензије. Прелазак на 3D показао се као знатно комплекснији задатак од само додавања треће координате. Сматрало се да је потребно имати средишњи тродимензионални модел на основу којег би се могли аутоматски креирати дводимензионални цртежи.

Слика 3.1. CAD системи



Током 1970. године почели су радови на имплементирању већ познатих алгоритама за приказ скривених линија и површина. У исто време појавили су се и први CAD системи који користе крута тела као основу за креирање модела. Ускоро су се издвојила два приступа: "Boundary representation" на Универзитету Кембриџ и “CSG” модел на Универзитету Рочестер. Основна предност CAD система коју користе крута тела је та што је практично немогуће креирати геометрију тј. модел који није исправан. Корисник у раду користи примитиве пуних тела, а не геометријске објекте нижег нивоа као што су тачке, линије, кружнице, итд. Дуго се мислило да ће CAD системи који користе крута тела истиснути ,,цртаће“ системе, али до тога још није дошло. Чак и данас већина CAD система темељи се на дводимензионалном цртању. Уместо у подручју развоја производа употреба CAD система који користе крута тела одликује се у изради модела, изради документације, проучавању монтаже, роботици, дефиницији геометрије, затим FEM анализи и изради CNC програма. Током година развиле су се нове методе које су допринеле квалитету CAD система. Геометријске моделе, који се користе у CAD апликацијама можемо поделити у три врсте:

графички модели – претежно намењени креирању техничке документације и илустрација,

површински модели – намена им је подршка процесу креирања и изради слободних површина

крута тела – намена им је да потпуно обухвате тродимензионалну геометрију физичког модела.

3.2. Основне функције програмског пакета Solid Works Програм SolidWorks америчке компаније SolidWorks Corporation, служи за машинско пројектовање и аутоматизацију процеса који су засновани на параметарском моделовању пуних тела. SolidWorks је први CAD пакет који користи графичко окружење Microsoft-овог Windows-а. Захваљујући Windows-овој функцији превлачења објеката мишем, веома је лако савладати овај CAD пакет. Једна од кључних карактеристика SolidWorks програма за моделовање коришћењем основних геометријских фигура је коришћење технике параметарског моделовања заснованог на основним карактеристикама објеката. Приступ који дефинише параметарско моделовање засновано на основним карактеристикама објеката подигао је технологију везану за моделовање геометријских облика до нивоа када ова технологија представља веома корисан алат за израду пројеката. Параметарско моделовање омогућава аутоматизовање процедура пројектовања и ревизије пројекта коришћењем параметарских карактеристика. Параметарске карактеристике дефинишу геометрију модела помоћу пројектних променљивих.



Слика 3.2. SolidWorks лого

. Програм нуди три основна радна режима: Part, Assembly, Drawing. Режим Part служи за моделовање пуних делова, делова од лима, заварених конструкција, може се анализирати отпорност модела на различита оптерећења и др. Assembly режим служи за састављање елемената склопова. Drawing се користи за израду документације претходно моделованих делова. Уколико се моделовани део искористи за израду документације и склопова и након тога едитује, промена ће се пренети и на склоп и на документацију.

3.3. Моделовање палете за темпере Моделовање започиње избором режима Part (слика 3.3.а), након чега се креира скицa у одговарајућoj равни (слика 3.3.б).

a. б.

Слика 3.3. Избор режима (а) и креирање почетне скице (б)

Када се креира потребна скица, употребом опције Еxtruded Boss/Base креира се део приказан на слици 3.4.



Слика 3.4. Употреба опције Extruded Boss/Base Опцијом Extruded Cut креира се елемент приказан на слици 3.5.

Слика 3.5. Употреба опцијe Extruded Cut



Слика 3.6. Употреба опцијe Boss-Extrude

Слика 3.7. Употреба опције Boss-Extrude



Слика 3.8. Употреба опције Shell

Опцијом Shell задаје се да дебљина отпреска свуда буде 1mm и да буде отворен са селектоване стране. Опцијом Fillet креирана су потребна заобљења, што је последњи корак.

Слика 3.9. Моделован део

Опцијом Fillet креирана су потребна заобљења, што је последњи корак. Овим је моделовање горњег дела кућишта завршено.



4. Избор параметара технолошког поступка за израду обратка Подела поступака прераде полимера може бити према различитим критеријумима. Тако на пример, прерада полимера може бити прерада са одвајањем материјала (резање) и прерада без одвајања материјала (ливење, екструзија, пресовање...). С обзиром на ток одвијања процеса прерада полимера може бити циклична и континуална. У поступке прераде полимера спадају:

1. Примарна прерада или праобликовање полимера, која обезбеђује израду производа одређеног облика и физичко-механичких и других особина, од полазног материјала који нема одређену форму (на пример од гранулата, праха, раствора, растопа итд.). Праобликовањем полимера добијају се, најчешће, полупроизводи који се даље могу прерађивати другим поступцима у готове пластичне производе.

2. Поступци обликовања – који омогућују даљу прераду примарно добијеног полуфабриката.

3. Обрада резањем – у коју спадају стругање, глодање, брушење, бушење и друге методе примењене на обраду полимерних материјала.

4. Обрада спајањем – где спада спајање помоћу завртањских и других механичких веза, спајање заваривањем, лепљењем итд.

5. Површинска обрада – у коју спадају поступци бојења и лакирања, рељефног обликовања, галванизација, превлачење другим материјалима итд.

Најзаступљенији поступци примарне прераде пластике су екструзија, каландрирање, директно пресовање, индиректно – трансфер пресовање и ливење (ињекционо пресовање, бризгање).



Екструдирање је поступак истискивања растопљеног материјала кроз отворе у алату који је постављен на крају цилиндра машине – екструдера. Овим поступком израђују се фолије, траке и плоче. Каландрирање је поступак примарног обликовања полимера који обезбеђује добијање бесконачних трака. Овим поступком обликују се траке од термопластичних полимера и гуме. Директно пресовање је циклични поступак код ког се полазни материјал у облику гранулата, праха или већ предобликованог припремка од гуме или пластике ставља у темперирани калуп. Обрадак се обликује затварањем калупа и дејством високог притиска. Индиректно – трансфер пресовање је поступак убризгавања полимерног материјала из коморе за убризгавање у темперирани калуп. Растопљени материјал се преко канала доводи до гравуре калупа, слично као код ињекционог пресовања. Ињекционо пресовање остварује се тако што се тачно одређена количина термопласта (доза) загреава и пластифицира у посебном цилиндру машине, а затим убризга кроз млазницу у загрејани калуп под високим притиском до 1600 бара. Након хлађења отвара се алат и избацује готов производ. Пластифицирана маса треба што пре да попуни калуп, а притисак и температура треба да буду уједначени би се постигла једнака структура. Ињекционо пресовање је најважнији циклични поступак прераде полимера, а према достигнутом технолошком нивоу и најусавршенији. Овај поступак спада у примарну прераду полимера, јер се облик отпреска добија од полазног материјала који нема одређену форму (грануле, комадићи и сл.) Ињекционим пресовањем се обликују сви полимери: дуромери, еластомери, еластопластомери, а посебно је распрострањена прерада пластомених материјала. Према прерађеним количинама ињекционо пресовање полимера је одмах иза технологије екструдирања. Може се сматрати да је ињекционо пресовање полимера слично ливењу метала под притиском. Ињекционим пресовањем се осим полимера прерађују и керамичке смеше, комбинације различитих материјала (нпр. пластика, метал и керамика). Савремени обрадни систем за ињекционо пресовање је у потпуности аутоматизован, а вођење процеса одвија се помоћу микропроцесора или централног рачунара у погону. Делови добијени ињекционим пресовањем имају велику примену у:

аутомобилској индустрији и тарнспортној техници и саобраћају уопште, електро и електронској индустрији, хемијској и фармацеутској индустрији, прехрамбеној индустрији и пољопривредној техници, медицинској индустрији, индустрији кућних апарат и уређаја итд.

