Het ontwerp en het productieproces voor het maken van mallen comprimeren

Met de nieuwste CAD/CAM- en CAE-software kunnen matrijzenmakers het ontwerp aanzienlijk versnellen en de productiecyclus comprimeren voor hoogwaardige matrijzen en matrijzen

Vormmakers staan ​​onder constante druk om het proces van het maken van matrijzen te versnellen, hun processen en productkwaliteit te verbeteren en tegelijkertijd de productiviteit te verhogen. Om hun doelen te bereiken, gebruiken matrijzenmakers de nieuwste software voor het maken van matrijzen, gebruikmakend van nieuwe technieken in CAD/CAM en CAE, met sterk verbeterde simulaties voor conforme koeling en andere belangrijke functies in de productie van matrijzen.

Toepassingen die worden gebruikt in mal-and-die-processen variëren van CAD/CAM-software van de meeste grote softwareontwikkelaars tot geavanceerde CAE-software die gedetailleerde simulaties en analyses biedt van de pasvorm en afwerking, thermische prestaties en belangrijke onderscheidende factoren van een product. Onder deze pakketten voor het maken van mallen bevinden zich geïntegreerde pakketten die het mogelijk maken om in de belangrijkste CAD/CAM-software van de ontwerper te draaien, waardoor eenvoudige overgangen van ontwerp naar simulatie en analyse van het potentieel van een onderdeel mogelijk zijn.

Maak het snel en nauwkeurig

De primaire softwarevereisten van de malmakers zijn de afgelopen jaren consistent gebleven, vooral gericht op hogere productiviteit, merkte Ben Mund op, senior marktanalist, CNC Software Inc. (Tolland, CT), ontwikkelaar van Mastercam CAD/CAM-software. "Die behoefte strekt zich uit door het hele proces en stimuleert de trends die we zien in de ontwikkeling van CAD/CAM-software:sneller op de machine, sneller van de machine en een zo hoog mogelijke kwaliteit.

"Een andere groeiende trend is connectiviteit in de productie - ervoor zorgen dat software, machines en processen op de werkvloer allemaal met elkaar praten", zegt Mund. "Met CAM zie je dat met verbindingen met toolingbibliotheken, inspectie, winkelbewaking en andere items. Het maakt allemaal deel uit om ervoor te zorgen dat winkels klaar zijn voor de verschuiving naar digitale productie.”

De sleutel tot de productiviteitszoektocht is een efficiënt CAD/CAM-systeem, zei Mund, een systeem dat gebruikers een overvloed aan tools biedt om het werk snel en gemakkelijk te doen. “Het begint met CAD; winkels hebben steeds meer behoefte aan gespecialiseerde CAD-tools waarmee ze een concept of onderdeelmodel kunnen omzetten in een productiematrijs”, aldus Mund. "Dit betekent ontwerptools voor modelvoorbereiding, reparatie van solide modellen, het vullen van gaten, het maken van armatuur en zeer gerichte behoeften zoals elektroden, scheiding van kern-/holtemodellen en het maken van scheidingslijnen - allemaal dingen die moeten gebeuren voordat een gereedschap zelfs maar metaal raakt."

Zodra de voorraad op de machine staat, blijven winkels agressief pushen voor snellere cyclustijden, voegde hij eraan toe. “Een van de grootste gebieden waar matrijzenmakers naar kijken, is de meest efficiënte manier om bulkmateriaal te verwijderen tot bijna netvorm. Vooruitgang in 'slimme' voorbewerkingspaden blijft de bewerkingstijd drastisch verkorten. Natuurlijk zijn de precisie en kwaliteit van de uiteindelijke mal het belangrijkst, en hier kijken winkels niet alleen nauwkeuriger naar nieuwe beweging van het gereedschapspad, maar ook naar nieuwe gereedschappen, die allemaal moeten worden ondersteund door hun programmeersoftware."

Functies zoals de "CAD for CAM" -voorbereidingstools van CNC Software blijven een focus, zei Mund, en het bedrijf zal nieuwe tools hebben in de komende Mastercam-release om matrijzenmakers te helpen modellen snel en netjes te repareren, gaten te repareren en fouten in CAD-modellen te corrigeren ze zijn gegeven. "Deze problemen kunnen lange vertragingen veroorzaken en het minimaliseren ervan helpt ervoor te zorgen dat de mal zo snel mogelijk op de machine kan komen."

