Luennon tavoite on antaa vinkkejä opintojakson harjoitustyön osakokoonpanojen ja koneenosien valmistusystävällisestä mallinnuksesta

Transkriptio

1 TkT Harri Eskelinen

2 Luennon tavoite on antaa vinkkejä opintojakson harjoitustyön osakokoonpanojen ja koneenosien valmistusystävällisestä mallinnuksesta

3 KOKOON- PANOJA JYRSITTYJÄ OSIA JA PINTOJA SORVATTUJA OSIA VALETTUJA OSIA LEVYOSIA PORAUKSIA HITSATTUJA RAKENTEITA

4 Valmistusystävällisyyttä koskevien sääntöjen asettaminen SolidWorksin asetuksista: 1.Open a part in SolidWorks. 2.In the SolidWorks menu bar, click Tools > DFMXpress. 3.In the DFMXpress pane, click Settings. 4. Under Manufacturing Process, select a set of rules: Mill/Drill only, Turn with Mill Drill, Sheet metal, or Injection Molding. 5.Under Rule Parameters, set parameter values.

5 Valmistusystävällisyyden huomioon ottaminen jo mallinnusvaiheessa on tärkeää, koska luotu 3D-mallin geometria siirretään sellaisenaan valmistuksen simulointiohjelmaan ja edelleen ohjaamaan työstökoneen liikeratoja Esim. Solidworks EdgeCAM koneistus Esim. Solidworks dxf-files laserleikkaus

6

7 Jos mahdollista, poraukset tulisi pyrkiä tekemään kappaleen kohtisuoriin pintoihin.

8 Porattavan reiän pohjaan tulisi sallia kierukkaporan kärkikartion muoto ellei toiminnallinen vaatimus vaadi esimerkiksi tasattua pohjaa. Kartio-osaa ei mitoiteta.

9 Pienien ja/tai syvien reikien poraaminen Reikiä, joiden halkaisija on pieni (alle 3.0 mm) ja joiden syvyys/halkaisijasuhde on suurempi kuin 2.75, tulisi välttää niiden vaikean valmistettavuuden vuoksi. SolidWorksissa voi ko. suhdeluvulle asettaa raja-arvon. h/d = 8.00 h/d = 2.67

10 Osittaisia porauksia tulisi lähtökohtaisesti välttää. Jos sellainen on tehtävä, niin suositus on, että ainakin 75 % reiän alasta olisi porattavassa pinnassa, SolidWorksissa voi ko. %-luvulle asettaa raja-arvon

11

12 Sorvattavan kappaleen geometriassa tulisi käyttää niitä muotoja, jotka saadaan suoraan standardityökaluja - ja terämuotoja käyttämällä.

13 Standardi pidätinrenkaan ura Standardi varmistinlaatan nastan ura Standardi tasakiilaura Standardi aihiokoko Standardi materiaali Standardikierrekoko Standardi olakkeen juuren pyöristyssäde Standardiolakkeen halkaisija

14 Sorvattavan onton kappaleen mitoitusperiaate. Eri työvaiheet ryhmitellään omiksi mittaryhmikseen. Sorvattavassa kappaleessa on esitettävä pituussuuntaisen valmistusvirheen sallittu paikka Jos kyseinen olake olisi esim. laakeriväli, ei valmistusvirhettä saa siinä tapauksessa merkitä kuvassa esitetyllä tavalla!

15 PAREMPI Sorvattavan kappaleen ulkopuolissa nurkissa tulisi suosia viisteitä pyöristysten sijasta.

16 Teräviä olakkeiden nurkkia tulee sorvauksessa välttää. Sorvin terän nirkonsäde tuottaa normaalisti olakkeen juureen pienen pyöristyssäteen. Säteen arvo kannattaa valita samaksi kaikissa olakkeissa ellei jokin toiminnallinen syys estä sitä. SolidWorksissa voi nirkonsäteelle asettaa raja-arvon.

17 Normaali olakkeen juuren pyöristys Olakkeen juureen sorvattu väiste Laakerin valmistaja saattaa Vaatia laakeriolakkeen juureen sorvattavaksi väisteen. Vaikka se on ylimääräinen valmistusvaihe, väiste on tehtävä laakerin valmistajan takuuehtojen täyttymisen varmistamiseksi, jos valittu laakerikoko väisteen vaatii.

18 Sorvissa porattaville upotusten alkurei ille kannattaa jättää mitoittamaton helpotus ja työvara.

19 Hankalasti luoksepäästäviä sisäpuolisia onttoja sorvattavia (tai koneistettavia) muotoja tulee välttää

20 Sorvattavan kappaleen kiinnitysleukojen koko määrittää konepajakohtaisesti lastuttavissa olevan pituuden sekä aihion halkaisijan rajaarvot, jotta kappale voidaan vielä kiinnittää luotettavasti. Kartiomaisesta muodosta kiinnittäminen on hankalaa.

21 Sorvattu vai jyrsitty? Jos hammaspyörän halkaisija on lähellä akselin suurinta halkaisijaa voi olla järkevää jyrsiä hammaspyörä suoraan akseliaihioon Pituussuuntainen lukitusuritus voidaan tehdä esim. DIN-standardin mukaisena, mutta silti se on hankalahko työvaihe.