Анализом поступака прераде пластичних маса, њихових предности и мана, за ираду обратка усваја се ињекционо пресовање-бризгање.



4.1. Основне карактеристике ињекционог пресовања Ињекцијоно пресовање је циклични процес примарног обликовања (праобликовања) полимера који се изводи убризгавањем растопљеног полимера одерђене вискозности из ињекционе јединице у темпериран калуп. Обрадак у калупу очвршћава хлађењем (у случају пластомера) или умрежавањем у случају еластомера, еластопластомера и дуромера. Ињекционо пресовање се изовди на специјалним машинама (слика 4.1) које се састоје од ињекционе јединице, погонског сиситема, јединице за затварање калупа, уређаја за темперирање калупа и управљачке јединице. Процес ињекционог обликовања одвија се у неколико фаза од којих су основне три:

1. У првој фази, аксијалним померањем пужа, растопљени материјал се преко уливних канала убризгава у шупљину калупа. При томе је искључена ротација пужа, а његово аксијлно померање остварује хидраулични цилиндар.

2. У другој фази обрадак се хлади уз интезивну циркулацију рашладног средства кроз систем за хлађење алата. При томе, пуж делује на растопљени материјал накнадним притиском, како би се надокнадио недостатк материјала услед скупљања отпреска. Након завршеног хлађења отпреска, тј. на крају фазе деловања накнадног притиска, пуж се враћа уназад, ротира и увлачи нову количину гранулата, топи га и пластифицира.

3. Последња фаза је отварање калупа и избацивање обратка. Ињекциона јединица се враћа у назад, а млазница се затвара помоћу вентила. Отварање калупа обезбеђено је системом за отварање који с обзиром на погон може бити механички или хидраулични. Обрадак се из калупа избацује помоћу избацивача а извлачење вишка материјала из уливне чауре врши извлакач.

Слика 4.1. Основни елементи машине за бризгање



Отпресци добијени ињекционим пресовањем различитих су димензија и масе која се креће у границама од испод милиграма па до приближно 180kg. Најмањи познати пластомерни отпресак који се користи у медицини има толику масу да од 1kg материјала настаје 7,25 милиона комада. Ињекционо пресовање је погодно за производњу врло компликованих обрадака са тoлeранцијама од неколико микрометара. Отпресци добијени овом технологијом могу бити вишеделни и вишебојни, могу се производити у комбинацији са металним улошцима, могу бити крути (чврсти) и пенасти. Производња отпресака може тећи непрекидно двадесет четири сата на дан. Радни циклус ињекционог пресовања је време потребно за израду једног (или више отпресака ако алат садржи више калупних шупљина), односно то је време које протекне између две истоимене фазе у процесу ињекционог пресовања. Радни циклус започиње командом затварање калупа, а завршава се командом послуживање калупа. Временски дијаграм са активностима током ињекционог пресовања отпресака пластомера, приказан је на слици 4.2 и садржи следеће фазе:

Затварање калупа, које у врло кратком временском периоду изводи јединица за затварање.

Потом следи приближавање ињекционе јединице ка непокретној плочи, а ова фаза се завршава наслањањем млазнице на уливну чауру.

Убризгавање растопљене масе у калупну шупљину је сладећа фаза. Потребан притисак растопа обезбеђен је аксијалним кретањем пужа, односно, хидрауличним цилиндром. Притисак убризгавања зависи од врсте полимера а креће се од 500 до 3000bar, што обезбеђује притисак у калупу реда величине 1000 bar. Брзина убризгавања је 2 m/s.

Са завршетком фазе убризгавања почиње фаза хлађења отпреска. У једном делу ове фазе притисак у цилиндру има нижу вредност од притиска убризгавања и представља накнадни притисак. Накнадни притисак обезбеђује додатну количину растопа у калупној шупљини због скупљања отпреска при хлађењу.

Одмицање млазнице и почтак поновне пластификације почиње у тренутку прекида дејства накнадног притиска, када пуж почиње да се обрће и увлачи нову количину гранулата.

Ако хлађење отпреска није завршено оно се наставља у периоду додатног времена хлађења.

Отварање калупа и избацивање отпреска изводи се након његовог потпуног очвршћавања, односно хлађења.



Слика 4.2. Циклус ињекционог пресовања

На крају циклуса ињекционог пресовања калуп се припрема за наредни циклус, чисти се и подмазује и евентуално се убацују метални улошци.

4.2. Дефинисање параметара процеса ињекционог пресовања Параметри процеса ињекционог пресовања директно утичу на квалитет отпреска, па се њихове вредности морају пратити и одржавати у току радног циклуса. Ради њиховог правилног схватања потребно је, најпре, да се правилно термински дефинишу, што је учињено стандардом Европске заједнице (ЕЕC-Europian Economic Community). Ти стандарди познати су под називом EUROMAP. Најбитнији улазни параметри бризгања су:

температура, притисак и брзина пужа.

Хидраулични притисак је притисак у погонском цилиндру машине, потребан да се савладају отпори у млазници, уливном систему и отпори течења у калупу. Сличан је притиску на челу пужа. Генерално, нагло расте у кратком временском периоду у складу са отпорима течења растопљеног полимера. Притисак у калупу у тесној је вези са квалитетом отпреска. Притисак у фази убризгавања утиче на изглед обратка а притисак у фази накнадног деловања утиче на димензије обратка.



Притисак у фази убризгавања зависи од отпора у млазници и уливном систему, али не утиче битније на процес обликовања. Компресиони и накнадни притисак су важнији за процес обликовања. Термодинамичке карактеристике растопа, као на пример вискозност, енталпија и специфична запремина, зависе од температуре растопљеног полимера, што утиче и на притисак у калупу и квалитет отпреска. Произвођачи гранулата дају податке о релевантним параметрима обраде изабраног материјала при ињекционом пресовању и треба их користити при подешавању машине. Брзина аксијалног померања пужа има утицај на процес ињекционог пресовања у фази убризгавања. Порастом брзине пужа расте и хидраулични притисак и притисак у калупу. Пад притиска у калупу опада порастом аксијалне брзине пужа.

Слика 4.3. Температурске зоне убризгавања

Табела 4.1. Температуре по зонама при бризгању полипропилена у оС

Зона1 Зона 2 Зона3 Зона4 Зона5 Зона6 Температура воде за хлађење

160÷180 190÷200 190÷200 190÷200 195÷210 50 20

За полупропилен притисак убризгавања је:

1200 1500barup Накнадни притисак:

30 80% 600 800 barn up p



Машина за ињекционо пресовање дефинише се као постројење дисконтинулног – цикличног дејства која омогућује примарно обликовање предмета од макромолекуларног материјала. Обликовање се изводи у калупу под дејством притиска. Растопљени полимер се из цилиндра под дејством притиска пужа, помоћу млазнице и уливног система, убризгава у гравуру калупа и хлади до температуре потпуног очвршћавања обратка. Након тога следи отварање калупа и избацивање готовог комада. Важне функције машине за инјекционо пресовање су:

припрема растопа за убризгавање, убризгавање растопа у калуп, отварање и затварање калупа, вађење отпреска (избацивање).

На избор машине утичу: Потребан притисак, Запремина отпреска, Димензије отпреска, Потребна сила затварања калупа, Капацитет убризгавања.

Одређивање запремине отпреска применом опције Mass Properties у SolidWorks-у приказан је на слици 4.4. Моделованом делу зада се материјал и употребом наведене опције програм прорачуна масу, запремину, површину, центар масе отпреска.

