MISKOLCI EGYETEM

MECHANIKAI TECHNOLÓGIAI TANSZÉK

Geometria előállítása reverse engineering

módszerekkel Siemens PLM rendszerben

Kidolgozta:

Hegedűs György1 – Lukács Zsolt2 1egyetemi docens, 2egytemi adjunktus

Készült:

a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 Járműipari anyagfejlesztések projekt keretében

A projekt szakmai vezetője

Dr. Tisza Miklós egyetemi tanár, tanszékvezető

Miskolc

2013

3

Tartalomjegyzék

Tartalomjegyzék ............................................................................................................................................... 3

1. Bevezetés ................................................................................................................................................ 4

2. Siemens PLM NX ..................................................................................................................................... 5

2.1. NX szerszámtervezés (Tooling) ............................................................................................................. 5 2.1.1. NX Moldwizard – műanyag fröccsöntő szerszámok tervezése ....................................................... 5 2.1.2. NX Progressive Die Wizard - többlépcsős sorozatszerszámok tervezése ........................................ 5

2.2. NX digitális megmunkálás tervezés (CAM) .......................................................................................... 6

2.3. NX végeselemes analízis (Simulation) .................................................................................................. 6

2.4. Teamcenter – a PLM (Product Lifecycle Management) megoldás ....................................................... 7

2.5. NX Sheet Metal .................................................................................................................................... 8 2.5.1. Lemezalkatrészek tervezése, terítékek generálása, mélyhúzás ...................................................... 8

3. Geometria-átvitel a rendszerek között .................................................................................................. 13

3.1. A VEM rendszerek kimenetei .............................................................................................................. 13

3.2. Lehetséges felületlétrehozási módok ................................................................................................. 13 3.2.1. Pontfelhő alapú szerszámfelület létrehozás ................................................................................. 14 3.2.2. Vezérgörbe alapú szerszámfelület létrehozás ............................................................................... 15

4. Következtetések, összefoglalás ............................................................................................................. 17

5. Irodalom ............................................................................................................................................... 18

6. Köszönetnyilvánítás .............................................................................................................................. 19

4

1. Bevezetés

Napjaink autóipari formavilága jelentősen megváltozott az elmúlt évtizedekhez képest.

Ebben jelentős szerepe van a CAD tervezőszoftverek területén történt töretlen fejlődésnek. A

tervezők képzeletének a rendelkezésre álló szoftvermegoldások nem szabnak határokat.

Kijelenthető, hogy nincs az az alkatrész geometria, amit a mai felületmodellezésre

szakosodott CAD megoldásokban nem lehet előállítani.

A mérnöki gondolkodás alapja, hogy a tervezett alkatrészek lehetőleg több konstrukciós

feladatot lássanak el egyszerre. Ezt korábban korlátozták a geometriai modellezés

hiányosságai. Mivel ez a probléma a modern CAD rendszerek jóvoltából megoldódni látszik,

napjaink autóipari lemezalkatrészeinek formavilága gyárthatósági szempontból meglehetősen

bonyolulttá vált. Az alkatrészek geometriája nem követi a klasszikus lemezalakítási

technológia gyárthatósági sajátosságait. Mindezek mellett az alkatrész mérettűrései erősen

feszegetik a gazdaságos gyárthatóság korlátait.

A technológus mérnökök további kihívása a technológia- és szerszámtervezésre fordítható

idő drasztikus csökkenése. Mivel a termékek piacra kerülési ideje a felfokozott innovációs

versenyben lerövidült ez magával hozta, hogy a tervezésre és szerszámgyártásra lényegesen

rövidebb idő jut. A lemezalkatrészek technológia- és szerszámtervezése a szerszámban

megvalósuló viszonylag bonyolult folyamatok miatt nem tartozik a könnyen megoldható

mérnöki feladatok közzé. A funkció összevonásokat tartalmazó alkatrész geometria, a szigorú

tűrésmezőkkel ezt a folyamatot csak nehezítette úgy, hogy közben a tervezésre fordított idő

lecsökkent. Ilyen kihívások mellett kell a technológusnak szinte „elsőre jót” tervezni.

Ahogy a konstrukciót tervező mérnököknek a CAD rendszerek fejlődése, úgy a

technológus mérnököknek a különféle technológia specifikus tervező szoftverek megjelenése

nyújtott nagy segítséget e komplex mérnöki kihívás megoldására. Az adott

alakítástechnológiai területre fókuszált, legtöbbször végeselemes elven működő célszoftverek

nagyban hozzájárultak ahhoz, hogy a konstrukciós oldalon történő változásokat a

technológusok követni tudják. Napjaink szerszámtervezéssel foglalkozó vállalkozásai nem

lehetnének versenyképesek az integrált technológiai és szerszámtervezés területén megjelent

szoftver megoldások nélkül.

Egy korábbi tanulmányban a témát már részben ismertettük és bemutattuk. Jelen

tanulmányunkban egy másik széles körben alkalmazott és elterjedt integrált tervezőrendszer

által megvalósítható lehetőségeket vesszük sorra.

