Muotin CAD suunnittelun vaiheet Tuula Höök Tampereen teknillinen yliopisto Muotin suunnittelu on yksi vaihe uuden tuotteen valmistamisessa tarpeellisten suunnittelu ja tuotantovaiheiden ketjussa. Ketjun muita vaiheita ovat tuotesuunnittelu, prototyypin valmistaminen, laadun todentaminen, tuotteen ominaisuuksien selvittäminen ja tuotannon ylösajo. Valettu tuote ei useimmiten ole yksi yksittäinen tuote, vaan jonkin tuotekokoonpanon osa. Ruiskuvaletun tuotteen suunnittelun vaiheet voidaan esittää jaoteltuna seuraavalla tavalla 1. Samat vaiheet kuvaavat hyvin myös painevaletun ja useilla muillakin valumenetelmillä valmistetun tuotteen suunnittelua. Loppukäyttäjän tarpeiden määrittäminen Konseptisuunnittelu, ensimmäiset luonnokset Alustava materiaalin valinta Kappaleen muotoileminen siten, että materiaalin valinta on otettu huomioon Lopullinen materiaalin valinta Muotoilun mukauttaminen valmistusmenetelmän vaatimuksiin Prototyypin valmistaminen Työkalujen valmistaminen Tuotanto Vaiheet ovat perinteisesti olleet erillisiä. Yhden vaiheen lähtötietojen on ajateltu olevan edeltävän suunnitteluvaiheen tulosta. Tällainen ajattelumalli sisältää oletuksen, että kunkin vaiheen suunnitelmat ovat täydellisiä: Edellisen vaiheen suunnitelman on oltava viimeistelty ja loppuun asti hiottu, ennen kuin se voidaan syöttää seuraavaan vaiheeseen. Useissa vaiheessa tehdään monimutkaisia teknisiä ja muotoilullisia ratkaisuja, joilla on vaikutusta toisaalle sekä eteen että taaksepäin. Perinteinen suunnittelumalli pakottaa insinöörit ja muotoilijat käymään lukuisia pitkiä neuvotteluja ja sen lisäksi joudutaan tekemään ratkaisuja olettamusten pohjalta. Riippumatta siitä, kuinka paljon neuvotteluja käydään, olettamuksille perustuvat päätökset eivät voi tuottaa täydellistä lopputulosta. Nykyisin vaiheet nähdään osin päällekkäisinä. Puhutaan rinnakkaissuunnittelusta (Concurrent Engineering). Rinnakkaissuunnittelulla voidaan ainakin teoriassa poistaa olettamukset, koska samanaikaisesti työskentelevät insinöörit havaitsevat todellisia olemassa olevia ongelmia. Valmistusnäkökohdat huomioiva suunnittelu Muotin suunnittelija saa tuotteen suunnittelutiedostot pääasiassa kappaletta tilaavan yrityksen suunnittelijoilta. Ennen kuin kappaleesta on tullut prototyyppivalmistusta ja työkalujen valmistusta ajatellen riittävän viimeistelty, on käyty läpi useita suunnitteluvaiheita. Muotin suunnittelijan näkökulmasta tärkein vaihe on ollut se, jossa tuotemuotoilu on mukautettu valmistuksen vaatimuksiin. Valimo antaa tavallisesti luvan muotin suunnittelun aloittamiseen heti sen jälkeen, kun valmistettavuuteen (valettavuuteen) liittyvät yksityiskohdat on käyty läpi ja mahdolliset puutteet korjattu. 1 Malloy, R. A. Plastic part design for injection moulding, Hanser, Germany, 1994 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 1
Muotin suunnittelija voi neuvoa kappaleen suunnittelijaa muotoilemaan tuotetta siten, että muotin valmistaminen on mahdollisimman halpaa ja helppoa. Jotta kappaleen suunnittelija ei joutuisi toteuttamaan useita muutos ja korjausvaiheita, muotin suunnittelijan ja valuyrityksen tuotantohenkilöstön tulisi käydä neuvotteluja hänen kanssaan mahdollisimman aikaisessa vaiheessa. Muotin suunnittelijan, kappaleen suunnittelijan ja valuyrityksen kolmikantayhteistyö ei ole ainoa mahdollinen järjestely. Yhteistyö voidaan toteuttaa useilla muillakin tavoilla. Jotkin tuotteita suunnittelevat yritykset antavat kaiken tuotteen