Perusteet 1, yksinkertaisen kappaleen tilavuusmallinnus

Transkriptio

1 Perusteet 1, yksinkertaisen kappaleen tilavuusmallinnus Tuula Höök Tampereen Teknillinen Yliopisto Avaa piirustus fin_sandbasic_1_x.pdf. Käytä piirustuksessa annettuja mittoja ja tuota niiden pohjalta a) kappaleen rakennemalli ja sen jälkeen b) teknisesti hyvälaatuinen hiekkaan valettavan kappaleen malli. Sekä viimeisenä c) koneistetun kappaleen malli. CAD työkalut harjoituksessa Perusteet 1 Jotta hiekkaan valettava kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: Mitoituskohdat on valittu siten, että mitat voidaan tarvittaessa todentaa. Mitoituskohdissa on huomioitu jakopinnat. Kappaleen valuasento on mietitty syöttämisen ja täyttymisen kannalta. Kappaleen paksut ja ylimpänä olevat kohdat täytyy voida syöttää esteettä. Paksu kohta ei saa jäädä ohuiden kohtien ympäröimäksi. Sisäänvalukanaville täytyy olla riittävästi tilaa. Tilavuusmallinnuksen perustyökalut Työstettäville pinnoille on lisätty sopivat työstövarat. Jakopintojen paikat on valittu ja niille tulevat nurkat ovat Pad pyöristämättömiä. Huomaa, että hiekkavalumenetelmässä Pocket jakotaso voi olla pysty tai vaakasuorassa. Esimerkiksi Disamatic linjalla muoteissa on pystysuora jakotaso. Chamfer Draft Kaikki loput nurkat on pyöristetty sopivalla pyöristyssäteellä. Kappaleen seinämänpaksuuden olisi hyvä pysyä Edge Fillet nurkissa mahdollisimman tasaisena. Sisänurkat tulee pyöristää riittävän suurella säteellä siten, ettei muottihiekka kuumene nurkkakohdassa liikaa ja aiheuta imuvikoja. Muut Kaikki pyöristykset pyritään tekemään viimeiseksi siten, että ne ovat mallin piirrepuun hännillä peräkkäin. Draft analysis Kappale on suunniteltu mahdollisuuksien mukaan siten, Jos työkalujen käyttämisessä ettei muottiin tule ohuita hiekkapatsaita. Niillä on taipumus tulee ongelmia, avaa CATIA kuumentua. Help ja yritä löytää ratkaisu sen Jokaisen kappaleessa olevan konstruktiivisen reiän kohdalla on tehty perusteltu valinta: a) Jätetään reikä valusta pois avulla. ja tehdään se myöhemmin koneistamalla. b) Tehdään valuun työstövaroilla pienennetty reikä keernaa käyttäen ja koneistetaan se myöhemmin valmiiksi. c) Tehdään valuun lopullisissa mitoissa oleva reikä keernalla ja jätetään se valupintaiseksi. Ulkoseinämät on varustettu sopivilla hellityksillä ja lopputulos on tarkistettu ohjelman työkalulla Draft analysis. Näissä yksinkertaisten harjoituskappaleiden malleissa ei saa olla vastahellityksiä tai hellittämättömiä pintoja. Keernoilla muotoiltavien pintojen hellitykset on suunniteltu keernalaatikon aukeamissuunnan perusteella ja lopputulos on tarkistettu ohjelman työkalulla Draft analysis. Näiden yksinkertaisten harjoituskappaleiden malleihin ei saa suunnitella keernalaatikon aukeamissuuntaisia vastahellityksiä tai hellittämättömiä pintoja Tuula Höök Sandbasic_1_x 1