5

2. Siemens PLM NX

Ebben a fejezetben nagyvonalakban ismertetjük azokat a lehetőségeket, amelyek a Siemens

PLM NX szoftverben rendelkezésre állnak egy szerszámtervező mérnök számára. Teljeskörű

megoldás a digitális terméktervezés és gyártás megvalósítására. Az NX rendkívül gyors és

hatékony tervezési, szimulációs, dokumentációkészítési, szerszámkészítési, megmunkálási

funkciókat nyújt egyetlen integrált környezeten belül. Az NX használatával csökken a piacra

jutási idő, javítható a termék minősége, ezáltal a termékre fordított költségek is csökkennek.

A nagyobb vállalatok mellett a kis- és középvállalkozások is felismerték a korszerű tervező

szoftverek alkalmazásának szükségességét a mindennapi munkájukban. Az NX új

szoftvercsomagjai már nekik is elérhető áron rendelkezésre állnak. Ehhez kapcsolódóan

számos alkalmazás van az NX tervezőrendszerben, amelyek felgyorsítják a termékek

életciklusát, lecsökkentik az átfutási időket és költségeket. Az NX integrált CAD/CAM/CAE

tervezőrendszer egy rendszeren belül képes minden tervezési, gyártási és analizálási feladatot

megoldani, integráltságának köszönhetően az utolsó pillanatban fellépő változtatások sem

okoznak problémát, mivel a teljes körű asszociativitás és parametrikusság miatt az NX

automatikusan újraszámolja a hozzá kapcsolódó szerszámpályákat, rajzokat, végeselem

analíziseket vagy összeállításokat. Minden egyes szakterületre léteznek egyedi CAx

megoldások, amelyek interfészek segítségével tartják a kapcsolatot egymással, sokszor sok

bosszúságot okozva felhasználóinak az importáláskor fellépő adatvesztés miatt. Az NX

(korábbi nevén Unigraphics/UGS) tervezőrendszer integráltan magába foglalja a

termékfejlesztés minden mérnöki eszközét, így a digitális tervezést (CAD), a gyártáshoz

(CAM) és szimulációhoz (CAE) szükséges szakmodulok széles spektrumát, valamint a

szerszámtervezés (Tooling) teljes palettáját.

Napjaink szerszámiparának legfontosabb kérdése a szerszámtervezési és gyártási idő

lerövidítése. Az NX csúcskategóriás funkcionalitása adja az alapot szerszámok határidőben

történő elkészítéséhez. Az NX integráltsága potenciális előnyt jelent, hiszen egy rendszeren

belül oldható meg a terméktervezés, szerszámtervezés és a szerszámgyártás is. Az

integráltságnak köszönhetően gyorsan végrehajthatók a megrendelők által kért módosítások, a

teljes körű asszociativitás és parametrikusság miatt az utolsó pillanatban fellépő változtatások

sem okoznak problémát.

2.1. NX szerszámtervezés (Tooling)

2.1.1. NX Moldwizard – műanyag fröccsöntő szerszámok tervezése

Az NX Moldwizard szakmodulja a szerszámtervező cégeknek ad olyan korszerű eszközt a

kezébe, amelynek segítségével automatizálni lehet a teljes szerszámtervezés folyamatát. A

folyamatvarázsló segítségével ellenőrizhetjük az importált vagy NX-ben készült modellt,

definiálhatjuk a zsugort, az osztógörbét és az osztófelületet. Az osztás után az NX

automatikusan képzi a szerszám feleket. Ezután szabványos vagy egyedi szerszámházak közül

választhatunk, majd a szabványos elemeket asszociatív módon helyezhetjük el az

összeállításban, úgymint csavarok, kilökők, stb. Az automatikus darabjegyzék készítés, a

hűtés és az elektróda készítés mindegyike a Moldwizard palettáján megtalálható.

2.1.2. NX Progressive Die Wizard - többlépcsős sorozatszerszámok tervezése

A sorozatszerszámok tervezése szorosan összekapcsolódik a lemezalkatrészek

tervezésével. Az NX ennek megfelelően speciális igényeket elégít ki akkor, amikor ezen

szerszámok tervezését automatizálja, a tudásbázisát alkalmazva építi fel a szerszámot. A

kiinduló darabot az elkészítendő lemezalkatrész adja. A kezdeti paraméterek meghatározása

6

után az NX automatikusan képzi a terítéket. Ez a teríték fontos része a folyamatnak, mivel a

sávterv meghatározásához elengedhetetlen a teríték megléte. A sávterv megadja, hogy melyik

az az optimális elhelyezkedés az adott lemezszalagon, amely a legkevesebb hulladékot és a

legjobb lemez kihasználtságot biztosítja. Ezt követően a szerszámot kell definiálni, amelyben

segítségünkre van az NX interaktív ún. folyamatvarázsló felülete. Ezután hajlító, lyukasztó és

alakító bélyegeket helyezhetünk el a szerszámban, úgy, hogy közben az erőhatásokat is

figyelembe vesszük. A szerszám elkészülte után az NX automatikusan generálja a

darabjegyzéket.

