Mallinnusta pinnoilla 1

Mallinnusta pinnoilla 1 Tuula Höök Tampereen teknillinen yliopisto Hae piirustus surfaces_1_x.pdf. Käytä piirustuksessa annettuja mittoja ja tuota niiden pohjalta teknisesti hyvälaatuinen painevalutai ruiskuvalukappale, joka on samaan aikaan sekä toiminnallinen että silmää miellyttävä. Harjoituksen tavoitteista riippuen voit mallintaa kappaleen kokonaan tai aloittaa valmiilla pinnalla start_surfaces_1_x.catpart tai jollakin neutraalimuotoisista aloituspinnoista. CAD työkalut harjoituksessa Mallinnusta pinnoilla 1 Jotta kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: Mitoituksen lähtötaso on valittu. Jakotaso on valittu ja sillä olevat nurkat ovat pyöristämättömiä. On tehty perusteltu valinta suoraan muottilaattaan tai inserttiin koneistettujen kiinteiden keernojen ja erillisistä keernakappaleista valmistettujen kiinteiden keernojen välillä. Keernan ja muottilaatan tai insertin yhtymäkohtaan tulee valinnasta riippuen joko pyöristetty tai pyöristämätön nurkka. Kaikki loput nurkat on pyöristetty sopivalla pyöristyssäteellä. Valukappaleen ulkonurkkien pyöristys valitaan koneistusmenetelmän, materiaalin vaatimusten ja prosessoinnin asettamien vaatimusten perusteella. Sisänurkkien pyöristykseen vaikuttavat pelkästään materiaalin sekä prosessoinnin vaatimukset. Kappaleessa on sopiva seinämänpaksuus. Kappaleessa ei ole paksuja seinämiä ohuiden seinämien ympäröimänä eikä jyrkkiä muutoksia seinämänpaksuudessa. Paksujen ja ohuiden seinämien suhde on sopiva. Kappale voidaan asettaa muottiin siten, että paksut osat täyttyvät ja tiivistyvät. Kappale on suunniteltu kokonaisuus huomioiden siten, että se täyttyy riittävän hyvin. Painevalukappaleessa ei esimerkiksi ole muottiaineen sisään meneviä ulokkeita vailla ilmanpoistoa tai virtausta parantavia yksityiskohtia. Ruiskuvalukappaleessa on huomioitu esimerkiksi yhtymäsaumat. Kappaleessa on koneistusvarat siellä, missä tarpeen. Sivuseinämät on varustettu sopivilla hellityksillä ja lopputulos on tarkistettu ohjelman työkalulla Draft analysis. Tilavuusmallinnus Pad Pocket Edge Fillet Thick Surface Close Surface Split Pintamallinnus Surface Extrude Surface Revolve Multi Sections Surface Surface Sweep Surface Fill Split jne. Muut Reference Plane, Line, Point Circular Pattern Draft Analysis Jos työkalujen käyttämisessä tulee ongelmia, avaa CATIA Help ja yritä löytää ratkaisu sen avulla. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 1