Naast de Dynamic Motion-engine van Mastercam heeft de software ook een nieuwe NC-programmeertechniek genaamd Accelerated Finishing, voegde Mund eraan toe. “Hiermee kunnen winkels nieuw gevormde gereedschappen gebruiken zoals ze bedoeld zijn. We werken nauw samen met gereedschapsfabrikanten bij het ontwikkelen van snijstrategieën die gericht zijn op ovale vormfrezen, loopfrezen, conische frezen, lensvormige frezen, enz., "zei hij. "Als ze correct zijn geprogrammeerd, kunnen deze frezen een gereedschap met een kleine diameter een grote effectieve snijradius geven, wat de cyclustijd kan verkorten, de oppervlakte-afwerking kan verbeteren, of beide."

Eenvoudigere, slimmere oplossingen vinden

Gebruiksgemak van software behoort tot de top onder matrijsontwerpers en -bouwers, zei Anthony Yang, president en mede-oprichter van CoreTech System Co. Ltd. (Farmington Hills, MI, en Hsinchu, Taiwan), ontwikkelaar van de Moldex3D CAE-suite voor matrijzenbouw simulatietoepassingen.

Functies zoals conforme koeling maken het productieproces van kunststof spuitgieten eenvoudiger en efficiënter, maar gebruikers zijn op zoek naar software die veel gemakkelijker te gebruiken is, merkte Yang op. "De huidige trend is in de richting van simulaties vooraf met DFM [Design for Manufacturability]," voegde hij eraan toe, "en een andere belangrijke trend is om de software slimmer te maken."

Met de software van vandaag kunnen gebruikers gemakkelijker randvoorwaarden instellen en een mesh maken, zei hij. “Je simuleert hoe de schimmel reageert en je moet aangeven waar de warmte vandaan komt. Het is niet eenvoudig om te ontwerpen.” Hoe gemakkelijker de software te gebruiken is, hoe beter voor matrijzenmakers, die op zoek zijn naar betere gebruikersinterfaces die snellere, efficiëntere matrijsontwerpprocessen mogelijk maken.

De Moldex3D-software van CoreTech wordt voornamelijk gebruikt op technische afdelingen, maar ook door ontwerpers van onderdelen. De Moldex3D-software is geïntegreerd met software zoals NX Mold van Siemens PLM en het bedrijf werkt ook met het aanbod van grote ontwikkelaars zoals Solidworks van Dassault Systèmes en Creo CAD/CAM-software van PTC.

Bij Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd. (Pune, India), gebruikte het ontwerp van autostoelen en -interieurs Moldex3D-simulaties om het kromtrekken van kunststof-spuitgegoten interieuronderdelen te verminderen om de dimensionale precisie te verbeteren. Het bedrijf gebruikte de software op één dashboard in de middenconsole met als resultaat:het vermijden van laslijnen in zichtbare gebieden; het verminderen van de doorbuiging van het onderdeel om de opening en spoeling goed binnen de tolerantie voor de onderdeelassemblage te houden; een verlaging van 68% van de kosten voor het afstemmen van gereedschappen; en het verlagen van een traditioneel hoog uitvalpercentage tot een verwaarloosbaar aantal. Dit werd gedeeltelijk mogelijk gemaakt door Moldex3D's simulaties voor het voorspellen van kromtrekken.

Complexiteit stuurt processen aan

Naarmate het aantal gereedschappen voor complexe producten is toegenomen, wenden mallen-en-die-winkels zich, samen met andere fabrikanten, tot geavanceerde productieprocessen. "Automatisering en integratie stellen onze klanten in staat om toolingverbeteringen door te voeren, met toolontwerp-workflowoptimalisatie en validatietools om producten nauwkeuriger te maken", aldus Himanshu Iyer, NX productmarketingmanager, Siemens PLM Software (Plano, TX). Het allerbelangrijkste voor fabrikanten, zei hij, is "ervoor zorgen dat eventuele fouten zo vroeg mogelijk in de ontwerpcyclus worden vastgelegd. We weten allemaal hoe duur het is om daar later in het proces mee om te gaan, en we moeten het proces efficiënter maken.”