22

23 Valmistusystävällisyys jyrsinnässä Jyrsittävän kappaleen geometriat tulisi valita mahdollisuuksien mukaan siten, että ne voidaan valmistaa suoraan vakiotyökaluilla ja terillä.

24 Sisäpuolisia teräviä nurkkia ei voi jyrsiä perinteisin menetelmin. Sisäpuolisen nurkan pyöristyssäde kannattaa valita suoraan jyrsimen kokoa vastaavaksi.

25 Syviä ja kapeita kotelomaisia geometrioita on hankala jyrsiä. Erityisen hankalia ovat syvät suhteellisen terävänurkkaiset upotukset. Nurkkaan jää työkalun pyöristys. Suositeltavaa on,että jyrsittävän särmän korkeuden ja pyöristyssäteen suhde h/r ei olisi suurempi kuin 3. SolidWorksissa voi ko. suhdeluvulle asettaa raja-arvon. r h

26 Ulkopuolisissa jyrsittävissä särmissä viiste on helpompi valmistaa kuin pyöristys. Pyöristys vaatii erikoisteriä.

27 Jyrsittävän kappaleen mittatoleransseja ei pidä asettaa tiukemmiksi kuin toiminnalliset vaatimukset todella edellyttävät. Liian tiukat toleranssit voivat olla joko mahdottomia saavuttaa valituilla työkaluilla ja koneilla tai niiden valmistaminen vaatii ainakin useampia työkiertoja SolidWorksissa voi asettaa sallitun vaihteluvälin sekä jyrsittävän kappaleen mitta- että kulma-asentotoleransseille.

28 Poisjyrsittävän ainemäärän ilmoittaminen aihiokoosta lähtien.

29 Jyrsittävän kappaleen tasakiilauran mitoitus

30 Huomaa toistuva idea: Kerrotaan aina: - työkalun koko - työkalun lähtöasema - työkalun liike Jyrsittävän kappaleen nk. Woodruff- kiilauran mitoitus

31

32 Vältä liian pieniä reikiä paksussa levyssä. SolidWorksissa voi määritellä reiän halkaisijan ja levyn paksuuden suhdeluvulle raja-arvon.

33 Reikiä ja upotuksia ei pidä sijoittaa liian lähelle levyn reunaa tai levyn taitekohtaa. SolidWorksissa voi määritellä raja-arvon sallitulle reunaetäisyydelle suhteessa levyn paksuuteen.

34

35 Epäedullinen Edullisempi geometria geometria

36 Reikiä tai niiden upotuksia ei pidä sijoittaa levyssä myöskään liian lähekkäin. SolidWorksissa voi määritellä raja-arvon sallitulle reikien etäisyydelle toisistaan suhteessa levyn paksuuteen.

37 Liian terävät taivutusnurkat aiheuttavat levyn ulkonurkan murtumisvaaran! Sallittu pienin taivutussäde riippuu sekä materiaalista että levynpaksuudesta. SolidWorksissa voi määritellä suositeltavan taivutussäteen r lukuarvon. r

38

39 Taivutetun levytuotteen valmistusystävällisessä mallinnuksessa kaksi hankalinta kohtaa ovat: Hallita levyn pituusmuutos taivutuksessa Hallita levymateriaalin takaisinjousto taivutuksessa

40 Takaisinjouston suuruutta kuvataan kaarikulmien suhdetta esitettävällä kertoimella 1 / 2

41 Liian suuret taivutussäteet lisäävät takaisinjoustoa taivutuksessa

42 ! Levyn paksuus, levitetyn pituuden laskentatapa, K-kerroin, taivutetun kulman helpotuksen muoto

43

44 !! Taivutuskulma, sivun pituus ja taivutuksen sijainti

45 Taivutuksen sijainnin merkitys

46 Muista, että SolidWorksissa on useita eri tapoja laskea taivutetun mitan pituus suorana!

47 Nestaus (= levyosien optimaalinen sijoittelu ja leikkaaminen levyarkista)

48

49 Kuvaruudulla voi mallintaa monenlaisia levyosia, mutta esimerkiksi liian suljettu C-muotoinen levykappale ei ehkä mahdukaan taivutettavaksi viimeisestä särmästään tai kappale jää kiinni tavutuspuristimeen.

50 Riippuen konepajassa käytettävissä olevan puristavan työkalun leveydestä, särmättävä kappale voi olla suorana liian leveä, jotta taivutus koko matkalta onnistuisi

51 Särmättävän tuotteen aihiokoko voi olla liian suuri, jolloin levy ei mahdu edes ensimmäistä taivutusta varten kyseisen konepajan särmäyspuristimeen

52 Konepajakohtaisesti käytettävissä olevat ala- ja ylätyökalu määrittävät, kuinka jyrkkä ja millä pyöristyssäteellä taivutus voidaan tehdä

53

54 Varaa riittävästi tilaa hitsauslaitteistolle, kiinnittimille ja mahdolliselle hitsausrobotille Mieti myös, missä asennossa hitsaus jouduttaisiin tekemään!