Teoriatausta Painevalu/ruiskuvalukappaleen suunnittelu yleisesti Hellitykset Pyöristykset Seinämänpaksuus Mallinnuksen vaiheet Mallinna kappale pinta ja tilavuusmallinnustyökaluja käyttäen. Pintamallinnus on parempi tekniikka työstörataohjelmistojen toimivuuden ja työstötapahtuman kannalta, mutta se on hankalampaa ja vie enemmän aikaa tilavuusmallinnustekniikkaan verrattuna. Pintamallinnustekniikkaa käytetään erityisesti kappaleen näkyvien ulkopintojen muotoiluun. Tekniset yksityiskohdat on järkevintä mallintaa tilavuusmallinnustyökaluilla. 1. Mallinna aluksi kappaleen ulkopinnat pintamallinnustekniikkaa käyttäen. CAD ohjelmistojen pintamallinnustyökaluja ovat esimerkiksi pursotustyökalu ( Extrude ), pyöräytystyökalu ( Revolve ), täyttötyökalu ( Fill ) tai esimerkiksi sweep työkalu ( Sweep ). Jos nämä CAD ohjelmistoille tyypilliset työkalut eivät riitä muotoilemaan kappaleen ulkopintoja riittävän monipuolisesti, suunnittelija voi ottaa käyttöön jonkin pintamallinnusohjelmiston, esimerkiksi Rhinoceros. Rhinoceroksen tyyppiset ohjelmistot ovat yleisiä teollisten muotoilijoiden käytössä. 2. Harjoitusta voi käyttää myös siten, että sen avulla opetellaan liittämään tekninen suunnittelu muotoilijan tekemiin pintoihin. Aloita tällöin valmiiksi muotoilluista pinnoista start_surfaces_1_x.catpart tai hae jokin neutraalimuotoisista tiedostoista. Kuva 1 Käytä pintamallinnustekniikkaa kappaleen ulkopintojen muotoilussa. Kappaleen ulkopuoliset sivuseinämät ja päällysosan pinnat on mallinnettu pursotetulla ja pyöräytetyllä pinnalla. Mallinnus jatkuu trimmaamalla ylimääräiset pinnat pois ja pyöristämällä terävät nurkat pintamallinnustilassa. Erilaisia Fillet eli nurkkapyöristystyökalua voi käyttää sekä pinta että tilavuusmalliin. Kuva 2 Muita CAD ohjelmiston tarjoamia pintojen muotoilutyökaluja on esimerkiksi Multi Sections Surface ja Sweep. Multi Sections Surface työkalulla tehdään pinta kahden erilaisen profiilin välille (Vasemmalla). Sweep työkalulla kuljetetaan sivuprofiili rautalankamallinnettua polkua pitkin (Oikealla). 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 2

3. Valitse tapa, jolla teet edellä mallinnetusta (tai annetusta) pinnasta tilavuusmallin (Liite). Vaihtoehdot ovat: Muotoillaan kappale offset pintojen avulla Kasvatetaan pinta Thick Surface työkalulla tilavuusmalliksi Tehdään ulkokuoren mukaisista pinnoista tilavuusmalli Close Surface työkalulla ja siitä edelleen kuori Shell työkalulla Leikataan ulkokuoren mukaisella pinnalla kappale irti tilavuusmallista ja tehdään lopputuloksesta kuori Shell työkalulla Tehdään rautalankapiirrokseen kaksinkertainen seinämä 4. Muotoile tilavuusmalliksi muokattuun kappaleeseen kaikki mittapiirustuksessa olevat toiminnalliset osat: Kiinnitysruuvien paikat, hahlot, napsautusliitoksen urat jne. Käytä tilavuusmallinnustyökaluja. Pyri huolehtimaan siitä, ettei kappaleeseen muodostu paksuja tai huonosti täyttyviä kohtia. 5. Mallinna toiminnallisiin osiin hellitykset (päästöt) ja valutekniikan vaatimat pyöristykset. 6. Tarkista lopputulos Draft Analysis työkalulla. Korjaa, jos tarpeen. Tavoitteet oppimiselle Kappaleen näkyvien ulkopintojen muotoileminen pintamallinnustekniikkaa käyttäen. Lopputuloksen yhdistäminen teknisten muotojen mallintamiseen. Valmiiksi tehdyn pinnan käyttäminen mallinnuksen pohjana. Opiskeltavat CAD työkalut Tilavuusmallinnus: Pad, Pocket, Shell, Thick Surface, Close Surface, Edge Fillet, Split Pintamallinnus: Surface Extrude, Surface Revolve, Surface Sweep, Multi Sections Surface, Fill, Split, ym. perustyökalut Muut: Reference Plane/Line/Point, Circular Pattern, Draft analysis Arviointi Hylätty CAD malli on tehty luetelluilla työkaluilla Hyväksytty CAD malli on tehty luetelluilla työkaluilla 2 asteen hellitys oikeissa pinnoissa ja oikeisiin suuntiin Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa Ulkopinnan muoto on tuotettu pintamallinnustekniikalla ja sisäpuolen tekniset yksityiskohdat tilavuusmallinnustekniikalla Erinomainen CAD malli on tehty luetelluilla työkaluilla. Kappaleelle on valittu valmistusmateriaali ja hellitykset on valittu materiaalin vaatimusten perusteella. Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa. Ulkopinnan muoto on tuotettu pintamallinnustekniikalla ja sisäpuolen tekniset yksityiskohdat tilavuusmallinnustekniikalla. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 3