Слика 4.4. Одређивање масе отпреска



Слика 4.5. Одређивање карактеристичног пресека отпреска

Сила затварања калупа треба да буде већа од силе која се јавља при убризгавању и која тежи да раздвоји калуп, а која се израчунава као производ средњег притиска полимера и површине карактеристичног попречног пресека отпреска. Уколико се не испуни овај услов, могуће је на алату конструисати механизам за закључавање како би се овај услов испунио.

0d srF A p , где је (4.1) Fd-сила која тежи да раздвоји калуп, А0-површина карактеристичног попречног пресека (слика 4.5) psr- средњи притисак за материјал отпреска А0 се, према слици 4.5, израчунава као: 2

0 64948,11mmA (4.2) За полипропилен потребна сила затварања износи: 23,5kg/mmsrp -за отпреске дебљине мање од 2,3 mm

2 264948,11mm 3,5kg/mm 227,4 kNdF (4.3) Запремина дела, према слици 4.4 износи: 333289,02 mmV (4.4) Капацитет убризгавања машине треба да буде већи од запремине дела.



Усваја се машина: Jetmaster-Ai-SVP/2 Tабела 4.2. Карактеристике усвојене машине

Слика 4.6. Усвојена машина за пресовање

Јединица за убризгавање Јединица Износ Запремина убризгавања cm3 158

Маса убризгавања(РЅ) g 144 Пречник пужа/шнеке mm 36

Однос L/D пужа L/D 20 Притисак убризгавања (max) kgf/cm2 1890 Капацитет убризгавања (РЅ) g/s 106

Капацитет дозирања (РЅ) g/s 16 Брзина обртаја пужа/шнеке

(max) o/min 266

Ход пужа mm 155 Јединица за затварање

Сила затварања (max) t 98 Ход отварања алата mm 320

Максимални простор mm 700 Димензије плоче алата (H x V) mm 545 x 545 Размак између колона (H x V) mm 360 x 360 Максимална дебљина алата mm 380 Минимална дебљина алата mm 125

Ход избацивача mm 100 Сила избацивача t 3,4



5. Интегрисано пројектовање радних елемената алата за ињекционо пресовање применом CAD система Алат је један од основних елемената обрадног система за ињекционо пресовање који непосредно обликује отпресак. За сваки нови облик обрадка потребан је нови алат. Отпресак се након убризгавања хлади у калупу, па због тога алат мора бити прикључен на уређај за темперирање (грејање и хлађење). Након завршног очвршћавања отпреска следи отварање калупа и његово избацивање помоћу избацивача. Извлачење остатака уливног система изводи извлакач. Калупи су постављени на одговарајуће плоче кућишта алата, од којих се једна половина везује за покретну плочу машине, а друга за непокретну. Вођење плоча кућишта обезбеђено је цилиндричним вођицама. Задаци и захтеви које алат мора да задовољи могу бити:

технолошки: у једном радном циклусу комплетно обликовати један или више производа, преузети течну масу, поделити је, попунити шупљине, охладити (загревати код дуропласта и еластомера), превести је у чврсто стање и избацити производ.

конструкциони: треба преузети силе без деформација, осигурати потребна кретања алата при отварању, затварању и избацивању производа, осигурати тачно вођење делова алата.

функционални: уливни систем, систем обликовања и одзрачивања, темперирање (хлађење или грејање), избацивачки систем, вођење и центрирање, постављање на на машину, прихватање оптерећења и пренос потребног кретања.

Калупна шупљина састоји се из два дела које раздваја подеона раван. Покретање избацивача остварује се аутоматски при враћању покретне плоче у отворени положај.



Профил извлакача може се различито обликовати са циљем да се обезбеди извлачење заосталог материјала из уливне чауре. Алати за ињекционо пресовање могу се поделити према више основа. Према броју гнезда (производа) у алату могу бити:

са једним гнездом и са више гнезда

Према врсти уливног система могу бити: са хладним уливним системом и са топлим уливним системом.

Начин избацивања може бити различит, а најчешће се примењују избацивачи, стругачи, клизачи, чељусти, завртњеви. Алати обично садрже једну или две линије раздвајања, али користе се и етажни алати са више линија раздвајања.

Слика 5.1. Елементи алата за ињекционо пресовање 1-чаура за центрирање млазнице, 2-уливна чаура, 3-плоча, 4-непокретни калуп,

5-стуб вођице, 6-водећа чаура, 7-покретни калуп, 8-потпорна плоча, 9-избацивач 10-шипка за враћање избацивача, 11- плоча избацивача, 12- погонска плоча

избацивача, 13-кућиште избацивача, 14-калупва шупљина(гравура),15-извлакач



На слици 5.1 дати су основни елементи алата. Чаура за центрирање млазнице омогућује правилно постављање и центрирање алата у односу на осу млазнице машине. Уливна чаура спроводи масу у разводне канале и калупну шупљину. Непомична или уливна стезна плоча служи за причвршћење алата на непомичну страну машине, обично је већих димензија ради лакшег стезања. Непокретна плоча (калуп) је плоча у којој се израђују гнезда, израђују разводни канали и канали за хлађење. Вођица обезбеђује тачно вођење алата. Покретна плоча служи за формирање калупне шупљине. Матрица може бити израђена у плочи или може бити упресована у плочу. У овој плочи израђују се канали уливног система, пролази за избациваче. Избацивач служи за одвајање и избацивање производа из гнезда. Свако гнездо треба да има свој избацивач. Плоча избацивача служи за позиционирање избацивача коју потискује погонска плоча при избацивању. Електрични разводници употребљавају се у сваком домаћинству, у канцеларијама, радионицама, и др. Поред примене у затвореном простору, значајна је и примена на отвореном. Широка примена обратка ствара потребу за конструисањем алата за његову израду. При конструкцији алата, прво се одређује максимални број отпресака који се може добити у једном циклусу бризгања, и то на основу два критеријума. Број комада који се може добити при једном убризгавању, на основу капацитета убризгавања:

158 4,7533, 29

MVnV

(5.1)

3442MV cm - капацитет убризгавања

Број комада који се може добити при једном убризгавању одређен према сили затварања: 961,38 4,23227,4

Z

d

FnF

(5.2)

98 t 98000 9,81 961380 N 961,38 kNZ Z ZF F F (5.3) Усваја се прва мања целобројна вредност: 4 komn (5.4) За израду алата за ињекционо пресовање користи се SolidWorks Mold Tool Design. Овај модул омогућава једноставно креирање алата за ињекционо пресовање пластике. Конструисање алата започиње отварањем модела дела од пластике (слика 5.2) који треба да се излије у алату.



Слика 5.2. Модел отпреска

Отпресак се у калупу хлади све док не прође тачку остакљавања и не очврсне. Чим добије чврсту структуру, калуп се отвара и отпресак се избацује, док је још врућ. Услед топлотног ширења, при хлађењу отпреска ван алата, доћи ће до промена димензија. Ова појава предупређује се повећањем димензија језгра алата за коефицијент топлопног ширења материјала, који у случају полипропилена износи: 2,5% Ово повећање изводи се опцијом Scale.

Слика 5.3. Увећање отпреска

При повећању димензија селектована је опција Uniform scaling, да би се отпресак равномерно увећао. Ово повећање не утиче на креиране скице и димензије дела при изради документације, већ служи само за израду алата.Након повећања прелази се на дефинисање линије раздвајања.