2.2. NX digitális megmunkálás tervezés (CAM)

A hatékony számítógépes gyártástervezés napjaink kulcsfontosságú tényezője az ipari

cégek sikereinek és az európai uniós piacon való versenyképességnek. A gyártórendszer

kiválasztása során számos szempontot kell figyelembe venni. A legfontosabb szempont, hogy

a gyártást megfelelő szinten, nagy biztonsággal és termelékenyen tudja kiszolgálni. Az NX

megmunkáló szoftvercsomagjai nem csak integráltan, hanem önálló CAM szoftverként is

megállják a helyüket, tökéletes megoldás minden közép- és felsőkategóriás CAD rendszer

kiegészítéseként is. Az NX megmunkáló moduljai integrált részét képezik a szoftvernek. A

CNC szerszámpályák automatikus tervezését közvetlenül a 3D-s NX modelleken végezheti a

felhasználó. Az NX CAM moduljai alkalmasak többtengelyes megmunkálások tervezésére

(marás, esztergálás, huzalszikra), a szükséges elektródák elkészítésére, illetve szerszámgépek

szimulációjára is. A megfelelő modulokkal megmunkálóközpontokat és marógépeket is

programozhatunk. Az NX előnye a CAM funkcionalitáson túl az integráltsága, mivel bármely

modellben történő módosítás esetén nincs szükség az összes szerszámpálya újbóli

létrehozására, ezt egy modell frissítéssel azonnal megtehetjük. További előny, hogy egy

rendszeren belül tudunk modellezni, szerszámpályákat létrehozni és szimulálni, valamint

kezelni az adatokat.

2.3. NX végeselemes analízis (Simulation)

Világszerte egyre több cég lát lehetőséget a digitális szimuláció eszközeiben, mivel olyan

évtizedek óta használt és bizonyított megoldást kínál, amelynek segítségével már a termék

életciklusának kezdeti szakaszán képet kaphatnak a használat során lejátszódó folyamatokról.

Végeselemes rendszerek használatával lehetővé válik a termékek előzetes ellenőrzése,

megszűnik a felesleges prototípusgyártás és ezzel egyidőben javul a minőség, csökkennek a

költségek.

A digitális szimuláció eszközei alkalmasak:

Lineáris és nem lineáris számítások elvégzésére

Statikai és dinamikai vizsgálatokra, kinematikai elemzésekre

Speciális eszközök állnak rendelkezésre hőtechnikai-, rezgésszám-, áramlástani-,

kifáradási és akusztikai analízisek elvégzésére

Gerendák és réteges elemek analizálására

A digitális szimuláció segítségével különféle mérnöki tudást és számításokat is

beépíthetünk a tervezési folyamatba:

Az optimalizáció segítségével célzottan befolyásolhatjuk a termékeink teherbírását,

költségeit

7

Intelligens szenzorok használata, amely pl. tömeg, térfogat stb. figyelésére

alkalmas

Ergonómiai vizsgálatok elvégzésére.

2.4. Teamcenter – a PLM (Product Lifecycle Management) megoldás

A magyar iparvállalatok az elmúlt 15-20 év során rengeteg mérnöki adatot halmoztak fel,

melyeket régebben papír alapon, ma már elektronikusan tárolnak. A cég tudása ezekben az

adatokban van, így a cégvezetés számára ezen adatok képviselik a cég valódi értékét. Ha ezt a

felhalmozott tudást nem megfelelően kezelik, pl. a keresési lehetőségei korlátozottak vagy az

adatok személyhez kötöttek, akkor ennek a tudásbázisnak az értéke folyamatosan csökken. A

Siemens PLM szoftvere, a Teamcenter megoldást nyújt ezeknek a műszaki információknak a

hatékony kezelésére. A PLM (Product Lifecycle Management) a termék életciklusa alatt

keletkező adatok elektronikus kezelésére és menedzselésére alkalmas megoldás. Ezek az

elektronikus adatok létrejöhetnek egy CAD rendszer használata során (modellek, rajzok),

vagy akár az életciklus más területein, mint pld. gyártáskor, beszerzésnél, vagy akár a

beszállítói csatornákon keresztül. A magyar cégek többsége használ valamilyen CAD

rendszert, adataik mennyisége elérte a kritikus nagyságot és szükség van valamilyen

adatkezelő rendszerre. Erre nyújt átfogó megoldást egy PLM rendszer, a Teamcenter.

A Teamcenter legfontosabb előnyei röviden:

Munkafolyamatok kezelése: a Teamcenter alkalmas a vállalati munkafolyamatok

leképezésére is. A munkafolyamatok, azok lépései (pl. elfogadás, változtatás kérés,

vagy egyéb egyedi munkafolyamat lépések) grafikus felületen keresztül állíthatók

be. Az így elkészített folyamatsablonok összerendelhetők felhasználókkal,

szabályokkal.

