مقاله در مورد طراحی قالب های آهنگری توسط نرم افزارهای CAD/CAM

بخشی از مقاله

مقدمه:
آهن گری کار برروی فلز به منظور تبدیل آن به یک شکل مفید توسط پتک کاری و یا پرس کاری می باشد ، آهن گری از قدیمی ترین هنر های فلز کاری محسوب می شود و منشاء آن به زمان های بسیار دور بر می گردد.
در حقیقت در چندین هزار سال پیش فلزاتی مانند نقره و طلا بدون استفاده از قالب آهن گری (آهن گری باز) می شدند.

اما از 2000 سال پیش استفاده از قالب جهت آهن گری قطعات مرسوم گردید.
ایجاد ماشین آلات و جایگزینی آن با بازوی آهنگر از دوران انقلاب صنعتی آغاز گردید.
امروزه ماشین آلات و تجهیزات آهن گری متنوعی وجود دارند که به کمک آن ها می توان به ساخت قطعات کوچکی به اندازه یک مهره تا قطعات بزرگ مانند روتور توربین و قطعات کشتی و خودرو اشاره کرد.

هدف از این پروژه چگونگی طراحی قالب های آهن گری توسط نرم افزار های Catia و Super Forge می باشد.
ابتدا قطعات قالب را در Catia طراحی می کنیم، طراحی بدین صورت است که محیط
Mechanical Desigen part design
را انتخاب می کنیم و با توجه به دستورهای موجود قطعه را طراحی می کنیم.
بعد از اتمام طراحی فایل را با پسوند stl می نماییم ، چون این پسوند برای نرم افزار Super Forge قابل شناسایی می باشد.

صفحات بعد قالب بالایی و قالب پاینی و قطعه کار با نرم افزار Catia نشان داده شده است ، که برای ورود به نرم افزار Super Forge آماده می باشند.


قبل از اینکه به سراغ نرم افزار Super Forge برویم روش نصب آن را توضیح می دهیم.
1- ساخت یک پوشه با نام Flexlm روی درایو C .
2- کلیه فایل های پوشه crack را از روی CD در پوشه Flexlm کپی می کنیم.
3- فایل License. dat را با نرم افزار Notepad ویرایش کرده و نام کامپیوتر را جلوی server به جای عبارت your – Ethernet – name جایگزین می کنیم.
4- نصب Flexlm از روی CD به صورت SERVER با توجه به مسیر
C : \ Flexlm \ License. dat
5- RESTART کامپیوتر
6- نصب Super Forge به صورت typical
7- اضافه کردن مسیرهای ذیل در منوی propertises آیکون my computer برگه Advanced ، گزینه Enuiron ment
بخش
Variable for administrator user
1) LM-License – file , C : \ Flexlm \ License. dat
2) MSC - License – file , C : \ Flexlm \ License. dat
8- کپی کردن فایل License. dat از مسیر به جای فایل License C : \ Flexlm به جای فایل License موجود در مسیر نصب نرم افزار
9- Restart کامپیوتر
10- اجرای نرم افزار جهت اطمینان از ن

صب کامل آن.
بعد از نصب نرم افزار ابتدا از منوی File گزینه new project را انتخاب کرد. و نرم افزار برای ایجاد یک پروژه جدید آماده می شود.
در processبخشهای مختلف قالب از جمله قالب بالایی وقالب پایینی وقطعه
کار به نام های upperdie و lowerdie و work piece قرار دارند که پارامتر های مورد نیاز از جمله مدل ، مواد، دما، اصطکاک و پرس و موارد دیگر به آن ها نسبت داده می شود که این مورد با drag کردن انجام می گردد.

موارد زیر را با توجه به عکس های گرفته شده از نرم افزار در طول فرایند پی می گیریم .
1- ورود قطعه به داخل نرم افزار :

برای اوردن قطعات از قبل ذخیره شده با فایل stl از مسیر زیر استفاده می کنیم.insert model frome file
لیست سه نوع قطعه در قسمت invent ory windows ظاهر می شود که باید به قسمتproject window (process) نسبت داده شود این قطعات شامل قسمت بالایی قالب ،قسمت پایینی قالب وقطعه کار می باشد با باز شدن کادر open وانتخاب فایل ها و کلیک کردن روی دکمه open قطعه وارد محیط super forge می شود .