Слика 5.4. Дефинисање линије раздвајања oпцијом

Линија раздвајања дефинише се опцијом Parting Line. Прво се селектује отпресак, јер ће се линија раздвајања креирати према његовој геометрији. Следећи корак представља селектовање правца раздвајања калупа. Изводи се селектовањем једне ивице и дефинисањем смера. Након ових подешавања прелази се на анализу нагиба површина. Кликом на опцију Draft Analysis програм обоји површине у складу са њиховим нагибом. На слици 5.4 приказана су значења боја.Програм креира линију раздвајања између позитивне и негативне вредности нагиба. Потребне равни креирају се опцијом Shut-Off Surface, слика 5.5.

Слика 5.5. Дефинисање Shut-Off равни



Потребно је дефинисати све контуре отвора на делу. Када се креира затворена контура, од које програм креира површину, аутоматски се анализира могућност раздвајања. Следећи корак је дефинисање површине раздвајања, што се изводи опцијом Parting Surface. На основу линије раздвајања програм креира раван која ће бити граница између радних елемената алата. Потребно је дефинисати ширину појаса површине око дела, што је у овом случају 50 mm.

Слика 5.6. Дефинисање површине раздвајања Досадашње активности пројектовања алата служиле су за дефинисање начина раздвајања. Сада се прелази на моделовање елемената алата, опцијом Tooling Split, слика 5.7.

Слика 5.7. Креирање елемената калупних шупљина алата



Програм ће на основу скице креирати два тела која представљају алат. Један део алата креира се на основу површине Core, а други на основу површине Cavity. Обе површине аутоматски креира софтвер током дефинисања начина раздвајања.

Слика 5.8. Креирани елементи алата Креирани еленемти алата приказани су на слици 5.8. У унутрашњости калупа налази се отпресак, односно модел од кога је започето креирање алата. Опцијом Core аутоматски се креира склоп, слика 5.9.

Слика 5.9. Креирање склопа



За дефинисање NC технологије усваја се непокретни калуп (плоча) чија је основа приказана на слици 5.10.

Слика 5.10. Усвојена плоча за дефинисање NC технологије

Применом модула Mold Tool Design креирано је једно гнездо. Обезбеђење потребних језгара (једначина 5.4) обезбедиће се применом опције Mirror, којом се пресликава модел приказан на слици 5.10. Резултат је приказан на слици 5.11.

Слика 5.11. Креирање потребног броја језгара

Када се креирају сва потребна језгра остаје да се дефинишу отвори за избациваче, отвори за водеће чауре и уливни систем.



Слика 5.12. Димензије уливног система Усвојен је модификовани уливни систем, сагласно слици 5.13. 4,8mmA Приказ калупне плоче са свим потребним елементима приказан је на слици 5.13. Отвори и уливни систем добијени су употребом опције Extruded Cut.

Слика 5.13. Моделовани отвори и улини систем



Слика 5.14. Модел непокретне плоче

Последњи корак моделовања представља заобљавање оштрих ивица, што је остварено опцијом Fillet. Модел непокретне плоче алата приказан је на слици 5.14. Како би се демонстрирала основна предност примене оваквог приступа креирања алата на основу обратка, дефинисање плоче урађено је без бочних заобљења. Наведени поступак представља аутоматизован начин за конструисање алата за ињекционо пресовање полимера. Применом оваквог приступа значајно се скраћује време потребно за пројектовање. Конструисање алата изводи се на бази модела отпреска, чиме се отклања могућност појаве грешака односно, не испуњавања захтева купца.



6. Пројектовање NC технологије за израду радног елемента калупа применом CAM система Обрадни процеси, као основне функције обрадних система, предслављају основну технолошку компоненту технологије машиноградње, и од њиховог правилног постављања и компоновања у потребан технолошки процес, располажући неопходним средствима за производњу, првенствено зависи испуњење техничко-технолошких захтева које конструктор поставља технологији, и још шире, производњи. У оквију обрадног процеса могу се дефинисати: операција захват и пролаз.

Обрадни процес се, као део технолошког процеса, одвија у једној или више технолошких операција, или само операција. Број технолошких операција се односи углавном на број припрема, или на број машина (у овом случају се операција поклапа са обрадним процесом) или на број позиција у којима се обрађује. Свака операција се састоји из елементарних операција, које могу бити главне или директне и помоћне. Главне елементарне операције су захвати и пролази, а помоћне елементарне операције се односе на помоћне активности (на пример, постављање, стезање, и др.). Дакле, операција садржи скуп директних и помоћних дејстава на обрадак у једном обрадном систему, који омогућује завршетак једне целине обрадног процеса. Најчешће је то поновљив део обрадног процеса.



Захват је основна или директна елементарна операција, односно, то је извршно или директно дејство алата на обрадак у оквиру операције, а представља основни технолошки елемент обрадног процеса. Иначе, то је процес добијања једне нове површине једним одговарајућим алатом према послављеним техничким захтевима. У оквиру операције, као шири појам захвата, или као прелаз између захвата и операције дефинишу се сложен и групни захват. Сложен захват представља део операције где се једним алатом коначно формира једна сложена површина, према постављеним техничко-технолошким захтевима. Групни захват је потпуно или делимично истовремен процес формирања више површина са више одговарајућих алата према постављеним техничко-технолошким захтевима, где поједини елементи обраде могу бити исти или различити. Пролаз је део захвата који се односи на скидање једног слоја материјала са једним алатом и то при одређеном померању. Последњим пролазом завршава се захват и процес формирања и обраде одређене површине.Пројектовање технологије машинске обраде резањем, обухвата и односи се на пројектовање обрадних или технолошких процеса. Ово пројектовање садржи у једној формализованој процедури низ активности (слика 1).

Слика 6.1: Низ активности пројектовања машинске обраде Производни систем је скуп свих активности које се организују да би се реализовала производња неког производа (припрема, контрола, одржавање) укључујући машине и опрему на којој се реализује производња са технолошким процесом. Производне технологије чине скуп више подсистема, који, сваки за себе, представља заокружену системску целину и понаша се оптимално према функцијама циља рачунарски интегрисаног производног система.

Слика 6.1. Упрошћен модел производног процеса

У зависности од нивоа аутоматизације производних система постоји и различит ниво производних технологија:



Конвенционалне технологије се реализују у оквиру обрадних и технолошких система са ручним управљањем, затим у оквиру аутоматских система са крутим механичким управљањем агрегатних система, али то не мора да значи да су то технологије ниског нивоа.

Нове технологије су оне које представљају позитиван допринос у развоју производа, погона, фабрика, инфустријско-привредног комплекса и друштва уопште, уколико је сагласна са економском целисходношћу.

Напредне технологије подразумевају висок ниво хардвера, софтвера и оргвера, а односе се на технологије у оквиру КНУ - компјутерски нумерички управљани системи, ДНУ-дистрибутивно нумерички управљани системи, ФТС - флексибилни технолошки системи, ИТС - интелигентни технолошки системи и трансфер линија са високом нивоом управљања.

Агилне или технологије брзог дејства односе се на брзу израду прототипова и обухватају ливење у вакууму и то специјалних пластичних маса, технологију електролучног ослојавања, технологију ливења алата од лакотопљивих легура, ... У индустријама моторних возила показано је да се овим технологијама смањују трошкови 10 пута а временско смањење је реда величине 100 пута.

На основу степена аутоматизације постоје различити типови производње: Неаутоматизована производња - је у случају појединачне производње. Ту се користе

конвенционалне и универзалне машине. Полуаутоматизована производња - је у случају појединачне и серијске производње, где

се неке технолошке операције реализују на аутоматима, конвенционалним машинама опремљеним додатним уређајима аутоматизације за додавање материјала, одношење обрадака, манипулаторима и контролним приборима.