Dokumentum és projekt kezelés: a Teamcenter adatkezelésének két fő eleme a

fájlok és a hozzájuk kapcsolódó adatok tárolása. A fájltárolást a Teamcenter akár

Windows, akár Unix alapú fájlszerveren tudja végezni, és annak adatait saját

adatbázisába tudja integrálni. A Teamcenter gyakorlatilag bármilyen egyéb adat,

kép (jpg, tif, bmp), Microsoft Offce (Word, Excel, PowerPoint, stb.), Lotus Notes,

pdf, html, CNC program és egyéb adatot integrálni tud adatbázisába. 3D-s

formátumok megjelenítésénél is lehetőség van a modelleken mérést és feliratozást

végezni.

Multi-CAD rendszer: a Teamcenter beépül az összes elterjedt CAD rendszerbe

(NX, Solid Edge, Pro/E, Catia, Autocad, Inventor, Solidworks, stb.), és biztosítja a

CAD rendszerben elkészült dokumentumok kezelését. Óriási előny a CAD

rendszerek használóinak, hogy egyetlen helyen megtalálják a számukra szükséges

adatot, így gyakorlatilag mindegy, hogy melyik munkaállomás mellett dolgoznak,

vagy hogy esetleg földrajzilag máshol kezdenek hozzá egy újabb munkához.

Multi-site rendszer: több telephelyen, különböző rendszerekkel dolgozó tervezők,

és a tervezési adatokból dolgozó egyéb munkaterületek (beszerzés, gyártás) között

valós idejű együttműködést biztosít, így az adatok elérése azonnali, és párhuzamos.

Projekt menedzsment: A Teamcenter lehetőséget biztosít projektek időbeni

lefolyásának tervezésére. A projektekhez minden szükséges adatot, erőforrást

hozzárendelhetünk. A projektek időbeni lefolyása grafikusan is nyomon követhető.

8

Keresés: a termék életciklusához kapcsolódó CAD és egyéb adatok hatékony

keresésével csökkenthető a tervezési idő, és jelentősen redukálható a meglévő

konstrukciók „újratervezésének” kockázata.

Kapcsolódás vállalati rendszerekhez: a tervezői adatokban tárolt információ, vagy

annak egyes részei a vállalatirányítási rendszerek (MFG/PRO, SAP, Baan, J.D

Edwards) felé továbbíthatók, így az adatok időigényes többszöri bevitele

elkerülhető.

Egységes IT infrastruktúra: az elszigetelt csoportok helyett egységes informatikai

rendszert biztosít, aminek a fenntartása és kezelése jelentősen olcsóbb, valamint az

integráltság révén plusz funkciók széles tárházát biztosítja.

Összefoglalva elmondható, hogy a Teamcenter a termék adatokat foglalja közös

rendszerbe, segítségével gyorsabb életciklusokat hozhatunk létre, mivel mind a tervezés, mind

a gyártás, de akár az ajánlatadás területén is a minél gyorsabb reagálási képesség, stratégiai

előny. Az adatok központosított elérésével mindig az adat naprakész változatát kapjuk vissza,

kiküszöbölve annak lehetőségét, hogy a gyártási munkafolyamatba, vagy a tervezésbe nem az

aktuális adatokat használjuk.

2.5. NX Sheet Metal

2.5.1. Lemezalkatrészek tervezése, terítékek generálása, mélyhúzás

Az NX a lemezalkatrészek tervezésénél, terítékeinek képzésénél jelentősen lerövidíti a

tervezési és gyártási időt. A jelenleg kevés CAD rendszerben elérhető mélyhúzást támogató

modul nagyszerűen alkalmazható, végeselem módszerei hathatós segítséget nyújtanak az

egzakt teríték meghatározására még úgy is, hogy szakadás esetén már előre képes szimulálni a

várható szakadási helyeket. A lemezalkatrészeket gyártó cégek nap mint nap használják az

NX Metaform adta teríték képzési lehetőségeket (már ajánlat adáskor is), így a gyártási

költségeket a pontos teríték alapján könnyen kalkulálhatók.

Az autógyárak az egyik legnagyobb felhasználói a lemezalkatrészeknek. A legtöbb CAD

rendszer ma már rendelkezik lemezalkatrész tervező (Sheet Metal Design) modullal,

amelynek segítségével az alap hajlításokon túl már egyre bonyolultabb formákat is meg lehet

tervezni. A hazai tapasztalat az, hogy a lemezalkatrészek tervezése nem belföldön folyik, itt

csak az alakító szerszámokat készítik el a beszállítók. Ehhez természetesen a kapott modell

terítékét is meg kell határozni, amely egyszerű esetben csak hajlításokból áll, de manapság

egyre gyakrabban fordul elő, hogy csak mélyhúzással állítható elő a kívánt alkatrész. Ebben

nyújtanak segítséget az NX jól átlátható lemezalkatrész szakmoduljai.

