Mallinnusta pinnoilla 1

Mallinnusta pinnoilla 1 Tuula Höök Tampereen teknillinen yliopisto 2010, Valimoinstituutti 2015 Hae piirustus surfaces_1_x.pdf. Käytä piirustuksessa annettuja mittoja ja tuota niiden pohjalta teknisesti hyvälaatuinen painevalu tai 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.sldprt tai jollakin neutraalimuotoisista aloituspinnoista. CAD työkalut harjoituksessa Mallinnusta pinnoilla 1 Jotta kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: Mikäli kappale tullaan koneistamaan, peruselementtien paikat on valittu valumenetelmä huomioiden siten, että lopputulos vastaa koneistustarkkuudelle asetettuja vaatimuksia. Valukappaleissa suositellaan käyttämään kappaleen läpi meneviä keernoja peruselementteinä. Jakopinnat on valittu ja niillä olevat nurkat ovat pyöristämättömiä. Jakopintoihin kuuluvat muotin ja kiinteiden keernojen jakopinnat sekä pintoja vastaavat jakolinjat muotissa ja kappaleessa. Kappaleessa on koneistusvarat siellä, missä tarpeen. On tehty perusteltu valinta 1) suoraan muottilaattaan tai inserttiin koneistettujen kiinteiden keernojen ja 2) erillisistä kappaleista valmistettujen ja muottilaattaan tai inserttiin kiinnitettyjen kiinteiden keernojen välillä. Keernan ja muottilaatan tai keernan ja 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. Seinämänpaksuus valitaan valmistusmenetelmän perusteella. Kappaleessa ei ole paksuja seinämiä ohuiden seinämien ympäröimänä. Paksujen ja ohuiden seinämien mittasuhde on sopiva. Ohut seinämä yhtyy paksuun seinämään asteittaisesti. Jyrkkiä muutoksia on vältetty. Kappale voidaan asettaa muottiin siten, että paksut osat täyttyvät ja tiivistyvät. Menetelmästä riippuen paksut osat asetellaan 1) sisäänmenojen lähistölle tai 2) syöttöjen alle. Tilavuusmallinnus Extruded Boss/Base Extruded Cut Fillet Shell Thicken Pintamallinnus Extruded Surface Revolved Surface Swept Surface Fill Surface Jne. Muut Reference Axis Draft analysis Circular Pattern Jos kohtaat hankaluuksia CAD työkalujen käyttämisessä, avaa ohjelmiston Help manuaali ja yritä löytää ratkaisu ensisijaisesti sen avulla. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 1

Kappale on suunniteltu kokonaisuus huomioiden siten, että se täyttyy riittävän hyvin, esimerkiksi: - Painevalukappaleessa ei ole muottiaineen sisään meneviä ulokkeita vailla ilmanpoistoa tai virtausta parantavia yksityiskohtia. - Ruiskuvalukappaleessa on huomioitu yhtymäsaumat. - Kokillivalukappale on mahdollista täyttää seinämien paksuus ja pinta ala huomioiden tarpeeksi nopeasti Sivuseinämät on varustettu sopivilla hellityksillä ja lopputulos on tarkistettu ohjelman työkalulla Draft analysis. 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 järkevin 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 CADohjelmistoille 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.sldprt 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. Fillet eli nurkkapyöristystyökalua voi käyttää sekä pinta että tilavuusmalliin. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 2

Kuva 2 Muita CAD ohjelmistojen tarjoamia pintojen muotoilutyökaluja on esimerkiksi Loft ja Sweep. Loft työkalulla tehdään pinta kahden erilaisen profiilin välille (Vasemmalla). Sweep työkalulla kuljetetaan sivuprofiili rautalankamallinnettua polkua pitkin (Oikealla). 3. Valitse tapa, jolla teet edellä mallinnetusta (tai annetusta) pinnasta tilavuusmallin (Liite). Vaihtoehdot ovat: Muotoillaan kappale offset pintojen avulla Kasvatetaan pinta Thicken työkalulla tilavuusmalliksi Tehdään ulkokuoren mukaisista pinnoista tilavuusmalli Surface Knit 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: Extruded Boss/Base, Extruded Cut, Shell, Thicken, Fillet Pintamallinnus: Extruded Surface, Revolved Surface, Swept Surface, Knit, Fill, Trim, ym. perustyökalut Muut: Reference Axis, Circular Pattern, Draft Analysis Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 3

