Способы создания «отпечатка» 3D модели в матрице пресс-формы

Формообразующая поверхность пресс-формы является инверсной по отношению к поверхности исходной детали. Существует несколько способов моделирования подобной инструментальной поверхности. Выбор того или иного способа зависит от формата файла 3D модели (передаваемой заказчиком конструктору), сложности изделия (определяет количество поверхностей разъема формы), точности математического описания поверхности и т.п. Ниже из них будут рассмотрены четыре наиболее часто используемых.

Способ I. «Вычитание поверхности». Это, наверное, самый простой способ, используемый в случаях, когда модель исходной детали - поверхностная. Достаточно часто подобные модели разрабатываются заказчиком в одной 3D CAD системе, а пресс-формы - в другой (т.е. в SolidWorks). Обмен файлами возможно реализовать лишь через экспорт/импорт в промежуточные форматы *.igs, *.step, *.dxf(3D), *.stl и др. Кроме того, даже если имеется модель типа *.sldprt, никто не мешает свести задачу к «исходной».

Рассмотрим пример создания матрицы пресс-формы для изготовления изделия «Логотип» (3D модель взята с сайта www.zxys.com).

Первое, что нужно сделать - это импортировать из файла Logo(Harley-Davidson).igs поверхностную, а не твердотельную модель в документ детали. Причины такого действия объясняются появлением возможности достаточно просто выявлять и исправлять ошибки, а также изменять саму геометрию (см. раздел 104#104).

Процедура импорта выполняется через диалоговое окно Открыть файл в котором после нажатия кнопки Параметры следует выбрать пункт Сшить поверхности (рис. ), а также при необходимости указать другие параметры.

**��.:** Параметры импорта модели

Привязываясь к габаритам импортированной поверхности можно создать заготовку будущей матрицы (рис. , позиция 1). При этом оба объекта должны пересекаться, иначе операция вычитания потеряет всякий смысл.

**��.:** Последовательность использования команды *Вырез/Поверхностью*

Для создания «отпечатка» проще всего выполнить Вставка 1#1 Вырез 1#1 105#105 Поверхностью. Команда отсечения поверхностью требует всего один параметр - название данной поверхности (рис. , позиция 2).

После выполнения всей процедуры импортированную модель детали можно просто скрыть (не погасить!!!) дабы не мешала отображению формообразующей поверхности матрицы (рис. , позиция 3).

Способ II. «Вычитание поверхности». Существует еще одна команда, аналогичная по своему содержанию приведенной выше. Единственным её преимуществом является возможность задать отступ по всей поверхности вычитаемой детали.

Создание эквидистантной поверхности с одной стороны позволяет учесть и компенсировать линейное (тепловое) расширение матрицы. Но с другой стороны, на величину этих деформаций будет искажена модель детали, и кроме того, не всегда возможно построить эквидистанту. Например, для рассматриваемого примера при величине отступа равной нулю, результат полностью соответствует рис. (позиция 3), при отступе наружу детали, модель успешно перестраивается (но кому нужны лишние зазоры - разве что как припуск под последующую механическую обработку), а вот при отступе вовнутрь возникнет ошибка: «создание недопустимой геометрии». По этой причине использовать второй способ рекомендуется для сравнительно простых деталей с небольшим количеством поверхностей.

**��.:** Создание формообразующей поверхности с отступом 0,002 мм от исходной поверхности детали

Описываемая выше команда находится в меню Вставка 1#1 Элементы 1#1 106#106 Отступ и для выполнения поставленной задачи, кроме тела заготовки и поверхности инструмента, требует указания параметра Вырез (рис. ).

Способ III. «Вычитание твердого тела». С точки зрения методики проектирования, данный способ наиболее «правильный». Во-первых, он используется для моделей изделий изначально разработанных в SolidWorks, либо когда при импорте геометрии был задан параметр Создать твердое тело (рис. ). Во-вторых, существует проблема совмещения контуров формообразующих поверхностей матрицы и пуансона (или нескольких матриц). Если деталь неправильной формы, то сориентировать её относительно всех разъемных частей пресс-формы достаточно сложно. Во всяком случае, нужно выделять характерные точки профиля и однозначно увязывать их пространственное положение с базовыми поверхностями матрицы и пуансона (и все это в отдельных файлах).