2.5.2. Lemezteríték meghatározása

Az NX több lehetőséget kínál a lemezterítékek meghatározására.

Lineáris éleket tartalmazó alkatrészek teríték képzése

A legegyszerűbb megoldás az egyszerű lineáris él mentén történő hajlítások kiterítésénél

van.

Ilyenkor az NX egyszerűen a lineáris élek mentén felhajlítja a lemezt és síkba teríti a

semleges szál figyelembevételével. Lehetőség van arra is, hogy a lemezalkatrészen egy

tetszőleges irányú egyenes mentén is elvégezzük a hajlítást és ennek képezzük a terítékét.

9

Importált geometriák esetén sincs gond, mivel ha ezek 2D-s görbék, akkor is gyorsan

képezhetünk lemezalkatrészt egy egyszerű kihúzással. Ezután a testen a meglévő görbéket

felhasználva definiálhatjuk a hajlítási éleket, amelyet már könnyedén kiteríthetünk, mivel

ezek standard lemezhajlítások lesznek.

A nem lemezalkatrészként tervezett testmodellek felhasítása és kiterítése sem okoz

problémát az NX-nek, mivel speciális parancsok állnak rendelkezésre ezek elvégzésére.

Természetesen a technológiailag helyes sarokkicsípésekre, felhasításokra és él zárásokra is

megoldást nyújt az NX.

Nem lineáris éleket tartalmazó alkatrészek teríték képzése

Azokra az esetekre, amikor a modellen nem lineáris élek is vannak (pl. szplájn görbék), az

NX-ben egy analitikus módszer áll rendelkezésre. Nagyon egyszerű a működése, az NX hálót

helyez el a modell felületeire, amely hálót utána a síkba, a hosszak megmérésével felvetíti. Az

így kialakult görbék adják ezután a terítéket.

Az autógyárak az egyik legnagyobb felhasználói a lemezalkatrészeknek. A legtöbb CAD

rendszer ma már rendelkezik lemezalkatrész tervező (Sheet Metal Design) modullal,

amelynek segítségével az alap hajlításokon túl már egyre bonyolultabb formákat is meg lehet

tervezni. A hazai tapasztalat az, hogy a lemezalkatrészek tervezése nem belföldön folyik, itt

csak az alakító szerszámokat készítik el a beszállítók. Ehhez természetesen a kapott modell

terítékét is meg kell határozni, amely egyszerű esetben csak hajlításokból áll, de manapság

egyre gyakrabban fordul elő, hogy csak mélyhúzással állítható elő a kívánt alkatrész. Ebben

nyújtanak segítséget az NX jól átlátható lemezalkatrész szakmoduljai.

2.5.3. Mélyhúzott alkatrészek teríték képzése az NX Metaform segítségével

Természetesen létezik egy másik megoldás is az ilyen és ennél bonyolultabb modellek

kiterítésére is. Az NX alap lemez moduljának része a Metaform végeselem megoldó. Ennek

segítségével bármely mélyhúzott alkatrész kiterítése egzakt módon, percek alatt megoldható.

A tapasztalat az, hogy a cégek a mélyhúzott alkatrészek terítékének meghatározását csak

iterációval, többszöri próbálkozással tudják meghatározni. Ez rengeteg időt vesz el mind a

tervező és gyártó mérnöktől, foglalja a gépidőt is, mivel ezeket a próbálkozásokat csak a

gépen tudják szimulálni. Erre nyújt egzakt megoldást az NX Metaform modulja, mivel

végeselem módszerrel, az anyagtulajdonságok figyelembevételével számolja ki a keletkező

terítéket. Első lépésben a Metaform egy végeselem hálót feszít a modellre, amelyet bármilyen

mértékig lehet finomítani, csak a számolási idő szab határt az eredmény minőségének. Ha ez a

háló elkészült a modellen, definiálni kell a peremfeltételeket, vagyis a megfogást és az

anyagminőséget fizikai tulajdonságai alapján. Ezután az NX Metaform a meghatározott

felületre kiteríti a hálót, és a háló kontúrja adja majd a kiterített lemezalkatrész kontúrját.

A kiterítést természetesen nem csak egy lépésben lehet definiálni, bármely közbenső

állapotig el lehet jutni a felületek korrekt definiálásával. Az egyszerűtől a bonyolultig, minden

lemezalkatrész korrekt módon, próbálkozások nélkül kiteríthető, ezzel időt és energiát

spórolva meg használójának.

2.5.4. Dynaform

Dynaform BSE in NX (Blank Size Engineering) modul

A DYNAFORM új, BSE in NX teríték tervező modulja komplett megoldást szolgáltat a

teríték méretének meghatározására, valamint a Blank Nesting lemezelrendezés készítő

modullal együtt a legkedvezőbb anyagkihasználást, minimális hulladékot és kedvező

termékárat eredményez. A BSE a ma elérhető legpontosabb végeselemes (FEA) megoldóval

10

rendelkezik, megmutatja a lemezvastagság %-os változását (vékonyodás %,

vastagságnövekedés %), valamint az Alakítási Határ Diagramot (FLD), hogy csak néhány

lehetőséget említsünk. A BSE a költségelemzéshez beépített költségbecslő modullal is

rendelkezik.