2 Teoriatausta Valetun koneenosan 3D CAD suunnittelu Hiekkavalukappaleen konstruktiosuunnittelu Valumateriaalit Valumenetelmät Mallien ja keernalaatikoiden rakenne Valukappaleiden mittatoleranssijärjestelmä ja työstövarat Mallinnuksen vaiheet 1. Mallinna kappaleen rakenteellinen perusmuoto hyvää piirremallinnustapaa noudattaen. Käytä CATIA työskentelytilaa. Mallinna kaikki piirteet yhden PartBodyn alle (Kuva 1). Voit käyttää Geometrical Set paketteja piirteiden järjestämiseen, jos kappale on monimutkainen. Näissä perusharjoituksen kappaleissa ei kuitenkaan ole kovin monta piirrettä eikä Geometrical Set pakettien käyttö näin ollen ole välttämätöntä. Perusmuoto on esitetty mittapiirroksessa fin_sandbasic_1_x.pdf. Rakenteellinen perusmuoto sisältää ainoastaan ne nurkkapyöristykset ja viisteitykset, joita tarvitaan kappaleen toiminnallisuuden vuoksi. Esimerkki tällaisesta on kappaleen loviherkkyyden pienentämiseksi tehty nurkkapyöristys. Koneistetussa kappaleessa olevia yksityiskohtia, kuten nurkkien viisteityksiä tai esimerkiksi kiinnityspulttien upotuksia ei mallinneta vielä tässä vaiheessa. Mallinna pyöristykset ja viisteet peräkkäin viimeiseksi. Kuva 1 CATIA ohjelmiston tilavuusmallinnustilassa voi mallintaa samaan tiedostoon eli samaan malliin useita tilavuuskappaleita. CATIA näyttää erillisen tilavuuskappaleen PartBody na. Jos liität malliin uuden PartBody n ja aktivoit sen, aloitat samalla uuden tilavuuskappaleen mallinnuksen. Erilliset tilavuusmallit voi liittää toisiinsa boolean toiminnoilla, esimerkiksi Add, Remove ja Intersect. Vastaava tekniikka on käytössä useimmissa muissakin 3D CAD ohjelmistoissa. 2. Kun perusmuoto toiminnallisine pyöristyksineen on valmis, sulje mallinnustiedosto ja tee siitä kopio. Avaa kopioitu tiedosto. 3. Aseta toiminnalliset pyöristykset ja viisteet tilaan Deactivate. (Valitse hiiren oikealla painikkeella piirrepuussa pyöristyksen (tai viisteen) nimen päällä EdgeFillet.x object Deactivate ) 4. Tee tämän jälkeen koko PartBody sta kopio. Liitä kopioitu PartBody avoinna olevaan mallinnustiedostoon Paste Special toiminnolla. Paste Special antaa sinulle kolme vaihtoehtoa: 1) As Result, joka on neutraalimuotoista tiedostoa vastaava tilavuuskappale ilman piirteitä. 2) As Result with Link, joka on neutraalimuotoista tiedostoa vastaava tilavuuskappale ilman piirteitä, mutta siten määritettynä, että alkuperäiseen PartBody yn tehdyt muutokset päivittyvät siihen. 3) As specified in Part document, joka on koko tilavuuskappale piirteineen Tuula Höök Sandbasic_1_x 2

3 Valitse näistä kolmesta vaihtoehdosta As Result with Link. Lopputuloksena on seuraavan kuvan mukainen malli, jossa on kaksi tilavuuskappaletta päällekkäin. Kuva 2 Alkuperäinen PartBody, jossa oleva yksi toiminnallinen pyöristys, EdgeFillet.1 on passivoitu toiminnolla Deactivate. Alkuperäisen PartBody n alapuolella on kopioitu ja PasteSpecial toiminnolla As Result with Link samaan tiedostoon liitetty uusi Body.2. Body.2 ei sisällä alkuperäisen tilavuuskappaleen piirteitä, mutta se päivittyy niihin tehdyillä muutoksilla. 5. Piilota alkuperäinen PartBody ja varmista, että uusi Body.2 on aktiivinen. 6. Aloita kappaleen valutekninen mallinnus tilavuuskappaleeseen Body.2. Valitse kappaleelle valmistusmateriaali, kaavausmenetelmä, muottihiekkaseos ja mallin valmistusmateriaali. Selvitä, millaisia vaatimuksia kappaleen valmistusmateriaali asettaa syöttämiselle ja kaavausmenetelmän valinnalle. 7. Valitse kappaleelle valuasento siten, että paksut kohdat on mahdollista syöttää. Hahmottele jakopinnan paikka. Huomioi kaavausmenetelmä: tuleeko jakopinta pysty vai vaaka asentoon. Valumalli täytyy voida irrottaa hiekasta yhtenä kappaleena. Mallinna jakopinta kappaleeseen pintamallinnustyökaluin (Kuva 3). Kuva 3 Jakopinta esimerkkikappaleessa. Pinta on mallinnettu pintamallinnustyökaluin, joita löytyy esimerkiksi Wireframe and Surface Design ja Generative Shape Design työskentelytiloista. 8. Tutki seinämänpaksuudet. Mallinna tarvittaessa ohennuksia. 9. Katso seuraavan sivun kuvat vaihtoehdoista reikien valmistamiseksi ja valitse mielestäsi sopivin rakenne. Huomioi, että hyvin ohuet hiekkapatsaat kuumenevat ja saattavat muodostaa valuun imuvikoja. Ohuet muodot saattavat myös rikkoontua. Hiekkaseosten välillä on eroja, tarkista valintasi muottihiekkaseoksen kohdalla. Valitse tarvittaessa keernahiekkaseos Tuula Höök Sandbasic_1_x 3

