Tilavuusmallinnus 1, pursotettuja kappaleita Tuula Höök Tampereen Teknillinen Yliopisto Ota piirustus solids_1_x.pdf. Käytä piirustuksessa annettuja mittoja ja tuota niiden pohjalta teknisesti hyvälaatuinen kestomuottivalukappale, joka tässä ensimmäisessä harjoituksessa tulee voida valmistaa kahteen osaan jaettavalla muotilla. Jotta tällainen kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: CAD työkalut harjoituksessa Tilavuusmallinnus 1 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. Piirros Line Axis line Midpoint Circle Relaatiot Sketch objektien välillä Tilavuusmallinnus Pad Pocket Chamfer Draft Edge Fillet Muotti Draft analysis Jos kohtaat ongelmia työkalujen käyttämisessä, avaa CATIA Help ja yritä löytää ratkaisu sen avulla. Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 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 Eri kestomuottimenetelmät: Painevalu, ruiskuvalu, kokillivalu, matalapainevalu sekä muut kestomuottia hyödyntävät menetelmät Menetelmissä käytettävien koneiden rakenne Valumateriaalit: Polymeerit, alumiiniseokset, magnesiumseokset, sinkkiseokset ja kuparipohjaiset seokset. Muotin rakenne Mallinnuksen vaiheet 1. Tutki mallinnettavan kappaleen piirustusta. Valitse jakotason paikka. Pääasiassa pursottamalla mallinnettavan kappaleen piirteet mallinnetaan hellitettyinä jakotasolta ylöspäin ja alaspäin. Perusharjoitusten kappaleissa ei ole vastahellityksellisiä muotoja. 2. Aseta jakotason kohdalle jokin mallinnusohjelmiston perustasoista: xy plane, yz plane tai zx plane muistaen kuitenkin, että: - Useimmat työstörataohjelmistot käyttävät mallinnuskoordinaatiston Z akselia työkalun suunnan määrittämiseen siten, että se osoittaa työstettävästä pinnasta ylöspäin. - Useimmat valunsimulointiohjelmistot käyttävät Z akselia painovoiman suunnan osoittamiseen siten, että akseli osoittaa painovoiman suunnassa ylöspäin. - Muotinsuunnitteluohjelmistot käyttävät Z akselia muotin avautumissuunnan osoittamiseen. Näiden ohjelmistojen kannalta on useimmiten hyvä, että origo on asetettu kappaleen keskelle. Mallin saa myöhemmin käännettyä ja koordinaatiston siirrettyä mihin kohtaan tahansa. Huolellinen valettavan kappaleen suunnittelija aloittaa mallintamisen kuitenkin niin, että mallinnuskoordinaatiston Z akseli osoittaa jakotasolta ylöspäin ja origo on kappaleen keskellä. 3. Jaa suunniteltava kappale mielessäsi pursotettaviin osiin. Yleensä ei kannata mallintaa koko muotoa kerralla. Kappaleesta löytyy varmasti jokin jakopinnalta lähtevä perusmuoto. Mallinna tätä perusmuotoa vastaava rautalankapiirros jakotasoksi valitulle mallinnusohjelmiston perustasolle. Mallinna jakotasolta katsoen pystysuorat, kaarevat pinnat rautalankapiirroksiin tangentiaalisesti jatkuvina kaarina. Vältä pyöristämästä perusmuotoja Edge Fillet työkalulla. Käytä Edge Fillet työkalua ainoastaan pienimpien, prosessoinnin tai muotin työstämisen helpottamiseksi pyöristettyjen nurkkien mallintamiseen. 4. Pursota rautalankapiirros tilavuusmalliksi. Kestomuottivalukappaleeseen mallinnetaan hellitykset jakopinnalta ylös ja alaspäin. Voit asettaa hellityskulman (päästökulman) suoraan pursotukseen Drafted Filleted Pad työkalulla tai käyttää Draft työkaluja erikseen. CATIA sisältää muutaman Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 2