2- تعیین نوع ماده برای قطعه کار :
همان طوری که در شکل مشاهده می شود از مسیر زیر برای تعیین ویژگی های ماده قطعه کار استفاده می گردد.
Insert material manual
با این انتخاب کاری با نام material باز می شود که دارای چهار برگ نشان به نام های الاستیک – پلاستیک و منجی و تاریخ می باشد.
در برگ نشان الاستیک پارامترهای نظیر مدول یانگ ، نسبت پواسان ، چگالی ، ظرفیت حرارتی معرفی می گردند.
در برگ نشان پلاستیک نوع فورج ، تنش تسلیم مینیمم و ثابت تسلیم بیان می گردد.
وسرانجام منحنی مربوط به چنین ماده ای در قسمت plot معرفی می گردد. وبا ok کردن نوع ماده در قسمت name ظاهر می شود که باید به قطعه کار نسبت داده شود.


3- انتخاب پرس :

با انتخاب گزینه press از منوی insert کادر press ظاهر می شود.
که در این کادر نوع پرس هیدرولیک و سرعت آن mm/s 100 (میلیمتر بر ثانیه) انتخاب شده است.
4- اصطکاک:
بین قالب و قطعه کار اصطکاک وجود دارد که باید مشخص شود در کادر Frction اصطکاک از نوع برشی انتخاب شده است.
و مقدار این اصطکاک 3/0 می باشد.

5- تعین دما:
برای تعین دمای قالب از مسیر زیر استفاده می کنم:

Temperature Die manual
در کادری که باز می شود پارامترهایی از جمله دمای اولیه قالب ، ضریب انتقال گرما به محیط ، ضریب انتقال گرما به قطعه کار و قابلیت انتشار گرمای تشعشعی به محیط تعریف می شوند.
برای تعین دمای قطعه کار از مسیر زیر استفاده می شود:

Temperature workpiece manual
در کادر باز شده دمای قطعه کار ، ، ضریب انتقال گرما به محیطو نیز قابلیت انتشار گرمای تشعشعی به محیط تعریف می شوند.

6- تعین نوع فرم دهی:
با استفاده از کادر simulationcontrol که از منوی insert قابل دستیابی است . پارامترهایی نظیر کورس قالب ، اندازه المان قطعه و نوع قالب از نظر بسته یا باز بودن ، فرم دهی گرم یا سرد تعریف می شوند.
انواع قالب هایی توسط نرم افزار super forge قابل تحلیل است :
1- قالب باز
2- قالب بسته
3- اکستروژن به جلو
4- اکستروژن به عقب
5- خم کاری
6- نورد

بعد از اتمام تعیین پارامتر های گفته شده نوبت به نتیجه گیری نهایی فرایند فورج می رسدکه این عمل با دستور run\ restart از نوار ابزار
Simulation bar
انجام می گردد.
بعد از کلیک کردن روی دستور نرم افزار شروع به محاسبه فرایند می کند که مدت زمان آن بستگی به اندازه المان ، اندازه قالب و قطعه ، پیچیدگی قطعه و قالب و غیره ......... دارد و ممکن است تا (4-3 ) ساعت نیز طول بکشد.
وقتی که محاسبه تمام شد در شاخه درختی process ایکن result ظاهر می شود . با کلیک کردن روی آن ، نتایج ظاهر می شود این نتایج شامل تغییرات دما در حین فرایند ، چگونگی جریان مواد ، تنش مؤثر روی قطعه و تأثیرات مختلف روی قالب و غیره را نشان می دهد.