4 10. Mallinna kaikkiin työstettäviin pintoihin työstövarat. Työstövarat voi mallintaa pursottamalla tai esimerkiksi Thickness työkalulla. 11. Tuki umpeen valettavat reiät pursottamalla. Reiät voi myös passivoida Deactivate toiminnolla alkuperäisestä tilavuuskappaleesta. 12. Hellitä ulkopuoliset muodot mallin irrotussuuntaan jollakin sopivalla Draft työkalulla. CATIA tarjoaa muutaman erilaisen työkaluvaihtoehdon. Myös automaattinen hellitystyökalu on mukana CATIA uusimmissa versioissa. Näihin ensimmäisiin, yksinkertaisiin kappaleisiin ei saa tulla vastahellityksiä. Hae ohjeita työkalujen käyttämiseen CATIA Help tiedostoista. 13. Mallinna reikiin hellitykset, jos tarpeen. 14. Mallinna toiminnalliset pyöristykset ja viisteet kappaleeseen takaisin samalla tavoin kuin ne olivat alkuperäisessä kappaleessa. Mallinna loppuihin, vielä pyöristämättömiin nurkkiin sopivat nurkkapyöristykset, jos pyöristys havaitaan valamisen kannalta tarpeelliseksi. 15. Tarkista lopputulos Draft Analysis työkalulla. Draft Analysis työkalu laskee kappaleessa olevat hellitykset ja näyttää tuloksen väreinä. Jos kappaleessa on väärään suuntaan hellitettyjä, hellityksettömiä tai satulamaisia pintoja, etsi syy ja korjaa ongelma. Satulamaiset pinnat ovat kahteen suuntaan hellitettyjä pintoja, joissa ei ole selkeää nurkkakohtaa siinä, missä suunta vaihtuu. Kuva 4 Ylhäällä ja oikealla. Kappaleessa olevat reiät tehdään keernoilla. Syöttökuvut laitetaan reikien päälle siten, että keerna tulee osin syöttökuvun sisään. Kuva 5 Vasemmalla. Reiät on kaavattu suoraan muottiin. Keernan valmistus ja niiden asetteleminen muottiin jäävät työvaiheina pois. Konstruktion käyttökelpoisuus riippuu kappaleen mitoista ja muottihiekasta. Tuorehiekka on haurainta, kemiallisesti kovettuva hiekka kestää suhteellisen pieniäkin yksityiskohtia. Syöttäminen on tällä konstruktiolla hankalampaa kuin edellä Tuula Höök Sandbasic_1_x 4