Arviointi Hylätty CAD malli on tehty luetelluilla työkaluilla Hyväksytty CAD malli on tehty luetelluilla työkaluilla 2 asteen hellitys oikeissa pinnoissa ja oikeisiin suuntiin Sopiva 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. Sopiva pyöristys oikeissa nurkissa. Ulkopinnan muoto on tuotettu pintamallinnustekniikalla ja sisäpuolen tekniset yksityiskohdat tilavuusmallinnustekniikalla. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 4

CAD pikaopas Sketch Ryhmä työkaluja, joilla mallinnetaan rautalankapiirros muiden työkalujen pohjaksi. Insert Reference Geometry Plane Aputaso on samanlainen taso kuin jokin perustasoista (top, right tai front). Voit määritellä pisteet, joiden kautta taso kulkee ja antaa sille suunnan. Käytä aputasoa rautalankapiirroksen pohjana, jos edellisessä vaiheessa mallinnettuja seinämiä ei ole mahdollista käyttää tähän tarkoitukseen. Insert Boss/Base Extrude Pursottaa rautalankamallilla hahmotettua muotoa määritetyn matkan määritettyyn suuntaan. Insert Cut Extrude Pursottaa rautalankamallia määritetyn matkan määritettyyn suuntaan leikaten reiän pursotuksen kohdalle. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 5

Insert Reference Geometry Axis Luo akselin, jota voidaan käyttää referenssinä esimerkiksi kopioitaessa piirteitä tai esimerkiksi pintoja ja mallin sisältämiä tilavuuskappaleita ympyrän muotoon. Käytä nurkkia, ympyräpintaa, kartiopintaa, tasoja ja pisteitä, kun määrittelet akselin suuntaa ja paikkaa. Insert Pattern/Mirror Circular Pattern Kopioi yhden tai useampia piirteitä, tilavuuskappaleita tai pintoja ympyrän muotoon akselin ympärille. Anna kohteiden kokonaismäärä parametrina. Insert Features Shell Tekee tilavuusmallista kuoren, jossa on tietty, parametrina annettu seinämänpaksuus. Valitsemasi seinämät poistuvat. Jos yhtään seinämää ei ole valittu, kappaleesta tulee ontto. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 6

Insert Boss/Base Thicken Tekee valituista pinnoista tietyllä etäisyydellä olevat pinnat ja täyttää välin. Thicken työkalu tekee pintamallista tilavuusmallin. Reunat muotoutuvat suoraan kulmaan työkalun perustana olevaan pintaan nähden. Insert Cut With Surface Leikkaa tilavuusmallin pinnalla. Valitse leikkaava pinta ja leikkauksen suunta. Pinnan täytyy ulottua leikattavan tilavuusmallin ulkopuolelle tai juuri sen ulkopintaan. Insert Features Fillet Pyöristää tilavuusmallissa tai pintamallissa olevan nurkan. Insert Features Draft Kallistaa valitut seinämät parametrina annettuun kulmaan. Kulman voi asettaa joko nurkan tai pinnan suhteen. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 7