NX/BSE - alakíthatósági problémák előrejelzése lemezalakításnál

A NX/BSE (Blank Size Engineering) szoftvercsomag drasztikusan csökkenti a szerszámok

tervezésével és fejlesztésével kapcsolatban felmerülő kockázatokat és költségeket azáltal,

hogy még a tényleges szerszámozás előtt lehetővé teszi az esetlegesen fellépő alakíthatósági

problémák előrejelzését. A selejtes szerszám javítása, korrigálása jelentős munka-, idő- és

anyagráfordítást igényelne: mindez számítógépen a költségek töredékéért elvégezhető. Az

alakítási folyamat során bekövetkező esetleges repedés, felszakadás, ráncosodás,

elvékonyodás még a szerszámozás elkészítése előtt kiküszöbölhető, miközben a megrendelő

bizalma és a tervezés megbízhatósága növekszik. Az NX/BSE bizonyítottan egy gazdaságos,

hatékony megoldás a lemezalakítás fejlesztésére. Különféle szakmodulok állnak

rendelkezésre a lemezalkatrészek alakítására.

Dynaform MSTEP (Modified-One-Step) modul

A DYNAFORM új, MSTEP modulja egy teljes one-step (lépésenkénti) megoldó modul az

alakíthatósági elemzés gyors elvégzésére a termék tervezési ciklus korai szakaszában. Ezt a

modult kimondottan a megvalósíthatósági elemzés és a szerszámtervezés gyors ellenőrzésére

fejlesztették ki. A különböző szerszám koncepciók összehasonlítása elvégezhető a

lemezvastagság változása, az alakítási határdiagram, a feszültségek és alakváltozások,

valamint számos más paraméter alapján. A modul alkalmas a terítékalak körvonalának

becslésére is, ezáltal az anyagszükséglet csökkentésére.

2.1. ábra. Dynaform MSTEP (Modified-One-Step) modul működés közben

.

11

2.2. ábra. Dynaform MSTEP (Modified-One-Step) modul működés közben

2.5.5. BSE Simulation

A szoftver rendelkezik szimulációs modullal. A megoldó modul az alakítási feltételeket

szinte másodpercek alatt határozza meg. Az eredmények tartalmazzák az alakváltozásokat, az

alakítási határdiagramot, a lemezvastagság százalékos változását (csökkenés, növekedés),

valamint a legkisebb és a legnagyobb fő alakváltozások értékeit.

BSE Nesting - lemezelrendezés készítő modul

Lehetőség van lemeztáblákon való kiosztások optimalizálására, elrendezés tervezésére. A

modul egyszeres, dupla és többsoros teríték elrendezési tervek készítését teszi lehetővé. A

legkedvezőbb anyagkihasználást és a leeső hulladékot a darabárral együtt számítja.

2.3. ábra. BSE Nesting - lemezelrendezés készítő modul működés közben

12

BSE Blanking - lemezteríték meghatározás

A munkadarab alsó és felső része különválasztható, ezáltal az anyag mind kívülről, mind

belülről megmutatható. A középfelület automatikusan generálható. Számos beépített

funkcióval rendelkezik a felületek közötti rések, furatok kitöltésére. A program meghatározza

a legkedvezőbb alakítási irányt. Az AutoTip (automatikus iránymeghatározás) megmutatja az

esetleges alámetszéseket és a húzási mélységet is. Az alakítási irány manuálisan is

meghatározható. Az iparilag tesztelt terítékszámító modul hálójavítási és hálószámítási

funkcióval is rendelkezik.

2.4. ábra. BSE Blanking – lemezteríték meghatározás

2.5.6. Dynaform DFE (Die Face Engineering) modul

A DYNAFORM DFE modulja egy komplett szerszámtervező programcsomag, amely az

alkatrész geometriából kiindulva, a DYNAFORM rendszeren belül a ráncgátló és a

hozzáadott átmeneti felületek, továbbá a teljes szerszámfelület létrehozására szolgál. A DFE

modul egy sor automatizált eszközt tartalmaz a tervező munkájának segítésére, például

alakítási irány meghatározás, a ráncgátló és a hozzáadott átmeneti felületek generálása.

2.5. ábra. DYNAFORM DFE modullal meghatározott szerszámfelület

13

3. Geometria-átvitel a rendszerek között

A geometria-átviteli kényszer abból adódik, hogy a szerszámtervezés konstrukciós

folyamata a célterületre fókuszált CAD/CAM alkalmazásban történik, de az alkatrész egyedi

geometriai sajátosságait kialakító szerszámfelületek tervezésére alakítástechnikai folyamatok

modellezésre alkalmas szoftverekkel valósítható meg. E kényszer miatt a technológiai- és

szerszámtervezési folyamat kettéválik a logikailag különböző elveket képviselő alkalmazások

miatt, de a végső konstrukciós megvalósításhoz az egyedi szerszámelemek előállítására

alkalmas felületelemeket vissza kell hozni a CAD/CAM rendszerekben. Hiszen az elemek

fizikai előállítására alkalmas CAM modulok csak e rendszerben elérhetőek.