CAD pikaopas Ryhmä työkaluja, joilla mallinnetaan rautalankapiirros muiden työkalujen pohjaksi. Sketch Reference Elements Plane, Line, Point Aputaso (Plane) on samanlainen taso kuin jokin perustasoista (xy, yz tai zx). Voit määritellä pisteet, joiden kautta taso kulkee ja antaa sille suunnan. Käytä aputasoa rautalankapiirroksen pohjana, jos edellisessä vaiheessa mallinnettuja seinämiä tai perustasoja ei ole mahdollista käyttää tähän tarkoitukseen. Apuviiva ja piste (Line, Point) vastaavat rautalankamallinnettuja viivoja ja pisteitä, mutta ne voidaan mallintaa siirtymättä rautalankamallinnustilaan. Niiden pohjaksi ei myöskään tarvita tasoa. Jos Reference Elements valikko ei ole näkyvissä ruudulla, hae se valitsemalla View Toolbars Reference Elements. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 4

Insert 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. Insert Surface Based Features Split Leikkaa tilavuuskappaleen pinnalla ja hävittää valitulla puolella pintaa olevan aineen. Pinnan on ympäröitävä yhtenäinen tilavuus ainetta tai pilkottava aine kahteen tai useampaan osaan. Jos leikkaavassa pinnassa on reikiä, leikkausoperaatio ei onnistu. Nuolet osoittavat leikkauksen jälkeen jäljelle jäävää ainetta kohti. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 5

Luo tilavuuskappaleen suljetusta pinnasta. Insert Surface Based Features Close Surface Insert Dress Up Features Shell Tekee tilavuusmallista kuoren, jossa on tietty, parametrina annettu seinämänpaksuus. Valitsemasi seinämät poistuvat. Jos yhtään seinämää ei ole valittu, kappaleesta tulee ontto. Insert Surface Based Features Thick Surface Tekee pinnasta tilavuuskappaleen lisäämällä pinnan päälle paksuudeltaan yhtenäisen kerroksen materiaalia. Voit määritellä materiaalikerroksen paksuuden. Jos pinnan paksuntaminen ei onnistu, tavallinen syy on se, että paksunnettavassa pinnassa on yksi tai useampia liian terävästi kaartuvia pintoja. Yritä paksuntaa pinta vaiheissa tai muuta sen muotoa. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 6

Insert Dress Up Features Draft Kallistaa tilavuusobjektin seinämän valitun pinnan (neutraalielementin) suhteen. Neutraalielementti toimii kallistuksen saranana. Pyöristää valitut nurkat tilavuusobjektissa. Insert Dress Up Features Edge Fillet tai Wireframe Insert Surfaces Extrude Pursottaa rautalankapiirroksella muotoillun pinnan lineaarisesti. Voit asettaa pursotukselle suunnan vektorilla (rautalankapiirroksessa oleva viiva tai kappaleen särmä). Jos suuntaa ei ole asetettu, pursotus etenee rautalankapiirroksen pohjatason normaalin suuntaan. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 7

tai Wireframe Insert Surfaces Revolve Työkalu pyöräyttää avonaisen tai suljetun rautalankapiirroksen akselin ympäri ja muodostaa siitä pinnan. Akselina voi toimia jokin rautalankapiirroksen viivoista tai erikseen mallinnettu keskiviiva. tai Wireframe Insert Surfaces Sweep Tuottaa pintamallin kuljettamalla rautalankapiirrosta toista rautalankapiirrosta pitkin. Jos kuljetettavana on suljettu rautalankapiirros, muodostuu ontto pintamalli. Pintamallin sisällä ei ole mitään. tai Wireframe Insert Surfaces Fill Täyttää suljetun rautalankapiirroksen, suljetun särmäketjun tai suljetun särmien ja rautalankapiirrosten yhdistelmän pinnalla. Voit asettaa muodostuvan pinnan jatkumaan tangentiaalisesti ympäröivistä pinnoista. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 8