erilaisen Draft työkalun, jotka on sijoitettu valikkoihin Insert Dress Up Features ja Insert Advanced Dress Up Features. Erilliset Draft työkaluilla tehdyt piirteet ovat parempi vaihtoehto, koska piirteet tulevat tällöin selkeämmin esille piirrepuuhun. 5. Jos teet hellitykset suositellusti erillisinä piirteinä, kerää piirteet peräkkäin pursotusten, pursotettujen leikkausten yms. peruspiirteiden jälkeen. CATIAn piirrepuussa voi liikkua mallinnushistoriassa taaksepäin valitsemalla hiiren oikealla painikkeella piirrepuussa piirteen nimen päällä Define in Work Object. Aktiiviseen historiatasoon nähden jäljempänä olevat piirteet inaktivoituvat valinnan vaikutuksesta. Pursotuksia ja muita peruspiirteitä voi mallintaa hellitysten taakse kullakin hetkellä aktiiviselle tasolle. Aktivoi hellitykset aina silloin tällöin tarkistaaksesi, oletko muistanut kaikki tarvittavat seinämät. Hellityksiä voi mallintaa samalla lisää ja siirtyä sen jälkeen piirrepuun historiassa takaisin peruspiirteiden kohdalle. 6. Tutki, pystyykö kappaleen mittaamaan tarvittaessa jostain pyöristämättömästä nurkkakohdasta. Koska kaikki valukappaleen jakopinnoilta ylöspäin ja alaspäin suuntautuvat pinnat ovat hellitettyjä ja suurin osa nurkista on pyöristetty, mittauskohdat täytyy suunnitella huolellisesti. Jakopinnan kohdalla ja keernojen juurissa voi olla terävät eli ei pyöristetyt nurkat. Näitä kohtia tulisi käyttää rautalankapiirrosten pohjatasoina ja mittaamisen lähtötasoina. Harkitse mitoituskohdat erityisen huolellisesti siinä tapauksessa, että suunnittelet kahta tai useampaa toisiinsa sovitettavaa komponenttia. 7. Mallinna loput pursotukset yksi kerrallaan samalla periaatteella kuin edellisessä kohdassa, myös reiät pursotetaan. Muista periaate jakopintaan (tai rautalankapiirroksen pohjana olevaan tasoon) nähden pystysuuntaisten kaarevien muotojen mallintamisessa. 8. Jokaisen piirteen kohdalla on hyvä miettiä, kuinka se toteutetaan muotissa. Erityisesti tulee kiinnittää huomiota siihen, jatkaako uusi piirre muottipesän perusmuotoa vai tarvitaanko sitä varten erillinen kiinteä keerna. Kiinteän keernan tapauksessa valitaan, kummalle puolen muottipesää se kiinnitetään. Hellitykset mallinnetaan valinnan perusteella, mutta muista niiden ryhmittely, kuten edellä on mainittu. (Katso myös kuvat) 9. Pyöristä kaikki kulmat, jotka vaativat valuteknisen pyöristyksen. Käytä Edge Fillet työkalua. Jos mahdollista, mallinna kaikki pyöristykset peräkkäin. 10. Jos tarpeen, käytä Shell työkalua tehdäksesi tilavuusmallista kuoren. Tarkista kuoren sisäpuoliset nurkat ja pyöristä ne, jotka ovat jääneet teräviksi. Saatat huomata, että osa pyöristyksistä kannattaa siirtää Shell piirteen jälkeen, jotta saat kappaleen sisäpuolelle ja ulkopuolelle haluamasi suuruiset nurkkapyöristykset. 11. Mallinna valettavaan muotoon tulevat viisteet piirrepuuhun pyöristysten jälkeen viimeiseksi. 12. Tuleeko kappaleeseen koneistuksia? Mallinna koneistettaviin pintoihin työstövarat. Työstövarat asetetaan piirrepuuhun mahdollisimman ylös, mieluiten heti peruspiirteiden jälkeen ennen hellityksiä. 13. Tarkista lopputulos viimeistään tässä vaiheessa Draft Analysis työkalulla. Draft Analysis työkalu laskee kappaleessa olevat hellitykset ja näyttää tuloksen väreinä. Jos kappaleessa on väärään suuntaan hellitettyjä, hellittämättömiä tai satulamaisia pintoja, etsi syy ja korjaa ongelma. Korjaa myös kaikki unohtamasi pinnat. Satulamaiset pinnat ovat kahteen suuntaan hellitettyjä pintoja, joissa ei ole selkeää nurkkakohtaa suunnan vaihtumisen kohdassa. 14. Jos kappaleessa oli koneistettavia pintoja, mallinna koneistukset piirrepuuhun viimeiseksi. Mallinna koneistetut muodot leikkaamalla ne kappaleen mallista pois. Mallinna myös ruuvikantojen taskut ja mahdolliset koneistettavat viisteet. Tällaiselta valmis kappale tulee näyttämään. 15. Kun kappaleesta tehdään mittapiirroksia eri valmistusvaiheita varten, ne on helppo toteuttaa rullaamalla piirrepuu oikealle kohdalle tai inaktivoimalla piirustuksessa tarpeettomat yksityiskohdat. Piirustuksesta tulee selvempi, jos hellitykset ja pyöristykset eivät ole näkyvissä. Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 3