55 Suunnittele hitsausjärjestys ja selvitä, mitkä hitsatun kokoonpanon valmistusvaiheet tehdään ennen tai jälkeen hitsauksen. SolidWorksissa voi hitsatun lopputuotteen mallintaa kokonaan valmiiksi ja valita tätä varten esitystavan As Machined. Haluttaessa esittää vain hitsausvaiheet, voidaan valita esitystavaksi As Welded As Machined As Welded

56 Pyri siihen, että hitsi voisi jäädä sellaiseksi kuin se on hitsauksen jälkeen vältä turhaa hiomista

57 Vältä hitsien tarpeetonta risteämistä ja kasaantumista samaan kohtaan. Kuvan mukaisessa tilanteessa keskimmäisessä kuvassa on tukipalan oikealla muotoilulla voitu välttää hitsien kasaantuminen tukipalan nurkkakohtaan.

58 Edellisessä diassa esitetty tukirakenne voidaan helposti muuttaa sellaiseksi, että vaakatukea kuormittava voima F tuottaa etupäässä puristavia kuormituksia hitseihin.

59 Käytä katko-, vuoro- ja parihitsejä lämmöntuonnin minimoimiseksi ja tasaamiseksi.

60 Mahdollisuuksien mukaan sama hitsi toistuu eri kohdissa hitsattavaa rakennetta, Hitsi on kuin moduuli tai standardikoneenosa!

61

62 OIKEIN VÄÄRIN Suunnittele kokoonpano niin, ettei osia voi vahingossa asentaa väärin päin! Esimerkkinä kartiorullalaakeri. Urakuulalaakeri olisi parempi!

63 OIKEIN VÄÄRIN Suunnittele kokoonpano niin, ettei osia voi vahingossa asentaa väärin päin! Esimerkkinä akselitiivistin.

64 Minimoi asennusmatka! Kevennys

65 Minimoi osien määrä kokoonpanossa tai rakenteessa. Varmista, että työkaluille ja asennukselle on riittävästi tilaa! Osien lukumäärä pienenee Mahtuu kiristämään ruuvit

66 Esimerkki laakerin tuennasta, kumpi ratkaisu on osien valmistukselle helpompi, kumman kokoonpantavuus on helpompi? Erillinen holkki, kansi ym. kiinnitysosia rungossa ja akselissa, mutta ei akselin olaketta Olakeratkaisut rungossa ja akselissa

67 Entä miten onnistunut olisi kolmas, pidätinrenkaiden käyttöön ja akseliolakkeeseen perustuva ratkaisu, edellisiin verrattuna? Vältä erillisiä kiinnitysosia tai -muotoja. Tyypillisesti kokoonpanoystävällisyyden ja osien valmistusystävällisyyden kesken joudutaan tekemään kompromisseja.

68 On eduksi jos kokoonpano voidaan tehdä yhdestä asennussuunnasta! Hankalia osien pujottamisia paikoilleen tai asentamista niin, ettei osaa näe kunnolla, tulee välttää!

69 Suosi osien pakotettua (oikeaa) kokoonpanojärjestystä! Järjestys 1, 2, 3 ja 4

70 Suosi sellaisia osien geometrioita, jotka mahdollistavat osien itsepaikoituksen.

71 Esimerkiksi kierrejouset takertuvat lajittelu- tai käsittelyvaiheessa helposti toisiinsa ellei niihin ole tehty kierteiden tihennystä jousen keskivaiheille. Osien takertuminen toisiinsa on erityisen haitallista pyrittäessä automatisoimaan tai robotisoimaan kokoonpanoa.

72 Levyn muotoilun avulla voidaan helpottaa levyn pujottamista hahloon ja varmistaa levyn asentaminen asennussuunnassa oikealle syvyydelle.

73

74 Valitse yksinkertaisia ja avoimia geometrioita, jotta kappale voidaan irrottaa helposti muotista eikä tarvita ylimääräisiä keernoja. Helpompi

75 VALUMALLI VALUMUOTTI KEERNA RAAKAVALU VIIMEISTELTY TUOTE

76 Valitse helpotukset oikein ulko- ja sisäpuolisille muodoille. Ulko- ja sisäpuolisille helpotuksille on omat materiaalikohtaiset ja tuotteen korkeuteen sidotut lukuarvonsa.

77

78 Tuotteen geometria kannattaa suunnitella muotin näkökulmasta. Vasemmanpuoleinen tuotegeometria voi vaatia kolmiosaisen muotin. Helpompi

79 Vältä liian nopeita valetun seinämän poikkileikkausten muutoksia.

80 Valuprosessin onnistuminen edellyttää, valumateriaalien kutistuma otetaan huomioon yhdessä valukappaleen tasaisen ja suunnatun jäähtymisen kanssa. Muista suunnitella valunjälkeiset työvaiheet. Monesti valukappaleita esimerkiksi koneistetaan valamisen jälkeen.

81 Valuprosessin simulointi SolidWorksin sovellusmoduulin avulla