Во избежание ошибок, а также упрощения процесса проектирования, разработчиками SolidWorks предлагается использовать уже готовый инструмент 107#107 Полость. Данный инструмент имитирует процесс изготовления элементов пресс-формы «в сборе»: заготовки матриц/пуансонов изначально собираются, а только потом совместно обрабатываются (вырезаются формообразующие поверхности, центрирующие отверстия и т.п.). Из этого следует, что весь процесс выполняется в модели сборки, а наиболее подходящим методом проектирования будет «сверху-вниз» (см. раздел ).

Способ вычитания твердого тела проиллюстрирован на примере моделирования полуформ матрицы для получения пластиковой тары из предварительно разогретых ПЭТ форм (рис. ).

**��.:** Пример пресс-формы для изготовления пластиковой бутылки (чертеж взят с сайта `www.pet-inform.ru`)

Подготовка к выполнению операции состоит в том, что в новый документ сборки добавляется деталь «Бутылка» и относительно её габаритов создаются новые детали заготовок матрицы (в учебных целях на рис. , позиция 1, показаны только две заготовки).

**��.:** Пример операции вычитания твердого тела

18#18 Документ сборки используется сугубо для создания формообразующих поверхностей, но ни как для сборки в дальнейшем всей пресс-формы.

Для каждой модели заготовки матрицы повторяются следующие действия:

-4pt

войти в режим редактирования детали в контексте сборки (собственно в эту модель будет добавлен вырез);
из меню Вставка 1#1 Элементы вызвать команду Полость;
в Менеджере свойств в списке Компоненты проекта указать объект(ы), который будет вычтен из редактируемой детали (рис. , позиция 2);
установить параметры масштаба (более подробно см. раздел ).

Полученную модель (рис. , позиция 3) можно открыть в обычном режиме детали с целью дальнейшей доработки. Естественно, все изменения в исходном изделии будут приводить к изменениям полости матрицы, пока доступны внешние ссылки на документ промежуточной сборки.

Для всех приведенных выше примеров пресс-форм характерно наличие плоской и к тому же единственной поверхности разъема. Но что, если таких поверхностей несколько и они криволинейные (как на рис. )? Можно конечно заранее создать 5 частей матриц, собрать их вместе в документе сборки и затем вырезать полость бутылки, или же из одной модели вычесть твердое тело бутылки, а затем разрезать эту модель тремя поверхностями на 5 составляющих (рис. ). Однако есть еще более эффективный инструмент.

**��.:** Результат создания формообразующей поверхности одновременно на нескольких частях матриц

Способ IV. «Использование поверхностей разъема». Принципиальное отличие данного способа от других состоит в том, что вначале по форме детали-оригинала создается поверхность разъема, а уже потом с учетом формы этой поверхности и габаритов детали строится эскиз заготовок матриц.

Данный способ моделирования даёт возможность идти тем путём, который наиболее привычен конструктору:

-4pt

создать линии разъема - внешнюю кромку, отделяющую в матрице/пуансоне формообразующую поверхность от поверхности разъема;
создать поверхность разъема - геометрический объект, служащий для разделения матриц и(или) пуансонов, и не принимающий участия в формообразовании;
начертить эскиз блока - твердого тела, описанного вокруг габаритов изделия;
разделить блок на матрицы/пуансоны с помощью поверхности разъема, а также одновременно получить соответствующие формообразующие поверхности.

Описанная выше последовательность будет проиллюстрирована на примере создания заготовок матриц для изготовления изделия «Рычаг» (рис. ).

**��.:** Деталь «Рычаг» - задание на проектирование

В соответствии с описанной выше последовательностью, первым шагом построения является формирование линий разъема.

Если к модели были предварительно добавлены симметричные уклоны, то разделение матриц будет выполняться, как правило, по линиям излома боковых поверхностей. Если же уклоны не симметричные - то по кромкам внешних поверхностей. Иначе говоря, линии разъема уже существуют и их можно просто переопределить. Но в случаях, когда по каким-либо причинам боковые поверхности расположены параллельно направлению извлечения отливки (например, литейные уклоны будут задаваться на модели пресс-формы, а не детали-оригинала), линии разъема потребуется добавить вручную.

Особенность рассматриваемой ниже команды заключается в том, что для создания линий разъема понадобится выбрать кромки поверхностей, а не контуры эскизов. Следовательно, их надо сначала создать. Для этих целей в SolidWorks предусмотрена команда 108#108 Линия разъема (меню Вставка 1#1 Кривая). С помощью этой команды на любую поверхность проектируется эскиз. Спроектированная кривая разделит каждую грань на отдельные составляющие и преобразуется в искомую кромку (рис. ).