Esimerkiksi: a. Valettavan kappaleen mittapiirros laaditaan rullaamalla piirrepuu koneistusvarojen ja hellitysten väliin. Hellitykset merkitään mittapiirrokseen piirrosmerkeillä, ei hellityksiä mitoittamalla. b. Koneistuspiirustukseen ei oteta pyöristyksiä mukaan. Pyöristykset merkitään nurkkien tilaa osoittavilla piirrosmerkeillä. c. Jakolinjat merkitään niitä varten olemassa olevilla piirustusmerkeillä. Kuva 1 Kappale, jossa on läpireikä, pohjareikä ruuvitornissa sekä kappaleen taustapuolelta keernoitettu kotelomainen muoto. Läpireiän keernan voi kiinnittää kumpaan muottipuoliskoon tahansa. Pohjarei ille ja kotelomuodoille ei ole kuin yksi kiinnitysmahdollisuus ja yksi mahdollinen hellityssuunta. Kuva 2 Eräs mahdollinen muottikonstruktio edellisen kuvan kappaletta varten. Kotelomuotoa varten on tehty erillinen kiinteä keerna. Läpireikä on keernoitettu samalta puolelta kuin kotelomuoto käyttäen suoraan muottipesään työstettyä keernamuotoa. Ruuvitornissa oleva reikä on keernoitettu keernatapilla muotin kiinteältä puolelta. Ruuvitornista tulee juuresta hyvin tukeva, koska hellitykset ovat eri suuntiin tornin ulkopuolella ja sisäpuolella. Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 4
Tavoitteet oppimiselle - Tilavuusmallinnuksen perusteet. Kuinka päästään alkuun. - Ruiskuvalu ja painevalukappaleiden suunnittelun peruslogiikka ja käsitteet: jakotaso, hellitys, nurkkapyöristys, mitoituksen perustaso - Oikea mallinnusjärjestys: Ensin piirteet peräkkäin, sen jälkeen hellitykset, sen jälkeen pyöristykset ja viimeiseksi viisteitykset, jos ne kuuluvat valettavaan muotoon. Koneistettavaan muotoon kuuluvat viisteet mallinnetaan koneistettavan kappaleen malliin. Opiskeltavat CAD työkalut ovat perustyökaluja, kuten: Piirros: Line, Axis Line, Midpoint, Circle, Relaatiot Sketch objektien välillä Piirteet: Pad, Pocket, Chamfer, Draft ja Edge Fillet Muotti: Draft analysis Arviointi Hylätty Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla Hyväksytty Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla 2 asteen hellitys oikeissa paikoissa ja oikeisiin suuntiin Sopiva pyöristys oikeissa nurkissa Esitettyä mallinnusjärjestystä on noudatettu niin pitkälle kuin mahdollista Erinomainen Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla Kappaleen valmistusmateriaali on valittu ja hellitys on mallinnettu valinnan perusteella Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa Esitettyä mallinnusjärjestystä on noudatettu niin pitkälle kuin mahdollista Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 5
CAD pikaopas Näillä työkaluilla mallinnetaan rautalankapiirros muiden työkalujen pohjaksi. Sketch Insert Sketch Based Features Pad Pursottaa rautalankamallilla hahmotettua muotoa määritetyn matkan määritettyyn suuntaan. Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 6
Insert Sketch Based Features Pocket Pursottaa rautalankamallia määritetyn matkan määritettyyn suuntaan leikaten reiän pursotuksen kohdalle. Insert Dress Up Features Shell Tekee tilavuusmallista kuoren, jolla on parametrina annettu seinämänpaksuus. Valitsemasi seinämät poistetaan. Jos yhtään seinämää ei ole valittu, lopputulos on ontto tilavuuskappale. Insert Dress Up Features Chamfer Tekee viisteen tilavuusmallissa olevaan nurkkaan. Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 7
Insert Dress Up Features Draft Kallistaa valitut seinämät parametrina annettuun hellityskulmaan. Kulman voi asettaa joko nurkan tai pinnan suhteen. Insert Dress Up Features Edge Fillet Pyöristää tilavuusmallissa tai pintamallissa olevan nurkan. 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. Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 8
Päivitetty 31.3.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 1 Sivu 9