Blech: Konstruktion mit Parametrik und Feature-Einbindung

In Sekunden abgewickelt!

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Eine der Hauptaufgaben des Blech-CAD-Moduls ist die Berechnung des Zuschnitts einer Blechplatine. Diese „Abwicklung“ läßt sich für eine einzelne Biegung noch relativ einfach berechnen, bei mehreren aufeinanderfolgenden Biegungen, deren Biegezonen auch beliebig schief im Raum liegen können, werden allerdings höhere Anforderungen an das CAD-Modul gestellt.

Der Autor Christian Burdorf ist Mitarbeiter der SPI GmbH, Ahrensburg

Fertigungsreife Proto-typen am Bildschirm
Wettbewerbsfähigkeit macht sich vor allem an drei Faktoren fest: Fertigungskosten, Entwicklungskosten, und vor allem rechtzeitige Verfügbarkeit des Produkts am Markt. Durch CAD-Volumenmodellierung in Kombination mit integrierten Applikationen können Produktentwicklungszeiten drastisch reduziert werden, wodurch die Gesamtkosten reduziert werden. In Zusammenarbeit mit der blechverarbeitenden Industrie entwickelte SPI das Programm SPI – 3D Blech, das in seiner ersten Fassung vor über 15 Jahren entstand und seitdem stetig weiterentwickelt wird. Inzwischen steht die Software für eine ganze Reihe von CAD-Basissystemen zur Verfügung (unter anderem für Autocad/ Mechanical Desktop, für Catia und ME30, demnächst auch für Applicon Bravo). Die Benutzerführung der Blechapplikation ist vollständig an das jeweilige CAD-System eingepaßt. Konstruiert wird von Anfang an in 3D – der Prototyp entsteht so bereits am Bildschirm. Schon vor der Berechnung der Abwicklung kann das Biegeverhalten simuliert werden. Auf Grundlage des 3D-Blechkörpers werden die Abwicklung, die 2D-Ansichten und die Daten für NC-Programme (Stanzen, Nibbeln, Lasern, Biegen) generiert.
Volumenmodellierung setzt sich durch
Der aktuelle Trend in der deutschen Industrie geht zu 3D: Die Zahl der 3D-Anwender ist 1997 gegenüber dem Vorjahr um 10% bis 15% gestiegen und liegt nun bei über 40%. Die Nutzung von CAD Daten in Bereichen außerhalb der Konstruktion wurde erheblich ausgedehnt. Am stärksten stieg der Einsatz im Bereich Berechnung/Simulation von 13% auf fast 31%. Die Ableitung von NC-Daten aus dem CAD-Modell ist in etwa 50% der Fälle realisiert. Der Nutzen für Rapid Prototyping und für die Technische Dokumentation nimmt ebenfalls einen immer größeren Raum ein.
Volumenmodellierung liefert die vollständige und eindeutige Beschreibung der Geometrie. Die weitgehend automatische Erstellung von Werkstattzeichnungen, mit Schnitten, Schraffur und verdeckten Kanten, Anwendungen wie FEM und NC-Programmierung sind möglich. 3D-Modell und die 2D-Zeichnung stimmen immer exakt miteinander überein. Das 3D-Modell führt alle in der Fertigung relevanten Daten für nachfolgende Berechnungen mit sich. Marktanalysen ergaben, daß die Standardfunktionen verbreiteter 3D-CAD Systeme allein für die Blechkonstruktion in den meisten Fällen nicht ausreichen. Nur ein spe-zielles CAD-System mit dem Schwerpunkt „Blechverarbeitung“ kann neben den bran-cheneigenen Funktionalitäten im Bereich Konstruktion, Zusammenbau und Abwicklung das durchgängige Wissen über die Technologie des Fertigungsprozesses im Hintergrund halten.
Technologie im Hintergrund