5 Kuva 6 Reiät on jätetty valusta kokonaan pois. Ne valmistetaan koneistamalla. 16. Tee kopio Body.2 sta. Liitä kopioitu Body.2 avoinna olevaan mallinnustiedostoon Paste Special toiminnolla vaihtoehdolla As Result with Link, kuten edellä. Piilota Body.2 ja mallinna uuteen Body.3 tilavuuskappaleeseen koneistetun kappaleen malli. 17. Leikkaa edellä mallinnetut työstövarat pois pursottamalla ja mallinna reiät takaisin oikeisiin mittoihin. Voit hyödyntää alkuperäisessä PartBody ssa olevia rautalankapiirroksia. Jos koneistettaessa viisteitetään nurkkia tai esimerkiksi tehdään pulttien kantoja ja alusrenkaita varten upotuksia, mallinna kaikki nuo yksityiskohdat. 18. (Tee koneistuksista mittapiirros, johon on merkitty koneistuksen toleranssit ja muut tarpeelliset merkinnät.) Tavoitteet oppimiselle Käsitteet: kappaleen konstruktiivinen perusmuoto, valetun kappaleen malli ja koneistetun kappaleen malli. Oikea tapa mallintaa hiekkavalukappaleita. Valukappaleiden suunnittelun peruslogiikka ja käsitteet: valuasento, jakopinta, hellitys, nurkkapyöristys, keerna, mitoituksen perustaso. Opiskeltavat CAD työkalut Feature: Pad, Pocket, Chamfer, Draft, Edge Fillet, Muut: Draft analysis Tuula Höök Sandbasic_1_x 5

6 Arviointi Hyväksytty Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla ja mallintanut siitä: a) konstruktiivisen perusmuodon, b) valetun kappaleen ja c) koneistetun kappaleen Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa Oikean kokoiset hellitykset oikeisiin suuntiin Erinomainen Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla ja mallintanut siitä: a) konstruktiivisen perusmuodon, b) valetun kappaleen ja c) koneistetun kappaleen Kappaleen valmistusmateriaali on valittu, valuasento, syöttökohdat ja sisäänvalukohdat on valittu materiaalin perusteella. Valinnat on dokumentoitu Kaavausmenetelmä on huomioitu ratkaisuissa. Ratkaisut on dokumentoitu. Hiekan laatu, sarjasuuruus ja mallien valmistusmateriaali on huomioitu ratkaisuissa. Ratkaisut on dokumentoitu. Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa Oikean kokoiset hellitykset oikeisiin suuntiin Koneistetusta kappaleesta on laadittu mittapiirros toleranssi ym. merkintöineen Tuula Höök Sandbasic_1_x 6

7 CAD pikaopas Sketch Ryhmä työkaluja, joilla mallinnetaan rautalankapiirros muiden työkalujen pohjaksi. Inset Sketch Based Features Pad Pursottaa rautalankapiirroksena mallinnettua muotoaa asetetun matkan asetettuun suuntaan. Insert Sketch Based Features Pocket Pursottaa rautalankapiirroksena mallinnettua muotoaa asetetun matkan asetettuun suuntaan ja leikkaa samalla reiän jo olemassa olevaan tilavuusobjektiin Tuula Höök Sandbasic_1_x 7

8 Insert Dress Up Features Chamfer Tekee viisteen valittuun nurkkaan tilavuusobjektissa. Insert Dress Up Features Draft Tai Insert Advanced Dress Up Features Advanced Draft/Auto Draft/Draft Both Sides Kallistaa tilavuusobjektin seinämän valitun pinnan (neutraalielementin) suhteen. Neutraalielementti toimii kallistuksen saranana. Edistyneemmillä työkaluilla voi hellittää molemmat puolet yhtä aikaa tai esimerkiksi jakopinnan suhteen. Insert Dress Up Features Edge Fillet Pyöristää valitut nurkat tilavuusobjektissa Tuula Höök Sandbasic_1_x 8

9 Wireframe and Surface Design tai Generative Shape Design Insert Surfaces Fill Täyttää suljetun rautalankapiirroksen, suljetun särmäketjun tai suljetun särmien ja rautalankapiirrosten yhdistelmän pinnalla. Voit asettaa muodostuvan pinnan jatkumaan tangentiaalisesti ympäröivistä pinnoista. Draft Analysis Näyttää eri väreillä seinämät, joissa on parametrina annettua hellityskulmaa suuremmat hellitykset, vastahellitys tai ei lainkaan hellitystä. Värit ovat ohjelmiston perusasetuksia. Käyttäjä voi muuttaa ne haluamikseen Tuula Höök Sandbasic_1_x 9