kustannustehokasta muotoilua koskevan päätäntävallan muotin suunnittelijoille, jotkin kappaleen valmistajille ja jotkin pitävät kaiken päätäntävallan itsellään. Jotkin yritykset konsultoivat mieluiten prototyyppivalmistajia. Ruisku ja painevalukappaleiden valmistusnäkökohdat huomioiva muotoilu sisältää seuraavien yksityiskohtien tarkistamisen ja viimeistelyn: Päästökulmat, vastapäästöt ja jakolinjan paikan valinta Syöttökohta ja toivotut/ei toivotut paikat yhtymäsaumoille Kutistuma, sisäiset jännitykset ja rasitusmurtumat Sisä ja ulkonurkkien pyöristykset Erot seinämänpaksuuksissa Rivoitusten ja tornien muotoilu Suunnittelu yleisesti siten, että kappale on helposti valettava ja muotti helposti valmistettava Ulostyöntimien paikat Pinnanlaatu Kappaleen suunnittelija on useimmiten hyvin perillä perusteista, kuten päästökulmista, rivoituksen leveys korkeus suhteesta, nurkkapyöristyksistä ja seinämänpaksuuserojen minimoinnista. Kokeneet suunnittelija osaavat näiden lisäksi huomioida muotin valmistuskustannukset ja muotoilla kappaleen siten, että muotti on mahdollisimman helppo valmistaa. Kaikissa lueteltuihin yksityiskohtiin saa parhaan opastuksen muotin suunnittelijoilta ja valuyritysten tuotantohenkilöstöltä. On erittäin tärkeää neuvotella ja toimia yhteistyössä eri osapuolten kanssa, mutta kyse ei ole pelkästään tiedon jakamisesta tietämyksen muodossa. Suunnittelijoiden välillä liikkuu tietoa myös 3D CAD mallinnustiedostoina. Ajatusten vaihtaminen ja muokkaaminen on helppoa, mutta 3D CAD mallinnustiedostojen muokkaaminen ei enää olekaan yhtä helppoa. Ne täytyy mallintaa oikealla tavalla alusta lähtien. Mallinnustiedostoihin liittyviä ongelmia käsitellään seuraavissa kappaleissa. Muotin 3D CAD suunnittelu 3D CAD mallit ovat assosiatiivisia, parametrisoituja, piirrepohjaisia ja järjestyneitä. Assosiatiivisuus tarkoittaa, että mallin yhteen objektiin tehdyt muutokset päivittyvät automaattisesti kaikkiin sidoksissa oleviin objekteihin. Mallin parametrisuus tarkoittaa, että kukin mallinnusobjekti (piirre) luodaan parametreilla, joita voi muuttaa missä mallinnuksen vaiheessa tahansa. Tilavuusmallin nurkkapyöristys on esimerkiksi tuotettu tietyllä säteellä ja päätymuotoilulla. Molempia parametreja voi muuttaa myöhemmin, vaikka malliin olisi tehty pyöristysobjektin jälkeen lukuisia muita objekteja. Piirteet ovat mallin pienimpiä rakennuspalikoita. Malli voi koostua esimerkiksi pursotetusta pohjasta, pursotetusta tornista, pursotetuista rei istä ja ryhmästä nurkkapyöristyksiä (Kuva 1). Piirteiden järjestyksellä on suuri merkitys. Jos malli koostuu esimerkiksi pohjasta ja sen päälle mallinnetusta tornista, on mahdotonta siirtää tornia mallinnuspuussa pohjan edelle. Pohjan ja tornin välillä on mallinnusjärjestykseen sidoksissa oleva riippuvuussuhde. (Kuva 1) Jos jokin sidosten kautta järjestäytyneistä piirteistä tuhotaan joko vahingossa tai tarkoituksella, malli häviää kokonaan tai tuottaa sarjan päivitysvirheitä. Piirteiden väliset sidokset ja järjestys on melko helppo havaita yhdestä mallinnustiedostosta koostuvassa mallissa. Jos malli koostuu useista 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 2