Die SPI Software verwaltet die verfügbaren Biegemaschinen, Blechmaterialien und Blechdicken in einer Materialbibliothek. Diese Datenbank wird vom CAD-Systemadministrator an die firmenspezifischen Normen angepaßt. Außerdem können interne Verkürzungswerte über Formeln oder Tabellen eingegeben werden, falls die Berechnung der Abwicklung nicht über den DIN-k-Faktor erfolgen soll. Bereits bevor er den ersten Strich seiner Konstruktionszeichnung zieht, sucht sich der Konstrukteur das zu verwendende Material aus der Bibliothek aus. Er kann dabei nur Materialien verwenden, die auch physikalisch zur Verfügung stehen. Im Verlauf der Konstruktion muß er sich um die Eigenschaften des gewählten Materials keine Gedanken mehr machen. Die Informationen hierzu sind im System archiviert. Sobald definierte Toleranzen nicht eingehalten werden, weist ihn die Software auf den potentiellen Konflikt hin.
Als weitere Technologiedatenbank steht eine integrierte Werkzeug- und Normteilebibliothek zur Verfügung.
Konstruktion mit intelligenten Features
Zwar liegt der komplexeste Teil des SPI-Programms in der Berechnung der Blechabwicklung, davor steht jedoch das blechspezifische Design. Der 3D Körper kann auf Basis eines beliebigen Profils (durch Extrudieren), eines „Grundblechs“ oder – wie z.B. bei der SPI – Lösung für Autodesk Mechanical Desktop – durch Shelling aus einem Volumenkörper aufgebaut werden. Die speziellen Blech-Kommandos der SPI-Applikation gehen weit über die Möglichkeiten des reinen CAD-Systems hinaus. Als ein Beispiel sei das Anbringen einer Lasche an einen Blechgrundkörper erläutert. Der Konstrukteur braucht dazu nur die Ansatzkante der Lasche am Blechkörper zu spezifizieren. Das Programm analysiert den Blechkörper in der Umgebung der gewählten Ansatzkante und macht einen ersten Vorschlag für die Parameter der Lasche, z.B. für Rundungsradius, Biegewinkel und Freistellungsbreiten. Das Aussehen der Lasche wird als Feedback (Vorschau) am Bildschirm angezeigt. Der Benutzer kann über ein Eingabefenster interaktiv die Parameter variieren und sie mit Hilfe des Feedbacks kontrollieren, – noch vor der eigentlichen Modifika-tion des Blechkörpers.
Varianten mit und ohne Parametrik
Viele Blechfertiger sind auf kleine Losgrößen angewiesen. Das SPI-Blechprogramm unterstützt Varianten mit einer ganzen Reihe von blechspezifischen Befehlen zur Modifikation des 3D-Körpers, z.B. Befehle zum Stauchen oder Strecken des gesamten Körpers, zum Verlängern einer Blechlasche um einen Wert oder bis zu einer Ebene. Fertiger, die ein breites Spektrum an Varianten benötigen, setzen auf Parametrik. Wenn ein 3D Modell voll parametrisch, mit den entsprechenden Abhängigkeiten, aufgebaut wurde, genügt nämlich schon die Änderung eines einzigen Parameters, um eine neue Variante zu erzeugen. Sobald ein Parameter geändert wurde, werden automatisch alle damit verbundenen Abhängigkeiten zu anderen Elementen oder Objekten mitgezogen. Ein „intelligentes“ Objekt wie z.B. eine Durchgangsbohrung bleibt immer eine Durchgangsbohrung, auch wenn sich die Materialdicke ändern sollte – die Bohrungstiefe wird einfach entsprechend angepaßt.
Abwicklung
Die Abwicklung des Blechkörpers wird durch ein einziges Kommando ausgelöst und ist als konstruktionsbegleitendes Feature konzipiert. Der Konstrukteur hat jederzeit die Möglichkeit, eine Abwicklung zum aktuellen Stand der Konstruktion zu erzeugen und seine Arbeit zu überprüfen. Es können sowohl die obere als auch die untere Abwicklung des 3D-Blechkörpers erzeugt werden. Innerhalb weniger Sekunden erscheint der Zuschnitt für die Blechplatine als 2D-Kontur im CAD-System. SPI – 3D Blech benutzt den 3D-Körper, wie er im jeweiligen CAD-System erzeugt und dargestellt wird.
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