Precise Engineering ogranicza koszty uruchomienia produkcji tłoczników wielotaktowych o 80% dzięki systemowi PAM-STAMP

Amerykańska firma Precise Engineering specjalizuje się w projektowaniu i produkcji złożonych tłoczników wielotaktowych. Inżynierowie firmy w celu walidacji założeń symulują każdy projektowany proces tłoczenia.

Wyzwanie

Przedsiębiorstwo  stanęło przed wyzwaniem zaprojektowania progresywnego narzędzia do produkcji skomplikowanego komponentu samochodowego. Pat Quinlan (prezes Precise Engineering) oszacował, że stworzenie narzędzia jedynie na podstawie doświadczenia zdobytego przy wcześniejszych projektach, będzie wiązało się z kosztem 18 000 dolarów – głównie ze względy na konieczność wyeliminowania nadmiernego pocienienia elementu. Zamiast tego, zdecydowano się na przeprowadzanie symulacji procesu kształtowania w systemie PAM-STAMP, która pozwoliła na stworzenie optymalnego projektu, przy jednoczesnym ograniczeniu wydatków. Dzięki systemowi PAM-STAMP koszt narzędzia wyniósł jedynie 3600 dolarów.

Głębokie tłoczenie stwarza ryzyko nadmiernego pocienienia

Połączenie głębokiego tłoczenia z małą ilością dostępnego materiału  uniemożliwiało absorbowanie rozciągania i powodowało duże pocienienia. Powodowało to znaczne trudności w kształtowaniu części. Wstępny projekt zakładał tłoczenie wielotaktowe z arkusza blachy o szerokości 27 cali. Klient firmy poprosił o jej zredukowanie do 25 cali, celem ograniczenia zużycia materiału.

Jedyną możliwością osiągnięcia wymaganej grubości blachy wsadowej było usunięcie łącznika między dwoma tłoczonymi symetrycznymi elementami, który dodatkowo usprawniał płynięcie metalu. Wyzwaniem okazało się ukształtowanie elementu, bez tego łącznika, dodatkowo nie przekraczając 20% pocienienia materiału. Duża głębokość przetłoczenia powodowała, iż niezbędne okazało się przytrzymywanie materiału podczas procesu. Łączniki tworzone były w operacjach wykrawania, poprzedzających tłoczenia i znacznie usprawniały płynięcie metalu, chroniąc przed defektami i nadmiernym pocienieniem.

Symulacja zamiast intuicji

Aby rozwiązać tego typu problemy, większość konstruktorów oprzyrządowania korzysta ze swojego doświadczenia i intuicji. W skomplikowanym 12- krokowym procesie, z opisanym tutaj problemem wstępne założenia skazane były na porażkę ze względu na nadmierne pocienienie. Po wprowadzeniu poprawek w projekcie względem uwag klienta (redukcja grubości), istniejąca matryca musiałaby zostać przerobiona, a następnie wysyłana na próby. Znacząco podniosłoby to koszty produkcji.

Stworzenie wirtualnego prototypu tłocznika wielotaktowego

Konstruktorzy Precise Engineering rozpoczęli projekt przy wykorzystaniu oprogramowania VISI. Następnie wyeksportowali geometrie do pliku IGS, który wczytali w systemie PAM-STAMP. Gary Wysocki, ekspert symulacji MES w Precise Engineering, dokonał analizy pierwszego taktu pod kątem określenia maksymalnej do uzyskania głębokości przetłoczenia, bez nadmiernego pocienienia. Przeprowadził wiele iteracji, w których zmieniał głębokość przetłoczenia, siłę dociskacza oraz inne kontrolowane parametry.

Pomocne okazały się wszystkie iteracje, nawet te w których materiał pękał bądź fałdował, gdyż dawały istotnie informacje na temat zmian, które należy wprowadzić w projekcie. Po problemach z osiągnięciem wymaganej głębokości przetłoczenia, inżynier MES zmienił nieco geometrię blachy wsadowej, dodając materiał, który pomógł w jednorodnym odkształcaniu się elementu eliminując ryzyko pocienienia.

Kolejnym krokiem było przeprowadzenie symulacji następnych taktów, gdzie zachodziły kolejne operacje tłoczenia i okrawania.

Symulacja pozwoliła ograniczyć koszty i czas uruchomienia procesu

“Symulacje w PAM-STAMP wskazały nam właściwy kierunek działań i pozwoliły osiągnąć odpowiednią głębokość przetłoczenia, siły docisku oraz wskazały miejsca gdzie należy umieścić dodatkowy materiał. Wszystko działało perfekcyjnie.”– Gary Wysocki,  ekspert symulacji MES w Precise Engineering,