Insert Surface Extrude Pursottaa rautalankapiirroksella muotoillun pinnan lineaarisesti. Voit asettaa pursotukselle kallistuskulman suhteessa rautalankapiirroksen pohjatasoon. Jos kulmaa ei ole asetettu, pursotus etenee rautalankapiirroksen pohjatason normaalin suuntaan. Insert Surface Revolve Pyöräyttää avonaisen tai suljetun rautalankapiirroksen akselin ympäri ja muodostaa siitä pinnan. Akselina voi toimia jokin rautalankapiirroksen viivoista tai erikseen mallinnettu keskiviiva. Insert Surface Sweep Tuottaa pintamallin kuljettamalla rautalankapiirrosta toista rautalankapiirrosta pitkin. Jos kuljetettavana on suljettu rautalankapiirros, muodostuu ontto pintamalli. Pintamallin sisällä ei ole mitään. Insert Surfaces Loft Tuottaa pinnan kahden tai useamman profiilin välille. Voit ohjata pintaa ohjauskäyrillä, jotka ovat profiilien välillä olevia rautalankapiirroksia. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 8

Insert Surface Fill Muodostaa pinnan rautalankapiirroksen tai olemassa olevan tilavuus tai pintamallin nurkkien sisään. Voit valita, jatkuuko pinta tangentiaalisesti vai suoraviivaisesti mallin pinnoista. Insert Surface Knit Surface Liittää kaksi tai useampia erillisiä pintoja yhteen ja muodostaa niistä yhden yhtenäisen pinnan. Jos liitettävät pinnat sulkeutuvat, voit yrittää muodostaa niistä tilavuusmallin. Työkalussa on valintaruutu toimintoa varten. Insert Surface Trim Leikkaa pinnan. Työkalu vaatii toimiakseen kaksi pintaa tai pinnan ja piirrosobjektin. Pinnan ja tilavuusmallin yhdistelmä ei käy. Tilavuusmalli leikataan Cut with surface työkalulla. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 9

Insert Surfaces Offset Tools Draft Analysis 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. Näyttää eri väreinä seinämät, joissa on parametrina annettua kulmaa suuremmat hellitykset. Näyttää väripintana myös hellittämättömät ja satulaseinämät. Satulaseinämä on seinämä, jossa ei ole selkeärajaista kulmaa hellitysten suunnan vaihtumiskohdassa. Värit ovat ohjelmiston perusasetuksia. Käyttäjä voi muuttaa ne haluamikseen. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 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 Surface 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. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 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 Offsetpintaa 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 Filled Surface työkalulla. Liitä kaikki pinnat yhteen Knit Surface työkalulla. Valitse ruutu Try to form solid. Lopputuloksena pitäisi olla yksi yhtenäinen tilavuusmalli. 4. Pyöristä nurkat ja tee lisää hellityksiä, jos vielä tarpeen. Tarkista Draft Analysis työkalulla. Vaihtoehto 2: Kasvatetaan pinta Thicken työkalulla tilavuusmalliksi. Vastaava, mutta huomattavasti nopeampi tapa kuin Offset pinnoilla mallintaminen. 1. Tee kappaleen ulkopuoliset muodot tuottavasta pinnasta tilavuusmalli Thicken työkalua käyttäen. 2. Hellitetyn muodon reunasta tulee kalteva, kuten Offset työkalullakin. Tasoita reunat. Katso esimerkit edeltä. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 12

Vaihtoehto 3: Tehdään ulkokuoren mukaisista pinnoista tilavuusmalli Surface Knit työkalulla ja siitä edelleen kuori Shell työkalulla. Yksinkertainen, nopea ja useimmissa tapauksissa käyttökelpoinen ratkaisu. 1. Täytä kappaleen ulkopuoliset muodot tuottavan pinnan avonaiset kohdat tasopinnoilla ( Surface Plane ). Kuva 7 Tasopinta, jolla täytetään kappaleen ulkopinnan avonaiset kohdat. 2. Liitä kaikki pinnat yhteen Knit Surface työkalulla. Valitse ruutu Try to form solid. Lopputuloksena pitäisi olla yksi yhtenäinen tilavuusmalli, joka seuraa mallinnettavan kappaleen ulkomuotoa. 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 ( Surface Plane ). 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 Cut with Surface 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 Loft tai Revolve työkalun kanssa. Mallinna rautalankapiirrokseen sekä ulko että sisäseinämä. Muokattu 02.04.2015 Tuula Höök Mallinnusta pinnoilla 1 Sivu 13