tiedostoista tai jos piirteet ovat hyvin monimutkaisia, käy usein niin, että viattomalta vaikuttava muutos yhtäällä aiheuttaa pitkän sarjan hankalasti korjattavia ja hankalasti ennakoitavia päivitysvirheitä toisaalla. Muottikokoonpano on tyypillinen esimerkki mallinnustiedostosta, jossa on monimutkaisia piirteitä ja tiedostoketjuja. CAD järjestelmien välillä on eroja, kuinka hyvin ne pystyvät päivittämään tiedostoketjuja. Kuvassa kolme on esimerkki tiedostoketjuista. Suunnittelijoiden tulisi voida luottaa siihen, että CAD järjestelmä päivittää esimerkiksi kappaleessa olevaan pyöristyssäteeseen tehdyn muutoksen luotettavasti ketjun kaikkiin tiedostoihin. Muutoksen tulisi kopioitua automaattisesti muottipesien malleihin, keernojen malleihin ja esimerkiksi malleihin, joita käytetään CAM ohjelmoinnissa. 1 2 3 4 5 6 Kuva 1. Piirteitä, joista muodostuu yksinkertainen kappale. Piirre numero 2 on perustettu piirteen 1 yläpinnalle ja piirre numero 3 piirteen 2 yläpinnalle. Piirteillä 4, 5, 6 ja 7 on samanlaisia suhteita edeltäviin piirteisiin. Piirteiden väliset suhteet järjestävät ne ja tekevät samalla mahdottomaksi siirtää piirteitä mihin tahansa järjestykseen. Piirteiden kokoa ja muotoa voi muuttaa muuttamalla niiden pohjana olevien parametrien arvoja. Esimerkiksi piirteen 2 korkeuden voi muuttaa yhdellä parametrilla. Kuva 2. Piirteen, jolla on riippuvuussuhteita muiden piirteiden kanssa, tuhoaminen aiheuttaa tavallisesti ei toivottuja sivuvaikutuksia. Kuvan esimerkissä on tuhottu mallinnuspuun ensimmäinen piirre. Esimerkkikappale on sama kuin edeltävässä kuvassa. Ensimmäisen piirteen lisäksi on hävinnyt tornin keskellä ollut reikä, vaikka sillä ei vaikuta olevan mitään suhdetta muualle kuin torniin itseensä. 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 3
Kappaleen malli Kappaleen mallista tehty pesä keernoineen Keernojen mallit Puolet liikkuvasta keernasta Muottipesä Kiinteät keernat Koko liikkuva keerna Kuva 3. Mallinnustiedostojen ketju. Kappaleen malli on ketjun ensimmäinen elementti. Se korvaantuu seuraavassa vaiheessa keerna ja pesäpinnoilla, joilla leikataan muottilaatat ja valmistetaan kiinteän ja liikkuvan puolen pesät erillisiin tiedostoihin. Esimerkissä käytetyssä ohjelmassa (SolidWorks) muottipesien malleja kehitetään edelleen leikkaamalla liikkuvat ja kiinteät keernat irti ja tallentamalla ne jälleen erillisiin tiedostoihin. Liikkuva keerna koostuu kahdesta puolikkaasta, jotka yhdistetään ja tallennetaan uuteen tiedostoon. Lopputuloksena on ketju, jossa on neljä mallinnustiedostoa. Jos kappaleen malliin tehdään muutoksia, suunnittelijan on oltava varma, että muutokset päivittyvät tiedostojen ketjussa eteenpäin. Muotin suunnittelun vaiheet ovat suunnilleen samat käytetystä CAD ohjelmistosta riippumatta. Kun kuvassa 3 jo lueteltuja vaiheita täydennetään, saadaan seuraava luettelo: Kappaleen skaalaaminen kutistumaa vastaavalla kertoimella Jakopinnan mallintaminen Muotin keerna ja pesäpintojen erottaminen kappaleen mallista Muottipaketin mallintaminen Muottilaattojen leikkaaminen keerna ja pesäpinnoilla, jolloin laattoihin muodostuu liikkuvan ja kiinteän puolen muottipesä Kiinteiden (erillisten) ja liikkuvien keernojen erottaminen muottilaatoista Ulostyöntötappien ja muiden standardikomponenttien mallintaminen Jäähdytyskanavien ja täyttöjärjestelmän mallintaminen Komponenttien muokkaaminen CAM ohjelmointia varten. 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 4