Slechte communicatie tussen OEM's en leveranciers veroorzaakt vaak pijn tijdens de productontwikkeling. "Een van de problemen is het vroeg in de ontwerpfase betrekken van klanten", zegt Daks Azhagappan, productmanager voor NX Mold Wizard. “Je moet naar alle maakbaarheidskwesties kijken. Het kost ze tijd en geld, tenzij ze heel nauw samenwerken. Veel van onze klanten, de meeste gereedschapswinkels, vragen hoe ik al vroeg met OEM's werk?”

Met behulp van CAE-tools in NX, mogelijk gemaakt door de Moldex3D-engine, kunnen gebruikers meshes verbeteren om betere algemene ontwerpen te krijgen. "Eén ding in het verleden was om door middel van try-outs te gaan," zei Azhagappan. “Een probleem waarmee ze worden geconfronteerd, is kromtrekken. Eén ding is om terug te komen op het ontwerp en de koeling te veranderen. Dan kunnen ze zeggen 'hoe kan ik de kromtrekking compenseren?'” Met de mesh-transformator die aan NX 10 is toegevoegd, kunnen gebruikers meshes optimaliseren en die informatie in hun CAD-omgeving opnemen.

Met de nieuwste tools kunnen gebruikers mesh-transformaties in twee fasen uitvoeren, in de ontwerpfase en in de CAE-software, merkte hij op. Met de Moldex3D-vormstroomanalyse "hebben we veel van [die] mogelijkheden geïntegreerd in NX", voegde Adhagappan eraan toe.

Snellere bewerkingstechnieken in NX CAM spelen ook een grote rol bij het verhogen van de productiviteit van het maken van matrijzen en het bereiken van snellere bewerkingstijden met high-speed technologie, merkte Sashko Kurciski op, Siemens productmarketingmanager, productieoplossingen en NX CAM. "In sommige gevallen verkorten we de bewerkingstijden met 60%", zei hij. "Het kan [ook] de standtijd met vier keer verlengen."

Met de nieuwste NX 12 CAM heeft Siemens een intern ontwikkelde high-speed voorbewerkingsstrategie toegevoegd die gebruikmaakt van componenttechnologie. "Het is een nieuwe technologie voor ons die vergelijkbaar is met Volumill, maar in sommige gevallen beter is", zei Kurciski. "Het is geen add-on."

Additieve technologie is een andere belangrijke factor. “Het zal naar onze mening verschillende gevolgen hebben voor de gereedschapsindustrie. Een van die gebieden is conforme koeling, "zei Iyer. “Met additieve technieken zien we dat klanten al anders over dingen denken.”

Met hybride subtractieve / additieve machines op de markt, is het voordeel dat ze processen aan beide kanten van de machine en tussen die kanten kunnen automatiseren, zei Kurciski. Een winkel kan een mal bouwen met de additieve kant met interne koelkanalen, en dan "kun je dezelfde machine gebruiken om de hoogwaardige oppervlakken te krijgen die ze nodig hebben voor mallen."

Versnelde bewerkingen, AM toevoegen

Sneller machinaal bewerken is essentieel voor matrijzenmakers, en CAD/CAM-ontwikkelaars bieden meerdere manieren om daar te komen. "Het is geen grote openbaring dat vormmakers tegenwoordig onder zoveel druk staan ​​als ze ooit zijn geweest", merkte Clinton Perry op, productmarketingmanager voor PowerMill bij Autodesk Inc. (San Rafael, CA). “Ze staan ​​voor de dagelijkse uitdaging om aan de verwachtingen van de klant te voldoen:het verkorten van de levertijden, het handhaven of verbeteren van de kwaliteit van onderdelen en het minimaliseren van de kosten, allemaal om een ​​[hoog] niveau van klantenservice te bieden. Tegelijkertijd moeten matrijzenmakers een oogje houden op de soorten opkomende technologie die hen een concurrentievoordeel kunnen geven.”