Аутоматизована производња - је у случају масовне производње и реализује се искључиво на аутоматским машинама, аутоматским линијама, трансфер линијама. Аутоматизована производња може бити реализована и за серијску производњу на ФТС-у и на флексибилним трансфер линијама, на којима је остварена максимална економичност и флексибилност.

Основне врсте CNC управљања: тачкасто, координатно управљање, линијско и контурно управљање. Тачкасто и координатно управљање немају интерполације, при кретању алат и радни предмет нису у захвату, примењује се код бушења, тачкастог заваривања, закивања итд. Линијско управљање, нема интерполације, при кретању алат и обрадак су у захвату, примењује се код стругања цилиндра, глодања паралелним осама. Контурно управљање, постоји 2D, 2.5D и 3D управљање, где је интерполација неопходна, алат и обрадак су током кретања у захвату, примењује се за стругање и глодање.



Слика 6.2. Врсте CNC управљања

Управљање машинама алаткама, у основи, представља нумерички начин управљања, према алфанумеричком коду. NC (Numerical Control) – Нумеричко управљање машинама алаткама је управљање помоћу NC управљачког система, који управља кретањем покретних модула машине на основу програма, којим је програмирана релативна путања алата у односу на обрадак специјално дефинисаним кодом. CNC (Computerized Numerical Control) – Нумеричко управљање машинама алаткама помоћу више интегрисаних микропроцесорских система, у делу израде програма (CAD/CAM), мониторинга, симулације, система мерења и директне дијагностике током реализације процеса обраде. Примена NC и CNC технологија у индустрији прераде метала, захтева поседовање нумерички управљаних машина алатаки са интерфејсом за NC програмирање и компетентне опслужиоце машине и NC програмере. CNC машина садржи у себи софтвер уз помоћ кога се програмира кретање алата. На слици 6.3 је приказан пример софтвера за програмирање кретања алата.

Слика 6.3. Дисплеј Mach 3 софтвера



У софтверу чији је дисплеј приказан на слици 6.4 уносе се кординате дуж x,y,z осе кретања алата, као и дефинисање брзине кретања вретена који носи алат. Једна од карактеристика CNC машина је број управљаних оса. Свака оса преставља једно независно помоћно кретање, транслаторно у правцу координатних оса или обртно око њих. За дефинисање узајамног положаја алата и предмета обраде најчешће се примењује Декартов координатни систем X,Y,Z. Основни методи NC програмирања su:

Ручно - мануелно програмирање (улаз је радионички цртеж дела који се обрађује, а програмски лист са кодовима се ручно исписује и преноси на програмски медијум),

Програмирање применом програмских језика (APT, EXAPT, NEL, ...) Аутоматско генерисање NC-кода (3D- геометријски модел обратка из CAD/CAM

софтверског пакета, омогућује након спецификације технолошких параметара аутоматско генерисање путање алата, NC кода и симулацију обрадног процеса).

Резултат процеса програмирања је NC програм (NC–код) за NC управљачки систем машине алатке. Овај код се преноси на машину на три могућа начина. Први начин је ручно-уношењем кода преко тастатуре NC система. Други начин је аутоматски- помоћу екстерне меморије (учитавањем CD-а, USB флеш меморије...). Трећи начин је, такође, аутоматски и заснива се на примени рачунарских мрежа при пребацивању података са рачунара на машину. Методологија израде NC програма, без обзира која врста NC програмирања ће се користити се одвија кроз израду следећих техничко технолошких докумената:

План стезања, План обраде, План алата, Програмски лист и Меморијски медијум NC програма

Ова технолошка документа представљају комплетну технолошку документацију за CNC технологију израде машинског дела, било у папирном или електронском облику.

6.1. NC програмирање обрадних процеса Природни наставак у примени инфомационих технологија при пројектовању и конструкцији алата за пластику је коришћење CAM технологије, односно одговарајућег софтвера који омогућује израду врло сложених делова алата, посебно калупа са највишим нивоом тачности и квалтета површине на CNC машинама за обраду резањем. Релативно кретање сечива алата по контури обратка у обрадном процесу, изводи се извршавањем NC програма од стране CNC управљачког система. NC програм садржи све инструкције за одвијање процеса резања и носилац је технолошких знања пројектанта технологије.



Већ је речено да је NC код могуће генерисати ручно, применом симболичких програмских језика и аутоматски , помоћу САМ софтвера. NC програм се генерише након урађеног плана стезања, плана обраде и плана алата, где се попуњава програмски лист, класичним , ручним програмирањем или употребом одговарајућег апликативног софтвера. Мануелно NС програмирање подразумева ручно исписивање NC програма напрограмском листу, као једног кодираног управљачког скупа наредби обрадном центру да обави одређене задатке. Сваки NC програм се састоји од почетка, садржаја и краја. Почетак програма садржи податке о машини алатки или управљачком систему, име програма, датум, број стезања, име аутора. Садржај програма обухвата програмске блокове – прогамске реченице којима је дефинисан комплетан један радни циклус машине. Сваки блок се састоји из једне или више програмских речи. Почетак блока означава се словом N и бројем блока. Крај програма означава да је програм извршен и да машина заузме дефинисани крајњи положај. У оквиру једног програмског блока дефинишу се различите карактеристике:

Геометријске, ради дефинисања релативног кретања између алата и обратка, Технолошке, ради дефинисања корака, броја обртаја, алата, Кретања, начин кретања (брзи ход, радни ход, интерполације), Режим рада, избор алата, режим рада машине, средства за хлађење, Корекције алата, корекција дужине, пречника, радијуса алата, Циклуса и подпрограма, понављање програма.

У оквиру једног програмског блока дефинишу се различите врсте параметара и карактеристика које потпуно описују технолошку операцију која се програмским блоком кодира. Приликом кодирања морају се познавати стандарди, формати, синтакса и семантика функција, листа ”G‐функција” и ”M‐функција” које подржава CNC управљачки систем. Редослед речи у оквиру једног NC блока је тачно одређен: N05 G... X... Y... Z... F... S... T... D... M... H... , где је:

N ‐ Почетак новог NC блока, адреса секвенце 05 ‐ Број NC блока G ‐ Технолошка припремна функција X,Y,Z ‐ Координате позиције F ‐ Помак, брзина помоћног кретања S ‐ Број обртаја главног вретена, брзина резања T ‐ Алат D ‐ Број офсета алата M ‐ Машинска, специјална функција H ‐ Помоћна функција



Први програмски језик за NC програмирање је APT из кога је касније развијено неколико других програмских језика, али се APT уз извесне промене задржао до данас. APT као симболички програмски језик има своје елементе, аритметику, геометрију, инструкције за дефинисање алата и технолошких карактеристика, инструкције за дефинисање свих врста кретања алата по контури, инструкције за почетни и завршни део. Процесирањем и постпроцесирањем изворног програма у APT‐у, координате које представљају карактеристичне тачке елемената контуре обратка и друге инструкције генеришу се експлитно у NC код у формату за CNC управљачки систем обрадног центра. Аутоматско генерисање NC кода се остварује помоћу CAM систем, који има геомертијски модул за решавање свих функција геометријског моделирања и NC едитор за пројектовање NC технологије. Геометријски модул омогућава да се графички интерактивно у потпуности дизајнира 3D модел обратка. Геомертијско моделирање се може остварити на два начина:

Са класичног радионичког цртежа ручним уношењем геометријских параметара се обрађује геометријски модел у графичком едитору CAM система, или се

Цртеж у 2D или 3D формату директно преузима из CAD система, у коме је дизајниран, у графички едитор CAM система, трансфером преко једног од стандардних формата (IGES, DXF,...)