Az alapvető eltérés az egyes VEM és CAD/CAM rendszerek között a geometria kezelés

területén a következő. Egy CAD rendszerben egy alaksajátosság (felület vagy testmodell)

matematikailag minden pontjával adott. Ez teszi lehetővé, hogy az alaksajátosságok között

pld. Boole műveleteket végezzünk. A technológiamodellező végeselemes rendszereknek ez a

mértékű pontosság nem szükséges, hiszen a geometriát csak diszkrét elemekkel közelíti és így

is kielégíti a technológia megítéléséhez szükséges pontosságot. Azaz elvi különbségek vannak

a programok geometriai leírása között. Általánosságban kijelenthető, hogy különböző

rendszerek közötti geometria átmenet mindig geometriai információvesztéssel jár.

Ha geometria-átvitel szempontjából a CAD rendszerből tartunk a VEM rendszer felé, akkor

ebben az esetben a probléma nem jelentkezik, mert egy pontosabb geometria leírásból tartunk

egy pontatlanabb geometria leírással is működő rendszer felé. Egyszerűsítve úgy is

tekinthetjük a geometriai információ-egyszerűsítést, hogy „van miből veszteni”. A probléma

akkor jelentkezik, ha a geometriai adatátvitel iránya megfordul és egy pontatlan geometriai

leírással működő rendszerben létrejött felületeket akarunk, a matematikailag zárt formulákkal

megadott CAD rendszerben kezelni. A továbbiakban tekintsük át, hogy milyen geometriai

kimenetei vannak a modellező VEM rendszereknek és a kötött átviteli szabályozás mellett,

hogyan lehet geometriai-átvitelt végrehajtani.

3.1. A VEM rendszerek kimenetei

Ha alakítástechnológiai modellező szoftver szerszámtervezést támogató célmoduljainak

segítségével előállítottunk egy lehetséges szerszámfelületet, akkor ez a felület a

legelterjedtebb geometriai leíró fájlcserélő formátumban a következők:

- IGES (InitialGraphics Exchange Specification),

- STL (STereoLithography),

- STEP (Standard forthe Exchange of Productmodeldata), ISO 10303-214:2010.

A három leggyakrabban használt fájlformátum a különböző CAx rendszerek közötti

adatcsere megvalósítását teszi lehetővé, ezért célszerű ezen formátumokkal előállított

geometriai adatok elemzése.

3.2. Lehetséges felületlétrehozási módok

A szerszámfelület létrehozásakor a végeselemes rendszer által előállított adatcsere

fájlformátumot kell felhasználnunk. A jelenlegi tanulmány készítésekor a felületek előállítását

elsősorban STL fájlformátumok esetén vizsgáltuk, azonban célszerű a jövőben további

formátumok pl. STEP, IGES vizsgálata is. A cél egy olyan – a gyakorló szerszámtervező

mérnökök számára alkalmas – számítógépi algoritmus előállítása, mely a végeselemes

szoftver eredményeit felhasználva a CAD rendszerben felhasználható szilárdtestmodellt hoz

14

létre. Az így létrehozott szerszámmodell segítségével a tervezési idő lerövidíthető, mely

további költségmegtakarítást eredményez, valamint a termelékenységet növeli.

Az STL fájlformátum előnye, hogy napjaink CAD/CAM/CAE rendszerei támogatják mind

kimeneti, mind bemeneti oldalon. Hátránya azonban, hogy a formátum csak térbeli pontokat

és ezekre a pontokra illesztett háromszögeket tartalmaz, ennek következtében a végeredmény

egy sokszögfelület, minden más geometriai és egyéb információ nélkül. A STL fájlformátum

alapján előállított szerszámfelület függ a rendelkezésre álló pontfelhő felbontásától. Bonyolult

szabadformájú felületeknél a közelítő felület hibáját nagymértékben befolyásolja a

végeselemes szoftverrel előállított STL fájl felbontása. A járműiparban használt szoftverek

többsége hatékony algoritmusokat használ, mellyel a reversee nigineering (fordított mérnöki

tevékenység), vagy gyors prototípusgyártás (RapidProtoTyping) során felhasznált STL

fájlokat felhasználva különböző felületeket és szilárdtestmodelleket lehet visszaképezni.

Ezeket az eljárásokat a tervezőmérnökök különböző parancsokon keresztül alkalmazzák a

kívánt végleges felületek, modellek előállításához.