Markkinoilla on useita erilaisia CAD järjestelmiä eikä aina ole mahdollista käyttää samaa ohjelmistoa sekä kappaleen että muotin suunnitteluun. Useimmiten kappaleen suunnittelija tallentaa kappaleen mallin jossakin neutraaliformaatissa, joita ovat IGES ja sen variantit VDA FS ja VDA IS, STEP sekä mallinnusydintiedostot Parasolid ja ACIS. Neutraaliformaatissa olevaa tiedostoa voi käyttää muotin suunnittelussa aivan kuin ohjelmiston omaa natiiviformaattia sillä erotuksella, että sen pohjana olevia piirteitä ei voi muokata. Neutraali tallennusmuoto hukkaa kaiken suunnittelutiedon: piirteet, parametrit ja piirteiden väliset suhteet. Neutraaliformaatissa oleva malli on yksi yksittäinen tilavuus tai pintamalli, jolla on sama muoto kuin alkuperäisellä tiedostolla, mutta ei muokattavia elementtejä. Joissakin CAD ohjelmistoissa on työkaluja, jotka tunnistavat auttavasti neutraalimuotoisten tiedostojen piirteitä. Piirteiden tunnistamisen työkalut eivät kuitenkaan ole vielä niin hyvällä tasolla, että niitä voisi ongelmitta käyttää esimerkiksi valukappaleille tavanomaiseen päästökulmien muokkaamiseen. Rinnakkaissuunnittelun ajatuksille perustuvat suunnittelun organisointimallit rohkaisevat tekemään muutoksia vielä hyvin myöhäisessä suunnitteluprosessin vaiheessa. Jos kappaleen malli on lähetetty muotin suunnittelijalle neutraaliformaatissa, muutokset pakottavat useimmiten aloittamaan muotin suunnittelun kokonaan alusta. On itsestään selvää, etteivät muotin suunnittelijat tässä tapauksessa halua tilaajan esittävän muutoksia. Jos kappaleen suunnittelijalla ja muotin suunnittelijalla on samat ohjelmistot, muutosten esittäminen muotin suunnittelun jo alettua voi vaikuttaa mahdolliselta. Tavallisesti näin ei kuitenkaan ole. Mallinnustiedostojen assosiatiivisuudesta ja piirteiden järjestyksestä johtuen on mahdollista, että pieni muutos kappaleen mallissa sotkee muotin suunnittelijan mallinnustiedostot siten, että korjaamiseen menee tunteja tai jopa päiviä. On parempi, ettei muutoksia tule ollenkaan. Jotta muotinsuunnitteluprojekti saataisiin menemään läpi mahdollisimman lyhyessä ajassa, on parempi, että kappaleen mallista tehdään niin hyvä kuin mahdollista ja jäädytetään se heti sen jälkeen, kun lupa muotin suunnittelun aloittamiselle on annettu. Jos myöhemmin valmistetaan prototyyppi tai koemuotti, muutokset voidaan toteuttaa näistä saatujen kokemusten pohjalta ennen kuin tuotantotyökalujen suunnittelu aloitetaan. Muussa tapauksessa kappaleen tilaaja voi joutua kattamaan ylimääräisiä, viivästyksestä tai muotin suunnittelun uudelleen aloittamisesta johtuvia kustannuksia. Muotin suunnittelun vaiheet yksityiskohtaisesti 1. Kappaleen mallin skaalaaminen kutistumaa vastaavalla kertoimella Valetut kappaleet kutistuvat jäähtyessään ulostyöntölämpötilasta huoneenlämpötilaan. Muottipesä tehdään mitoiltaan hieman suuremmaksi kuin mitkä ovat halutut mitat kappaleessa. Tällä tavoin kompensoidaan kutistumisen aiheuttama mittojen pienentyminen. Kutistumakerroin riippuu valettavasta materiaalista. Se on metalliseosten painevalussa tavallisesti luokkaa 0,3 0,8 % ja muovien ruiskuvalussa luokkaa 1 2 (3) %. On suositeltavampaa skaalata kappaleen malli kuin myöhemmissä vaiheissa mallinnettavat keernaja pesäpinnat. On mahdollista, että skaalaus aiheuttaa pientä epätarkkuutta eivätkä pinnat enää myöhemmin sovi aivan täydellisesti yhteen. 2. Jakopinnan mallintaminen Kappale mallinnetaan siten, että siinä on päästökulmat, jotka vaihtavat suuntaa kappaleen ympäri ulottuvalla yhtäjaksoisella linjalla. Linjaa kutsutaan jakolinjaksi. Useimmiten on mahdollista mallintaa tasomainen pinta, joka kulkee jakolinjan kautta. Tuo tasomainen pinta muodostaa muotin jakopinnan eli kiinteän ja liikkuvan muottipuoliskon välisen pinnan. 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 5