Постоји велики број CAM система са модулом којим се може аутоматски генерисати NC код (EXAPTPlus, MasterCAM, PowerMILL, SolidCAM, CATIA, EdgeCAM,...), као и велики број CAD/CAM система који експортују фајлове у 3D формату за аутоматско генерисање NC кода (AutoCAD, Autidesk Invertor, Pro/Engineer, Unigraphic, CATIA, SolidWorks, Solid Edge, ...). Сваки CAM систем има сопствену методологију пројектовања NC технологије, али у основи, сви се заснивају на следећој процедури:

Дефинисање обрадног центра, Дефинисање материјала обратка, Конципирање плана стезања/плана обраде, Дефинисање геомерије обратка, Одређивање технолошких атрибута, Симулација процеса обраде, Постпроцесорске операције.

Класично‐стандардно NC програмирање се одвија у циклусима, комбинацијом геометрије и технологије у специфичном формату према ISO, DIN, или неком другом стандарду. Главни недостаци овог начина програмирања су:

Урађени NC програми за једну машину су неупотребиви код других машина, Програмира се путања алата, а не геометрија обрадка, Није одвојена геометрија од тока обраде, За компликованије делове је сразмерно компликованији и процес NC

програмирања,



Допуне и промене програма захтевају велику пажњу и опрезност пројектанта. CAM системи омогућују аутоматско генерисање NC кода и имају низ предности у односу на мануелно NC програмирање или NC програмирање применом неког од симболичких програмских језика. Најзначајније предности су:

Програмирање без познавања стандарда, Програмира се обрада пуне контуре обрадка, дефинисањем припремка и

геометрије финално обрађеног обрадка, а не путања алата, Интегрисан улаз – технолошки захтев са планом обраде – технологијом, Сложеност и комплексност обрадка не утиче на сложеност NC програмирања, Добра графичка подршка у току NC програмирања

6.2. Основне CAM функције програмског пакета SolidCAM SolidCAM je софтверски пакет за пројектовање технологије развијен за Windows оперативни систем. Основао га је доктор Емил Сомек 1984-те године. Стратегија интеграције са водећим CAD системима, као што су SolidWorks и Inventor, створила је услове за развој овог софтвера и претворила га у водећи интегрисани САМ софтвер. Софтвер поседује ,,Златни“ сертификат од 2003-ће године који је издао SolidWorks што омогућује интеграцију ова два софтвера у једнопрозорском окружењу. Комплетна инсталација SolidCAM-а подразумева подршку за генерисање NC кода и комуникацију рачунар ‐ нумерички управљана машина алатка за следеће видове обраде:

iMachining 2D- дводимензионално глодање са iMachining технологијом, iMachining 3D- тродимензионално глодање са iMachining технологијом, 2,5D Milling- 2,5D глодање, High Speed Surface milling- глодање површина великим брзинама 3D Milling/High-Speed Machining- тродимензионално глодање великим брзинама Multi-sided Indexial 4/5 axes Milling- многострана 4/5-осна обрада Simultaneous 5 axes Milling- симултано петоосно глодање, Turning- стругање, Turn-Mill- стругање и глодање у једном захвату WireEDM- електроерозиона обрада и Solid Probe- контрола обратка.



Основна карактеристика овог прогамског пакета је револуционарна интелигентна обрада. Ова технологија обезбеђује смањење главног времена обраде до 70% и драматично повећање постојаности алата. Базира се на бази знања при чему се на основу параметара машине, материјала обратка и података о алату дефинишу оптималне вредности параметара процеса резања (корак, број обртаја). Ова технологија назива се и технологија контроле корака, јер се управља кораком и бројем обртаја током целокупне путање

алата чиме се обезбеђује константна вредност оптерећења алата. Оваква контрола обезбеђује повећање дубине резања што повећава ефикасност обраде. Сваки пројекат дефинисања поступка обраде у SolidCAM-у садржи три основна дела:

CAM-Part- служи за дефинисање модела и дефинисање основних података о обратку. Садржи име модела, положај координатног система, опције алата, врсту CNC-контролера...

Geometry- Селектовањем ивица и површина на моделу, дефинише се шта и где ће се обрађивати.

Operation- служи за дефинисање тока обраде за један захват. Параметре прва два дела потребно је дефинисати на почетку, док се поновном употребом трећед добија технолошка операција.

6.3. Пројектовање NC технологије за обраду непокретне плоче алата применом софтвера SolidCam Доктор Емил Сомек основао је SolidCAM, са циљем да пружи корисницима адекватан софтвер за пројектовање технолошког процеса обраде резањем. Данашње верзије нуде могућност, поред аутоматског генерисања NC кода, симулацију процеса обраде и путања алата за обраде у распону од контурне 2,5D до вишеосне фине обраде просторно сложених површина (5D). Софтвер је потпуно интегрисан у SolidWorks и омогућује дефинисање захвата без напуштања окружења SolidWorks-а (једнопрозорна интеграција).



Још 2008.године SolidCAM је коришћен на преко 14000 локација у индустрији и образовању и продаван је у преко 46 земаља. Нашао је широку примену у машинској индустрији, ауто индустрији, авио индустрији, пројектовању машина, бироима за брзи развој (Rapid Develoment) и др. Непокретни део алата се састоји од две каупне шупљине (гнезда), уливног система, система за хлађење и вођица. Радни део за који ће бити пројектована NC технологија је калупна шупљина. Пошто су калупне шупљине симетричне пројектоваће се NC технологија са израду једне, која може бити употребљена и за израду друге, калупне шупљине. Претходно дефинисане параметре технолошког портупка потребно је пренети у SolidCAM, како би се генерисале путање алата и NC код. Поступак којим се долази до NC кода приказан је на слици 6.4. Припремак је призматичног облика и његове димензије се добијају када се на димензије обратка (калупне шупљине), које су 460x340x30 mm, додају додатци за обраду. Па ће припремак имати следеће димензије 470x350x45mm. Избор обрадног ценатара се извршава на основу димензија и материјала припремка. Неопходно је да радни ходови свих оса буду већи од димензија припремка. Усваја се вертикални обрадни центар Fadal VMC 4020B, са управљачком јединицом gMill_Fadal_5x_eval, чији је изглед дат на слици 6.4, а основне карактеристике у табели 6.1.

Потпуна интеграција CAD-a и CAM-a

+



Слика 6.4.Вертикални обрадни центар Fadal VMC 4020B

Табела 6.3.1. Спецификације вертикалног обрадног центара Fadal VMC 4020B

Први корак при пројектовању NC технологије представља моделовање дела. Потребне параметре CAM софтвер ће аутоматски преузети из модела, као што су: димензије, толеранције, материјал обратка, и др. Да би се прешло у окружење SolidCAM-а, потребно је да модел обратка буде отворен у SolidWorks-у.

Кретање

(радни ходови оса)

Х-оса 1016 mm Y-оса 508 mm Z-оса 660

Радни сто

Радна површина 1195 x 508 mm

Радни капацитет 6125 kg

Носач алата Капацитет магацина алата 24

Вретено

Максимална брзина вретена 10000 o/min

Пренос снаге аутоматски



Слика 6.5. Алгоритам генерисања NC кода у SolidCAM-у

Почетак

Моделовање дела у SolidWorks-у

Прелазак у окружење SolidCAM-а

Дефинисање припремка

Инсертовање модела

Креирање плана операција

Дефинисање параметара и режима обраде

Генерисање путања алата

Симулација обраде

Да ли је симулација

добра?

Генерисање NC кода

Крај

не

да



Слика 6.6. Прелазак у окружење SolidCAM-а

Прелазак у окружење SolidCAM-а приказано је на слици 6.6. Када се кликне на Milling покренуће се SolidCAM и аутоматски ће се отворити прозор у коме се дефинише локација за смештање CAM фајла и његов назив.