A kutatás jelenlegi fázisában megvizsgáltuk a különböző parancsokkal és modulokkal

létrehozott felületeket, figyelembe véve a visszafejtett felületek hibáit, hiányosságait. A

további cél olyan – a CAD rendszerekkel támogatott parancsokkal létrehozott – felületek

előállítása, melyek könnyen automatizálhatók a rendelkezésre álló végeselemes szoftverrel

létrehozott fájlformátumokból. A felületek létrehozását a CAD rendszerekben különböző

szakmodulok támogatják, attól függően, hogy milyen szoftver áll rendelkezésre. A

legelterjedtebb autóipari szoftverek a Dassault Systemes fejlesztő cég CATIA szoftvere, illetve

a Siemens PLM NX (korábban Unigraphics NX). A vizsgálatainkat a Siemens PLM NX

program felületmodellezést támogató moduljaiban végeztük el, hasonló módon, mint az előző

időszakban a Dassault Systemes CATIA szoftverjénél.

3.2.1. Pontfelhő alapú szerszámfelület létrehozás

Ennél a megközelítésnél a végeselemes szerszámtervező szoftverrel előállított

szerszámfelület STL formátumú kimenetét használjuk fel a CAD rendszerben.

3.1. ábra. A beolvasott STL fájl a CAD rendszerben.

15

Az automatikus felületillesztéshez a rendelkezésre álló pontfelhőre egy zárt hálófelületet

kell létrehoznunk a CAD rendszerben.

3.2. ábra. Az előállított hálófelület a CAD rendszerben.

3.2.2. Vezérgörbe alapú szerszámfelület létrehozás

A vezérgörbe alapú szerszámfelületek létrehozása alatt a különböző söpört, határgörbék

alapján létrehozott háló- és különböző paramétergörbékre illeszkedő felületeket értjük. Az

alapelgondolásnál abból indulunk ki, hogy a végeselemes szoftverrel előállított

szerszámfelületen x, y és z irányú paramétergörbéket (metszeteket) veszünk fel, majd ezeket a

görbéket felhasználva a fent említett felületmodellezési technikákat alkalmazzuk.

3.3. ábra. Az x irányú metszeti görbék és az STL modell.

16

A 3.3. ábra mutatja a végeselemes programban felvett metszeti görbéket valamint az STL

modellt. A modellen látható, hogy felülethiányosságok is vannak, azonban ez a görbék

alapján előállított felületre nincs hatással.

3.4. ábra. Söpört felület illesztése a vezérgöbékre.

Az előállított görbék IGES formátumként beolvashatók a CAD rendszerbe. A görbék

matematikai leírásukat tekintve NURBS szplájnok, lehetőség van még vonallánc létrehozására

is, de a szplájnok alkalmazása a folytonossági feltételek miatt célszerűbb.

17

4. Következtetések, összefoglalás

Összességében megállapítható, hogy a CAD rendszerek hatékony eszközökkel segítik a

tervezőmérnökök munkáját a fejlett felületmodellező technikák segítségével. Azonban

bonyolult szerszámalakoknál, szabadfelületeknél a modellezési idő rendkívül megnőhet. A

piacvezető szoftverfejlesztők jelenleg is azon a problémán dolgoznak, hogy olyan kimenetet

produkáljanak a CAD rendszerek számára, melynek átvételével a szerszámtervező mérnökök

magára a szerszámtervezésre tudnak koncentrálni, szemben a jelenleg megszokott

felületmodellezéssel. A további kutatási célok között szerepel további piacvezető szoftverek

beépülő moduljainak vizsgálata, valamint egy számítógépi algoritmus kidolgozása a CAD

rendszerben, amely a végeselemes szoftver adatait felhasználva a tervezési időt

lecsökkentheti.

18

5. Irodalom

[1] ETA Engineering Technology Associates DynaForm Sofversolution of Sheet Metal

Forming Process, www.eta.com/dynaform

[2] ESI Group Pam-Stamp2G Pam-Stamp2G Simulation of Sheet Metal Forming,

www.esi-group.com/product

[3] ESI Group és a TATA Technologies projektjelentés: TATA Motors usesPam-

Stamp 2G toshape a 3- plysteel, 2010.

[4] AutoForm megoldások a tervezés teljes folyamatláncán, AutoForm honlap,

www.autoform.com/products/solution-overview

[5] AutoFormSolution of Product Development: Application Examples, Franke

Increases Production Quality of Kichen Sink with AutoFormOne-Step Softver,

www.autoform.com/en/pdf/news/PressRelease_050704.pdf

[6] AutoForm Process Planner bemutatóanyag, AutoForm-ProcessPlannerPLUS

áttekintés, www.autoform.com/products/processplanner-plus

[7] AutoFormDieAdviser bemutatóanyag, AutoForm-DieAdviser áttekintés,

www.autoform.com/products/dieadviser

[8] NX Progressive Die Design szoftverismertető leírás. Graphit Kft website

http://www.graphit.hu/NX/weboldalak/pdw.aspx

19

6. Köszönetnyilvánítás

A cikkben/előadásban/tanulmányban ismertetett kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-

10/2/KONV-2010-0001 projekt eredményeire alapozva a TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV-2012-

0029 jelű projekt részeként – az Új Széchenyi Terv keretében – az Európai Unió

támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.