Om aan deze eisen te voldoen, hebben matrijzenmakers software nodig die klantontwerpen snel omzet in hoogwaardige gereedschappen. “Snelheid is hier ongetwijfeld de grootste uitdaging. CAD/CAM/CAE-software moet de hele ontwerp-, simulatie- en productieworkflow stroomlijnen om de totale time-to-market te verkorten”, aldus Perry. “Verbeteringen in de hardwarecapaciteit hebben zeker geholpen, zoals 64-bits processors, multicores en cloudcomputing, maar er is iets fundamentelers. Autodesk en andere softwarebedrijven blijven modelleringstools ontwikkelen die helpen bij het importeren van klantmodellen en deze snel omzetten in bruikbare tooling. Dit proces vereist vaak een zekere mate van modelreparatiewerk om fouten in geïmporteerde gegevens te herstellen.”

CAD-modelleringsproducten, zoals Autodesk PowerShape, bieden tools om te voorkomen dat reparaties vertragingen veroorzaken, voegde hij eraan toe. De meest capabele modelleringssoftware kan geïmporteerde CAD-bestanden analyseren om problemen te identificeren en (automatisch) op te lossen die de downstream-productie zouden kunnen bemoeilijken, zei Perry, en oppervlakte-, solide en directe modelleringstools stellen matrijzenmakers in staat om klantontwerpen vervolgens snel om te zetten in tooling.

Een andere belangrijke trend is simulatie op basis van fysica, zegt Mark Hennebique, business line manager simulatie van Autodesk. Met simulatie kunnen ontwerpen worden "afgetekend" voordat een blok staal is bewerkt.

Simulatiesoftware zoals de analytische tools van Autodesk Moldflow kan in het ontwikkelingsproces worden gebruikt om de maakbaarheid van het onderdeelontwerp en de prestaties van de matrijsgereedschappen in een vroeg ontwerpstadium te optimaliseren, aldus Hennebique. “Door simulatie kunnen meerdere ontwerpen worden uitgeprobeerd en getest, met snelle feedback om de impact op de vormcyclus en de kwaliteit van de onderdelen te bevestigen. Variabelen zoals de positie van de poort, de wanddikte, het vormproces, het ontwerp van het koelcircuit en de materiaaleigenschappen kunnen allemaal worden aangepast met snelle feedback om het vertrouwen op te bouwen dat de matrijs de verwachte resultaten zal leveren bij de eerste vormcyclus.”

In de nieuwste release van Moldflow hebben gebruikers nu toegang tot meer dan 10.000 materialen in de openbare materiaaldatabase, zei hij. “Met toegang tot meer materialen kunnen gebruikers de impact van het productieproces op de uiteindelijke vorm en maakbaarheid van het onderdeel zien, waardoor ze de juiste proces-/materiaalcombinatie kunnen kiezen om aan de projectbehoeften te voldoen. Gebruikers zullen ook andere prestatieverbeteringen zien, variërend van oplossersnelheid tot operationele snelheid, waardoor het nog gemakkelijker wordt om naar een oplossing te gaan." Bovendien wordt Moldflow geleverd met Autodesk Fusion 360, waardoor gebruikers toegang hebben tot verbeterde interoperabiliteit en CAD/CAE-mogelijkheden om ontwerpen te herhalen en gegevens te delen, naast andere voordelen.

De opkomst van 3D-printen als productietool biedt matrijzenmakers de mogelijkheid om te veranderen hoe mallen worden ontworpen en gemaakt, voegde Perry eraan toe. "Een goed voorbeeld is dat 3D-printen wordt gebruikt om matrijzen te ontwerpen met koelcircuits die de vormen die worden gegoten beter volgen. Deze conforme koelcircuits maken het mogelijk om de cyclustijden van de gietvorm te verkorten.” Matrijsmakers zoals Fado, zei Perry, gebruiken nu Autodesk-ontwerp- en productiesoftware om conforme koeling toe te voegen aan een toenemend aantal van hun matrijzen.