Слика 6.7. Алгоритам за дефинисање CAM-Part-а



Слика 6.8. Подешавања у CAM-Part-у

Рад у CAM-Part-у приказан је на слици 6.8. Следећи корак представља избор CNC контролера, што се изводи у сектору CNC-Machine. Положај координакног система дефинише се опцијом Define. Правила при позиционирању координатног система су: Уколико се селектује равна површина, Z-оса ће бити нормална на дату раван, док селектовањем цилиндричне или конусне површине дефинише се Z-оса која је паралелна оси симетрије цилиндра/конуса. Облик и димензије припремка дефинишу се опцијом Stock. Изабран је Box облик припремка и дефинисани су офсети страница припремка у односу на обрадак. Опција Target служи за дефинисање коначног изгледа изратка. Користи се за дефинисање обратка када се у CAM-Part увезе склоп. Сектор Tool options користи се за дефинисање стартне тачке алата, односно, положаја за измену алата. Параметри који се задају у iMachining Data сектору служе за избор базе података, врсте материјала, и решавање проблема везаних за крутост обратка и алата током обраде. Ово је и последњи корак у CAM-Part-у. Кликом на ОК прелази се на дефинисање геометрије и операција. Генерисање технолошких операција: Избор операције изводи се десним кликом на опцију Operations. Превуче се курсором преко Add Operations и бира један од понуђених начина обраде, слика 6.9. Како је планом обраде дефинисан први захват у операцији 10 као грубо чеоно глоање, изабраће се Face Milling.



Слика 6.9. Избор захвата

Када се одабере жељени захват отвара се прозор за дефинисање начина обраде. Приказ овог прозора са наменом опција које се у њему налазе дат је на слици 6.9. Прво се попуни поље са називом захвата. Могуће је унети било који назив, а уколико се остави празан простор софтвер ће сам унети назив који зависи од врште захвата, на пример FaceMill. За дефинисање површине која ће се обрађивати користи се опција Define у пољу Geometry. Селектује се потребна површина (слика 6.12) и кликне ОК. Поново ће се појавити Operation Window.



Слика 6.10. Дефинисање захвата

Слика 6.11. Дефинисање параметара обраде



Слика 6.12. Избор површине за први захват Избор површине за обраду готово је идентичан за сваки захват, само је разлика у избору потребне површине. Код дефинисања џепова селектују се ивице, а не површине. Следећи корак је избор алата, слика 6.13. У одсеку Tool кликне се на Select. У прозору који се отвори кликне се на икону Add Milling Tool. Изабере се тип глодала и попуњавају се потребни подаци у картама под називима Topology и Tool Data. Остали делови садрже већ познате параметре, или их преузимају из базе података изабраног алата, као што је врста и режим тока расхладне течности које софтвер одређује на основу до сада дефинисаних параметара обраде.



Слика 6.13. Избор алата

Слика 6.14. Потребна растојања

Када се заврши дефинисање алата прелази се на дефинисање потребних растојања, слика 6.14. У одсеку Levels дефинишу се границе између зона брзог и радног хода (Clearance), дубина резања, толеранције, и друго. Опције у одсеку Link користе се за одређивање начина кретања алата између пролаза, начин уласка алата у захват и његовог изласка из захвата.



Када се потпуно дефинише начин обраде кликом на Save&Calculate програм снима CAM фајл и креира путање алата. Након овог корака могуће је покренути симулацију обраде и генерисати NC код за захват који се дефинише. Избор површина за обраду и путања алата приказан је на слици 6.15.

Путања чеоне обраде Путања грубе обраде Путања фине обраде

Путања бушења рупа Путања проширивања рупа Путања бушења рупе за

уливник

Слика 6.15. Дефинисање путања алата

Дефинисање наредних захвата одвија се по истом принципу. Приказ дефинисаних алата дат је на слици 6.15. За сваки захват, на основу плана обраде, дефинишу се површине за обраду, дефинишу се вредности додатака за наредне обраде, задају се димензије усвојених алата...



Слика 6.16. Дефинисање потрених алата Поступак дефинисања обраде наставља се све док се не дефинишу сви захвати предвиђени планом обраде. Редослед захвата може се видети на стаблу у SolidCAM Manager-у, слика 6.17.



Слика 6.17. Стабло SolidCAM Manager-а са дефинисаним операцијама

6.4. Симулација путање алата у технолошком поступку Симулација представља реалан преглед процеса обраде, показујући кретање алата и процес резања. Омогућава да се утврде евентуалне неправилности, односно колизије алата, или носача алата у контакту са обратком. Нпр. симулатор ће пријавити грешку (црвена боја обратка) уколико резна геометрија није адекватна, па алат додирује обрадак, не само резном ивицом, већ и дршком. Такође, веома је чест случај да је дршка алата кратка, па је носач алата у контакту са обратком. Програм нам омогућава да, уколико уочимо неправилности, веома лако извршимо измене, како у алату, стратегији, или режимима обраде. Након тога, поново се прорачунавају путање и снима CAM фајл. Процес се може понављати, све док се не добије жељени начин обраде. Након прорачуна могу се видети путање алата за сваку операцију, што је приказано на сликама од 6.18 до 6.24.



Слика 6.18.Симулација чеоне обраде

Слика 6.19.Симулација контурне грубе обраде

Слика 6.20.Симулација контурне фине обраде



Слика 6.21.Симулација бушења рупа

Слика 6.22.Симулација проширивања рупа

Слика 6.23.Симулација обраде уливног канала



Слика 6.24.Симулација бушења уливника Измена постојећег CAD модела није могућа, али је могуће добити потпуно обрађен израдак. Овакав приступ обезбеђује елиминацију грешака и/или добијање потпуно новог производа без поновног моделовања.

6.5. Генерисање NC кода Излаз и циљ свих активности у CAM софтверским пакетима је аутоматско генерисање NC кода који садржи све инструкције за одвијање процеса резања.

Слика 6.25. Опције за креирање путања алата, симулацију и генерсање NC кода

За генерисање NC кода користе се три основне опције приказане на слици 6.25. Сваки захват је потребно прорачунати, како би софтвер генерисао путање алата. Те путање проверавају се симулацијом и ако симулација покаже задовољавајуће резултате генерише се NC код.



% O1 (TOOLING SPLIT1[2]) (TOOLINGSPLIT1[2].NC) N100 (COMPENSATION-WEAR) N102 (Post Rev 1.0) N104 (NOV-08-2015-10:01:27PM) N106 (TOOL 1 - DIA 60.) N108 (TOOL 2 - DIA 6.) N110 (TOOL 4 - DIA 2.) N112 (TOOL 3 - DIA 2.) N114 (TOOL 5 - DIA 12.) N116 (TOOL 6 - DIA 19.) N118 (TOOL 7 - DIA 10.) N1 G90 G17 G40 G80 G00 N120 M06 T1 () N122 (Ceona operacija) N124 G00 G54 G90 X-266. Y159.9998 A0. B0. S1500 M03 N126 G43 H1 Z120. N128 Z2. N130 G01 Z0. F33. N132 X266. F350. N134 Y119.9998 F700. N136 X-266. F350. N138 Y79.9999 F700. N140 X266. F350. N142 Y39.9999 F700. N144 X-266. F350. N146 Y0. F700. N148 X266. F350. N150 Y-39.9999 F700. N152 X-266. F350. N154 Y-79.9999 F700. N156 X266. F350. N158 Y-119.9998 F700. N160 X-266. F350. N162 Y-159.9998 F700. N164 X266. F350. N166 G00 Z25.