برای مشاهده نتایج از نوار ابزار result bar استفاده می کنیم .
دراین نوار ابزار چهار قسمت و سه دستور مهم وجود دارد که در ذیل توضیح داده خواهد شد .
1- در قسمت اول با توجه به داده های قبلی گزینه forming فعال می باشد.
2- در قسمت دوم مشاهده نتایج بر حسب یکی از موارد زیر است :
- دما
- تماس قالب
- تنش مؤثر پلاستیک
- تنش مؤثر
- فشار تماس
- جریان مواد
3- پیشرفت فرایند بر حسب در صد ، زمان ، مرحله

4- میزان پیشرفت فرایندبا توجه به درصد، زمان و یا مرحله
5- دستور result plot که نتیجه کار را نشان می دهد
6- دستور animation که به صورت فیلم فرایند فورج را نمایش می دهد
7- دستور time history graph که منحنی پیشرفت فرایند را نشان می دهد.

در بخش آخر چگونگی Gcode گیری قطعات قالب جهت ماشین کاری توضیح داده خواهد شد .
ابتدا از مسیر mechanical design part design
وارد محیط طراحی قطعه می شویم در این محیط باید قطعه و قطعه خام و نقطه شروع و پایان ماشین کاری ترسیم شود.
بعد از این از مسیر
Machining Nc Manufacturing Advanced
وارد محیط ماشین کاری می شویم . در شاخه درختی
Part operation با دو بار کلیک کادری باز می شود که پارامترهایی همچون نوع دستگاه، محور های مختصاتی ، قطعه نهایی ، قطعه خام ، فیکسچر و موقعیت قطعه معرفی می شود
در مرحله بعد با انتخاب یکی از دستورات ماشین کاری و کلیک روی شاخه درختی program Manufacturing کادری باز می شود که مشخصات قطعه و نوع ابزار و ماکزیمم براده برداری در هر دفعه و نحوه نزدیک شدن ابزار به قطعه و پارامترهای دیگر تعریف می شوند .
حال برای مشاهده ماشین کاری از دستور tool path replay
استفاده می کنیم بعد از پایان ماشین کاری به کمک دستور
Generate Nc Code In Batch Mode
Gcode های مورد نظررا دریافت می کنیم که می توان آن را به دستگاه CNC برای ماشین کاری قطعه فرستاد.

$$ Generated on Saturday, June 14, 2008 11:44:05 AM
$$ CATIA APT VERSION 1.0
$$ -----------------------------------------------------------------
$$ Manufacturing Program.1
$$ Part Operation.1

$$*CATIA0
$$ Manufacturing Program.1
$$ 1.00000 0.00000 0.00000 0.00000
$$ 0.00000 1.00000 0.00000 0.00000
$$ 0.00000 0.00000 1.00000 0.00000
PARTNO PART TO BE MACHINED
COOLNT/ON
CUTCOM/OFF
$$ OPERATION NAME : Tool Change.1
$$ Start generation of : Tool Change.1
TLAXIS/ 0.000000, 0.000000, 1.000000
$$ TOOLCHANGEBEGINNING
RAPID
GOTO / 80.00000, 70.00000, 60.00000
CUTTER/ 6.000000, 3.000000, 0.000000, 3.000000, 0.000000,$
0.000000, 50.000000
TOOLNO/1, 6.000000
TPRINT/T1 End Mill D 10
LOADTL/1
$$ TOOLCHANGEEND
$$ End of generation of : Tool Change.1
$$ OPERATION NAME : Roughing.1
$$ Start generation of : Roughing.1
FEDRAT/ 300.0000,MMPM
SPINDL/ 70.0000,RPM,CLW
GOTO / 86.00125, 14.61304, 45.00000
GOTO / 86.00125, 14.61304, 35.00000
GOTO / 80.00125, 14.61304, 35.00000
FEDRAT/ 1000.0000,MMPM
GOTO / 80.00125, -21.18094, 35.00000