tai Wireframe Luo pinnan kahden tai useamman profiilin välille. Pinnan voi halutessaan ohjata ohjauskäyrillä. Ohjauskäyrät ovat profiilien välille mallinnettuja rautalankapiirroksia. Insert Surfaces Multi sections Surface tai Wireframe Insert Surfaces Offset tai Wireframe Muodostaa olemassa olevasta pinnasta toisen pinnan parametrina annetun mitan päähän alkuperäisestä pinnasta. Uuden pinnan mitat ja esimerkiksi kaarevuussäteet muuttuvat. Jos alkuperäisessä pinnassa on liian pieniä pyöristyssäteitä, voi muodostuva uusi pinta olla rikkoutunut tai ohjelma ei pysty laskemaan sitä lainkaan. Jos työkalun käytössä on ongelmia, kannattaa ensimmäisenä tarkistaa alkuperäisen pinnan pyöristyssäteet. Leikkaa pinnan toisella pinnalla, tasolla tai rautalankapiirroksella. Insert Operations Split 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 9

tai Wireframe Liittää yhden tai useamman pinnan yhteen muodostaen yhden yksittäisen pintamalliobjektin. Insert Operations Join Insert Operations Edge Fillet, Shape Fillet, Variable Fillet jne. työkalut Pyöristää yhtenäisen pinnan sisällä ja osa työkaluista myös pintojen välillä olevan terävän nurkan. Erilliset pinnat voi yhdistää Join työkalulla yhdeksi yhtenäiseksi pinnaksi. Draft Analysis Näyttää hellitysten suuruudet eri väreillä. Kappaleen näkymäksi täytyy asettaa Shading with Material. Yleensä näkymä on Shading with Edges tai Shading. Työkalu ei löydy valikoiden kautta. Se on osa Analysis nimistä Toolbar ia. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 10

Liite: Vaihtoehtoja pintamallin muuttamiseen tilavuusmalliksi Vaihtoehto 1: Muotoilu offset pintojen avulla. Hankala, mutta toisinaan ainoa toimiva ja sovelias tapa. 1. Mallinna kappaleen ulkopuoliset muodot tuottavan pinnan sisäpuolelle toinen pinta Offset työkalulla. Pintojen väliseksi etäisyydeksi asetetaan kappaleelle haluttu seinämänpaksuus. Jos alkuperäisen pinnan muoto on monimutkainen, voit joutua tekemään Offset pinnan useammassa osassa ja mahdollisesti myös trimmaamaan haluttuun muotoon. Kuva 3 Offset pinta alkuperäisen, kappaleen ulkopuoliset muodot tuottavan pinnan sisällä pinnan sisällä. 2. Jos Offset pinta on tehty hellitettyyn muotoon, tapahtuu seuraavan kuvan (Kuva 4) mukainen ilmiö. Tasoita pinnat kuvasarjojen 1 ja 2 (Kuva 5 ja Kuva 6) mukaisilla tavoilla. Vaaleanvihreä Offset pinta on tehty kuppimaisen, ulospäin hellittyvän muodon sisäpuolelle. Offset pinnasta tulee hieman korkeampi kuin alkuperäinen muoto. Reunasta tulee kalteva! Ei käy! Vaaleanvihreä Offset pinta on tehty kuppimaisen, ulospäin hellittyvän muodon ulkopuolelle. Offset pinnasta tulee hieman matalampi kuin alkuperäinen muoto. Kuva 4 Offset pinta hellitetyn (päästetyn) muodon sisäpuolella (ylemmät kuvat) ja ulkopuolella (alemmat kuvat). Sisäpuolelle mallinnettu pinta on hieman korkeampi ja ulkopuolelle mallinnettu pinta hieman matalampi kuin alkuperäinen pinta. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 11

