Geometria előállítása reverse engineering módszerekkel Siemens PLM rendszerben

MISKOLCI EGYETEM MECHANIKAI TECHNOLÓGIAI TANSZÉK Geometria előállítása reverse engineering módszerekkel Siemens PLM rendszerben Kidolgozta: Hegedűs György 1 Lukács Zsolt 2 1 egyetemi docens, 2 egytemi 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

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 3

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. 4

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 5

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 6

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. 7

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. 8

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 9

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. 10

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 11

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 12

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 13

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. 14

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. 15

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. 16

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. 17

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-ProcessPlanner PLUS 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 18

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. 19