GOTO / 80.00125, -29.87117, 35.00000
GOTO / 79.36472, -30.01000, 35.00000
GOTO / -99.87116, -30.01000, 35.00000
GOTO / -100.01000, -29.87117, 35.00000
GOTO / -100.01000, 68.98013, 35.00000
GOTO / -99.87116, 70.00125, 35.00000
GOTO / 79.36472, 70.00125, 35.00000
GOTO / 80.00125, 68.98013, 35.00000
GOTO / 80.00125, 14.61304, 35.00000
GOTO / 79.10125, 14.61304, 35.00000
GOTO / 79.10125, -21.18094, 35.00000
GOTO / 79.10125, -29.11000, 35.00000
GOTO / 79.34962, -29.35837, 35.00000
GOTO / 79.10125, -29.11000, 35.00000
GOTO / -99.11000, -29.11000, 35.00000
GOTO / -99.38322, -29.38322, 35.00000
GOTO / -99.11000, -29.11000, 35.00000
GOTO / -99.11000, 68.91923, 35.00000

GOTO / -40.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -40.60000, -24.01560, 21.00000
GOTO / -40.60000, -22.74299, 22.91546
GOTO / -40.89115, -22.03276, 23.31792
GOTO / -41.18230, -21.32254, 23.44966
GOTO / -41.54701, -20.43286, 23.16414
GOTO / -41.77415, -19.87878, 22.74076
GOTO / -42.40774, -18.33322, 21.00000
GOTO / -45.31436, -11.24282, 21.00000
GOTO / -45.60000, -10.54604, 22.91439
GOTO / -45.60000, -11.24282, 21.00000
GOTO / -45.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -50.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -50.60000, -11.19869, 21.00000
GOTO / -50.60000, -10.37341, 22.91461

GOTO / -51.05124, -9.57423, 24.39817
GOTO / -51.50248, -8.77505, 25.29355
GOTO / -51.95371, -7.97587, 25.82972
GOTO / -52.40495, -7.17670, 26.01397
GOTO / -52.90532, -6.29050, 25.75741
GOTO / -53.40570, -5.40430, 24.84325
GOTO / -54.80453, -2.92686, 21.00000
GOTO / -55.20658, -2.21479, 21.00000
GOTO / -55.60000, -1.51801, 22.91439
GOTO / -55.60000, -2.21479, 21.00000
GOTO / -55.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -60.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -60.60000, -2.21479, 21.00000
GOTO / -60.60000, -1.51801, 22.91439
GOTO / -65.60000, -1.51801, 22.91439
GOTO / -65.60000, -2.21479, 21.00000
GOTO / -65.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -70.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -70.60000, -2.21479, 21.00000
GOTO / -70.60000, -1.51801, 22.91439
GOTO / -75.60000, -1.51801, 22.91439
GOTO / -75.60000, -2.21479, 21.00000
GOTO / -75.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -80.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -80.60000, -2.21479, 21.00000
GOTO / -80.60000, -1.51801, 22.91439
GOTO / -85.60000, -1.48809, 22.91444
GOTO / -85.60000, -2.21479, 21.00000

GOTO / -85.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -90.60000, -29.99000, 21.00000
GOTO / -90.60000, -0.14820, 21.00000
GOTO / -90.60000, 1.03826, 22.17119
GOTO / -90.60000, 1.99398, 22.75866
GOTO / -90.60000, 2.67215, 22.92379
FEDRAT/ 1000.0000,MMPM
GOTO / -90.60000, 2.67215, 32.92379
RAPID
GOTO / -90.60000, 2.67215, 38.62379
$$ End of generation of : Sweep roughing.1
SPINDL/OFF
REWIND/0
END
چکیده و نتیجه گیری :
برای طراحی یک قالب آهنگری می توان قطعه را درنرم افزار Catia
با پسوند (Stl) ایجاد نمود . وبرای تحلیل به نرم افزارsuper forge فرستاد . این نرم افزار با توجه به نوع پارامترهای داده شده و طراحی قالب ، نتیجه گیری را به صورت فایل های نوشتاری ، منحنی وشبیه سازی شده به ما ارسال می کند و به ما کمک می کند تا اگر مشکلی در طراحی قالب وجود دارد آن را اصلاح نمائیم تا درموقع ساخت دچار خطای کمتری شویم بعد از اتمام طراحی می توان توسط نرم افزار Catia ، Gcode های قطعه و قالب را تهیه نموده و این چرخه طراحی به پایان رسیده و برای ساخت از آن استفاده کرد.