Mallinna Offset pinta sisäpuolelle Täytä alkuperäisen muodon yläpinta Leikkaa ylimääräiset pois Liitä pinnat yhteen ja tee niistä solidi Kuva 5 Sisäpuolisella Offset pinnalla muotoileminen. Kuvasarja 1. Mallinna Offset pinta ulkopuolelle Jatka Offset pintaa ylöspäin, esim.erkiksi Extend työkalulla Mallinna tasopinta alkuperäisestä muodosta ulospäin Leikkaa ylimääräiset pois Liitä pinnat yhteen ja tee niistä solidi Kuva 6 Ulkopuolisella Offset pinnalla muotoileminen. Kuvasarja 2. 3. Tee vielä avonaisiin sivuihin pinnat esimerkiksi Fill työkalulla. Liitä kaikki pinnat yhteen Join työkalulla. 4. Tee yhteen liitetyistä pinnoista tilavuusmalli Close Surface työkalulla. Lopputuloksena pitäisi olla yksi yhtenäinen tilavuusmalli. 5. Pyöristä nurkat ja tee lisää hellityksiä, jos vielä tarpeen. Tarkista Draft Analysis työkalulla. Vaihtoehto 2: Kasvatetaan pinta Thick Surface työkalulla tilavuusmalliksi. Vastaava, mutta huomattavasti nopeampi tapa kuin Offset pinnoilla mallintaminen. 1. Tee kappaleen ulkopuoliset muodot tuottavasta pinnasta tilavuusmalli Thick Surface työkalua käyttäen. 2. Hellitetyn muodon reunasta tulee kalteva, kuten Offset työkalullakin. Tasoita reunat. Katso esimerkit edeltä. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 12

Vaihtoehto 3: Tehdään ulkokuoren mukaisista pinnoista tilavuusmalli Close Surface työkalulla ja siitä edelleen kuori Shell työkalulla. Yksinkertainen, nopea ja useimmissa tapauksissa käyttökelpoinen ratkaisu. 1. Täytä kappaleen ulkopuoliset muodot tuottavan pinnan avonaiset kohdat tasopinnoilla ( Fill ). Kuva 7 Tasopinta, jolla täytetään kappaleen ulkopinnan avonaiset kohdat. 2. Liitä kaikki pinnat yhteen Join työkalulla ja tee yhteen liitetyistä pinnoista tilavuusmalli Close Surface työkalulla. 3. Tee kappaleesta kuori Shell työkalulla. 4. Hellitä oikeat sivut ja pyöristä oikeat nurkat. Tarkista Draft Analysis työkalulla, että tasomaisen osan sivu on hellitetty. Vaihtoehto 4: Leikataan ulkokuoren mukaisella pinnalla kappale irti tilavuusmallista ja tehdään lopputuloksesta kuori Shell työkalulla. Lähes yhtä helppo ja nopea toteuttaa kuin edellinen vaihtoehto. 1. Täytä kappaleen ulkopuoliset muodot tuottavan pinnan avonaiset kohdat tasopinnoilla ( Fill ). Yhden tasopinnoista voi jättää avoimeksikin. 2. Tee pursotettu tilavuusmalli pintamallin päälle. Jos pinnassa on avonaiseksi jäänyt tasomainen osa, aloita siitä. Kuva 8 Pursota tilavuusmalli suljetun, yhtenäisen pinnan ympärille tai tasomaisesta kohdasta edeten. 3. Leikkaa tilavuusmalli pintamallilla käyttäen Split työkalua. Tässä vaiheessa mallinnusta kappaleen muodon mukaisen pintamallin pitäisi olla yhtenäinen, jotta leikkaaminen olisi mahdollista. 4. Tee muodostuneesta kappaleen muotoisesta tilavuusmallista kuori Shell työkalulla. Pyöristä oikeat nurkat. Tarkista Draft Analysis työkalulla, että tasomaisen osan sivu on hellitetty. Vaihtoehto 5: Tehdään rautalankapiirrokseen kaksinkertainen seinämä. hidasta, mutta joissain tapauksissa ainoa järkevä mahdollisuus. 1. Menettely sopii käytettäväksi esimerkiksi Multi Sections Surface tai Revolve työkalun kanssa. Mallinna rautalankapiirrokseen sekä ulko että sisäseinämä. 14.03.2010 Tuula Höök Surfaces_1 13