Nieuwe malmodule

Een andere nieuwe update van Vero Software is de VISI 2018 R1 die een nieuwe Mold Tool-module introduceert op basis van VISI's Assembly-Ng-technologie. Deze herontwikkelde module biedt meer flexibiliteit bij het bouwen van leveranciers- en niet-standaard gereedschapsconfiguraties. Aanpasbare sjablonen, inclusief het beheer van blanco en voorgeboorde platen, zorgen voor een gemakkelijke creatie van gereedschapslay-outs en verbeterde bewerkingen in elke ontwerpfase.

“De nieuwe Mold Tool biedt een grotere mate van flexibiliteit voor zowel het maken van gereedschappen als geavanceerde bewerkingen. Dit maakt aanpassingen in elk stadium van het gereedschapsontwerp mogelijk. Alle assemblagecomponenten worden automatisch bijgewerkt wanneer plaataanpassingen worden gemaakt, inclusief de fabricagegegevens van de holte van de componenten”, zegt Marco Cafasso, VISI-productmanager van Vero.

Er zijn verbeteringen aangebracht in de voorspellingsmodule van plastic flow warpage om de nauwkeurigheid van resultaten voor complexe technische polymeren te verbeteren. Deze verbeteringen zijn bereikt door een volledige herziening van de algoritmen voor de holdingfase, aldus het bedrijf. Aanpassingen voor druk- en debietberekeningen, gecombineerd met de nieuwe vormoplosser, kunnen de rekentijden voor het proces tot 40% verkorten.

Simulaties verifiëren

Ontwerpers van matrijzen hebben nauwe toleranties, dus het voorkomen van kleine fouten en gutsen is belangrijk, merkte Gene Granata, productmanager van Vericut voor CGTech (Irvine, CA) op. "Mold-programma's zijn meestal talrijk en groot, dus offline verificatie is de sleutel om machines draaiende te houden. Gebruikers kunnen simulaties uitvoeren in een batchproces om ervoor te zorgen dat [alle] NC-programma's de uiteindelijke mal creëren die u van hen verwacht. Omdat er meer productiemethoden beschikbaar zijn om matrijzen te maken [verspanen, AM, EDM die-zinken, enz.], kan simulatiesoftware waardevolle informatie bieden om winkels te helpen productietijden te voorspellen en optimale productiesnelheden te behouden."

Gecomprimeerde tijdschema's betekenen dat matrijzenmakers op zoek zijn naar manieren om slanker en sneller te werken, voegde hij eraan toe. “Vericut Force is een op fysica gebaseerde NC-programmamodule die de snijomstandigheden micro-analyseert en de programmavoedingssnelheden optimaliseert om ideale spaandiktes te bereiken, maar zonder de krachtlimieten van het gereedschap of het spilvermogen van de machine te overschrijden. Krachtoptimalisatie creëert het meest effectieve NC-programma dat mogelijk is voor een bepaald snijgereedschap, materiaal en bewerkingsomstandigheden. Het resultaat is een aanzienlijke tijdsbesparing, onderdelen van hogere kwaliteit met betere oppervlakteafwerkingen en een langere levensduur van het snijgereedschap en de machine”, zei hij.

De interesse in AM onder matrijzenmakers is groot, merkte Granata op, en de nieuwe Vericut Additive Module simuleert zowel depositie van additief materiaal als traditionele bewerkingscapaciteiten op nieuwe hybride CNC-machines. “AM op hybride machines kan het bouwen van bepaalde precisiematrijzen en het repareren van mallen eenvoudiger en sneller maken. En nu additieve programmeersoftware steeds capabeler wordt, zien we een nieuwe trend:de wens om elk productieproces, in welke volgorde dan ook, te simuleren om het vertrouwen te krijgen [ze zullen] het uiteindelijke onderdeel maken dat bedoeld was, "zei Granata. “Gebruikers vertrouwen op onze software om ervoor te zorgen dat alle NC-programma's correct en optimaal werken op hun CNC-machines. Om het beste werk te leveren, moeten gebruikers simulatiesoftware kiezen die wordt aangestuurd door dezelfde NC-code die de machine aanstuurt, waardoor het hoogst mogelijke verificatieniveau wordt gegarandeerd.”