**��.:** Проекция эскиза на грани 3D модели

Заменить эскиз можно уже существующими твердотельными элементами, поверхностями, плоскостями или сплайнами поверхности. Установив вместо параметра Проекция параметр Пересечение, получим в виде кромки линию пересечения упомянутых выше геометрических объектов с выбранными поверхностями.

Искусственно созданные кромки модели еще не являются линиями разъема, поскольку последние не просто пространственные кривые, а объекты, содержащие некоторую часть технологической информации, а также входящие в состав информационной составляющей команд блока Литейные формы.

Во-первых, линии разъема (команда меню Вставка 1#1 Литейные формы) создаются после масштабирования модели и применения уклонов. Во-вторых, они определяют направление, в котором будет вытягиваться тело полости (путем выбора плоскости в списке Параметры литейной формы). В-третьих, данной командой выполняется предварительный анализ (рис. ) с возможностью автоматического определения границы-контура положительного/отрицательного уклонов боковых поверхностей относительно выбранного направления.

**��.:** Создание линий разъема

После нажатия кнопки Анализ уклона система попытается автоматически определить линии разъема. Если по каким-либо причинам это не удастся, либо конструктора не устраивает их пространственное положение, выполняется ручной ввод названий кромок. Их добавление или удаление производится из графической области: при незамкнутой линии разъема на конечной точке кромки появится красная стрелка, обозначающая возможную альтернативу. Осуществить выбор последующего сегмента кривой можно нажатием клавиши N, а подтвердить выбор - Y.

После создания линии разъема следующим шагом является построение поверхности разъема для внешних контуров. В рассматриваемом примере наибольший интерес представляет лишь параметр Расстояние (рис. ), который следует принимать с таким расчетом, чтобы созданная поверхность полностью покрывала габариты пресс-формы. Остальные параметры также проявляют себя визуально, и не составит большого труда самостоятельно сделать вывод о целесообразности их включения.

**��.:** Создание поверхности разъема

18#18 В некоторых моделях при небольших значениях кривизны линий разъема могут появляться зазоры между смежными поверхностями разъема. Во избежание последующих ошибок, следует:

-4pt

создать поверхность разъема с отключенным параметром Сшить все поверхности;
воспользовавшись командами Поверхность по сечениям или Линейчатая поверхность устранить зазоры;
объединить все поверхности командой Сшить поверхность.

Описанная выше команда 109#109 Вставка 1#1 Литейные формы 1#1 Поверхность разъема применяется для внешних боковых поверхностей модели. Но как быть с внутренними, например принадлежащих отверстиям?

В подобных случаях следует использовать специальный инструмент литейных форм - Отсекающие поверхности (рис. ). Это аналог команды Поверхность/Заполнить, который все открытые области между матрицей и пуансоном преобразует в плоскости, ограниченные линями разъема.

**��.:** Вставка отсекающих поверхностей

В результате проделанных выше манипуляций будет получен полный комплект поверхностей, однозначно определяющий границу раздела «матрица - деталь - пуансон». Теперь можно создавать и сам комплект формообразующих деталей пресс-формы: на любой плоскости, перпендикулярной направлению извлечения отливки или непосредственно на плоской грани поверхности разъема, если таковая имеется, чертится эскиз (рис. ).

**��.:** Эскиз

18#18 Эскиз является габаритом блока матрица/пуансон, поэтому должен находиться вне модели отливки, но в границах поверхности разъема.

Весь сложный процесс создания разделяющих поверхностей, которые на первый взгляд можно было бы построить и более простыми способами, необходим для формирования исходных данных команде Разделение инструментов (меню Вставка 1#1 Литейные формы). Её особенность в том, что для процедуры разделения требуется наличие не менее трех тел поверхности в папке Тела поверхности Дерева конструирования.

После выбора эскиза и нажатия кнопки 110#110 практически все поля Менеджера свойств будут заполнены автоматически, а пользователю необходимо лишь определиться с высотой матриц/пуансонов - параметр Размер блока (рис. )

**��.:** Разделение элементов пресс-формы

Создав блоки сердцевины и полости для модели (рис. ), тела поверхностей можно скрыть (не погасить!!!), а твердые тале пересохранить в отдельных файлах с целью дальнейшей доработки.

**��.:** Результат моделирования заготовок матриц детали «Рычаг»

Vladimir Korenkov 2006-05-22