N168 M05 N170 G00 G28 G91 Z0. N172 G00 G28 G91 Y0. N174 G00 G28 G91 A0. B0. N176 M01 * * * N1106412 M05 N1106414 G00 G28 G91 Z0. N1106416 G00 G28 G91 X0. Y0. N1106418 G90 N1106420 M06 T1 N1106422 M30 % Основне податке о NС програму SolidCAM може представити у формату DOCX употребом опције Tool Sheet, слика 6.26.

Слика 6.26. Употреба опције Tool Sheet



Табела 6.5.1. Основни подаци о NС програму Units mm

Part Type Milling CNC-Controller gMill_Fadal_5x_eval Program number 1 Subroutine number

1000

Tool adaptor CAT40 Work material Operations 7

Табела 6.5.2. Подаци о CAMPart-у

Model name C:\dokumenti, slike i ostalo\Dusan\ Tooling Split 1[2].SLDPRT Directory C:\dokumenti, slike i ostalo\Darko\CAM CAM part name

Diplomski rad Tooling Split 1 [2]

Кликом на опцију Generate програм креира Word документ са табелама (6.10 до 6.14) које садрже основне податке о CAMPart-у, програму, алатима, трајању дефинисаних захвата и укупном времену обраде. Табела 6.5.3. Спецификација алата коју аутоматски генерисе програм 1-Spindle-1A

FACE MILL

D: 60 mm R: 0 mm TD: 60 mm A: 0 AD: 32

TL: 60 mm OHL: 40 mm CL: 20 mm SL: 30 mm H: 100 mm

H 1 D 1 Flutes: 4

2-Spindle-1A

END MILL

D: 6 mm AD: 6


H 2 D 2 Flutes: 2



3-Spindle-1A BALL NOSE MILL

D: 2 mm R: 1 mm AD: 2


H 3 D 3 Flutes: 2

4-Spindle-1A

BULL NOSE MILL

D: 2 mm R: 1 mm AD: 2


H 4 D 4 Flutes: 2

5-Spindle-1A DRILL

D: 12 mm A: 118 AD: 12


H 5 D 5 Flutes: 1

6-Spindle-1A

END MILL

D: 19 mm AD: 19


H 6 D 6 Flutes: 2

7-Spindle-1A

DRILL

D: 10 mm A: 118 AD: 10


H 7 D 7 Flutes: 1



Табела 6.5.4. Резиме операције 20

Sunday, November 08, 2015

Operation Summary

# Operation Name (Operation type) <Transform>

Coordinate system Spin Finish

Feed XY/Feed Normal

Feed Z/Feed Finish

Time

Tool Number Tool Coolant Operation description

X Min X Max Y Min Y Max Z Min Z Max

1 Ceona operacija (Face) MAC 1 (1- Position) 1500 350 33 0:00:59

1-Spindle-1A

-266 266 -160.925 160.925 -30.091 8.297

2 HSR_HMP_model1 (HM Roughing) MAC 1 (1- Position) 1000 250 14:34:34

2-Spindle-1A

-214.813 214.812 -157.778 157.768 -9.987 12

3 HSM_CZ_model2 (Constant Z machining) MAC 1 (1- Position) 1000 250 16:01:03

4-Spindle-1A

-217.965 217.965 -160.925 160.925 -10.089 10

4 HSM_CZ_model3 (Constant Z machining) MAC 1 (1- Position) 1000 250 1:11:41

3-Spindle-1A

-150.575 160.871 -12.126 11.816 -25.086 10

5 D_drill (Drilling) <> MAC 1 (1- Position) 1000 33 33 0:03:20

5-Spindle-1A

-210 210 -140 140 -25.091 2

6 D_drill1 (Drilling) <> MAC 1 (1- Position) 1000 33 33 0:01:52

6-Spindle-1A

-210 210 -140 140 -13 2

7 D_drill2 (Drilling) <> MAC 1 (1- Position) 1000 33 33 0:00:59

7-Spindle-1A



0 0 0 0 -30.091 2

Total time: 31:54:27 Почетак кода са објашњењем значења блокова дат је на операционом листу у прилогу. Генерисање NC кода је последња активност пројектовања NC технологије. Следећи корак у изради плоче представља стезање припремка на радни сто машине и учитавање генерисаног кода што доводи до физичке израде дела.



7.Закључак У индустрији прераде полимера, а посебно у области бризгања полимера, компјутерски интегрисани системи омогућавају реализацију веома корисних метода како у фази пројектовања производа (CAD), тако и у фази симулација и анализа (CAE) и фази пројектовања технологије (CAM), омогућавајући тако да се пројектовање технологије за обраду просторно сложених површина претвори у рутински процес. Дизајнирање савремених производа, у које свакако спадају производи од полимера, у многоме je олакшанo применом CAD софтверских пакета, чији је представник SolidWorks. Као што је у овом раду и показано, од изузетног је значаја припрема, односно правилно дефинисање геометрије 3D модела, чиме се омогућавају веома брзе исправке на самом моделу, уколико се за тим јаве потребе у каснијим фазама пројектовања. Употребом опције Mold Tool Design пројектује се алат на бази модела отпреска чиме се постиже смањење времена пројектовања и смањење броја могућих грешака. Пројектовање NC технологије за израду радног дела алата урађено је према већ дефинисаним моделима, што за излаз има информације којима се креирају план стезања, план обраде, план алата. Ове информације је потребно пренети у одговарајући софтвер, како би се генерисале путање алата. Последњи корак при пројектовању NC технологије за израду алата за полимере је коришћење CAM технологије. У овом случају то је одговарајући софтверски пакет SolidCAM, који омогућава израду врло сложених делова алата, са највишим нивоом тачности и квалитета површине на CNC машинама.Употребом технологије интелигентне обраде начињен је корак даље у пројектовању технолошког процеса израде који за последицу има смањење главног времена израде, брже и лакше пројектовање, повећање постојаности алата, управљање параметрима обраде током комплетне путање алата. Графичка симулација приказује комплентан процес обраде, при чему се аутоматски приказују евентуалне грешке настале у процесу дефинисања параметара обраде, чиме се те грешке унапред отклањају, пре почетка процеса обраде, а без предходних проба на обратку. CAM системи, као излаз, омогућавају аутоматско генерисање NC кода. NC код који је у овом раду генерисан за обраду непокретне плоче алата садржи 553211 NC блокова (редова). Практично је неизводљиво креирање овако дукачког кода мануелним NC програмирањем, или NC програмирањем применом неког од симболичких програмских језика. Једна од основних специфичности овог пројекта је та да су апсолутно све инжењерске активности, од моделирања радног дела (отпреска) и симулације његовог уливања, затим алата за његову израду, преко дефинисања NC технологије (алати, режими резања, путање алата, итд.), до генерисања технолошке документације и NC кода за израду алата, реализоване су уз помоћ рачунара. .



Литература [1] Калајџић М.: Технологија обраде резањем-Приручник, Машински факултет, Београд, 1998. [2] Калајџић М.: Технологија машиноградње, Машински факултет, Београд, 2002. [3] Лукић Љ.: Флексибилни технолошки системи, Краљево, 2008 [4] Ковачић Тонка; Структура и својства полимера, Сплит, 2010 [5] SolidWorks 2014 User Guide PDFs [6] MoldWorks© 2013 SP0 Tutorial PDFs [7] SolidCAM 2012 Milling Training Course 2.5D Milling PDFs [8] Дарко Глигоријевић: Тема:Аутоматско генерисање NC програма за обраду радног дела алата за ињекционо пресовање пластике, Мастер рад, 2013. [9] Интернет сајтови:

http://www.solidcam.com http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic www.plasticseurope.org http://se-ep.com/ma%C5%A1ine-za-brizganje-plastike-chen-hsong http://www.fadal.com/vertical-machining-centers-vmc-4020b.html

diplomski rad 59-06

Documents