Yksinkertaisimmillaan jakolinja seuraa kauttaaltaan tasomaista jakopintaa (Kuva 4). Monimutkaisemmissa kappaleissa jakolinja etenee pääosin yhdellä tasolla, mutta siirtyy joissain kohdin tason ylä tai alapuolelle. Jakopinnan tasomaisen osan ja jakolinjan väliin jäävät aukot täytetään pintalapuilla (Kuva 5). Joihinkin kappaleisiin ei voi mallintaa tasomaista jakopintaa ollenkaan. Muotti täytyy tällöin jakaa kaarevalla tai porrastetulla jakopinnalla. Aina tulisi kuitenkin pyrkiä suunnittelemaan kappale siten, että se voidaan valmistaa muotilla, jossa on tasomainen jakopinta. Kuva 4. Kauttaaltaan tasomainen jakopinta. Jakopinta Jakolinja Kuva 5. Kappale, jossa jakolinja etenee välillä jakopinnan yläpuolella. Jakolinjan ja jakopinnan tasomaisen osan väliin jäävään kohtaan mallinnetaan tangentiaalinen pintalappu. 3. Muotin keerna ja pesäpintojen mallintaminen Muotin suunnitteluun tarkoitetuissa CAD ohjelmistoissa on tavallisesti työkalu, jolla muotin keerna ja pesäpinnat voi tuottaa automaattisesti. Keernapinta on pinta, jolla leikataan muotin liikkuvan puoliskon muottipesä muottilaattaan. Pesäpinta on pinta, jolla leikataan muotin kiinteän puoliskon muottipesä muottilaattaan. Jotkin CAD ohjelmistot erottavat myös liikkuvien keernojan pinnat. Näillä pinnoilla muotoillaan liikkuva keerna. Kuva 6. Vasemmalla: Muotin keernapinta (vihreä pinta alla) ja pesäpinta (punainen pinta päällä) yhdessä jakopinnan kanssa (harmaa pinta). Oikealla: Kappale alapuolelta. 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 6
4. Muottipaketin mallintaminen Muottipaketti on muottilaatoista koostuva kokoonpano, johon muottipesät ja kaikki muutkin osat kiinnitetään tai työstetään. Muottilaatat ovat tietyillä valmistajakohtaisilla standardimitoilla valmistettuja osia, standardiosia. Muottipaketti on muotin runko. Useissa muotin suunnitteluun tarkoituissa CAD järjestelmissä on sisään rakennettu muotin standardiosakirjasto, josta kaikki muottipaketin osat haetaan. Jos CAD ohjelmistossa ei ole kirjastoa, osat täytyy mallintaa itse tai hakea jostakin ulkopuolisesta CAD kirjastosta. Osa standardiosien valmistajista jakaa muottilaattojen mallit CD tai DVD ROM muodossa. Suurimmat valmistajat, kuten D M E, Hasco ja Strack tekevät yhteistyötä CAD ohjelmistojen valmistajien kanssa sekä julkaisevat mallit web pohjaisissa standardiosakirjastoissa. Kuva 7. Muottipaketin osat. Fixed cavity plate = kiinteän puolen muottilaatta; Moving cavity plate = liikkuvan puolen muottilaatta; Clamping plate = kiinnityslaatta; Back plate = takalaatta (tukilaatta); Ejector set = ulostyöntöpaketti; Riser = sivukisko (paranelli) 5. Muottilaattojen leikkaaminen keerna ja pesäpinnoilla tavoitteena muodostaa laattoihin muottipesät Aikaisemmin mallinnetuilla keerna ja pesäpinnoilla leikataan muottilaatat tai vapaasti muotoillut aihiot, jotka myöhemmin liitetään muottilaattojen malleihin. Toimenpiteen jälkeen muottilaatoissa on kappaleen muotoiset syvennykset eli muottipesät. (Katso kuvat alla.) Kuva 8. Vasemmalla: Vapaasti muotoiltuun aihioon leikattu kiinteän puolen muottipesä.leikattu pesäpinnalla. Oikealla: Liikkuvan puolen muottipesä. Leikattu vapaasti muotoiltuun aihioon keernapinnalla. Aihiot liitetään muottilaattojen malleihin yksinkertaisella boolean operaatiolla. Toinen vaihtoehto on leikata muottilaatat suoraan. 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 7
6. Kiinteiden ja liikkuvien keernojen irrottaminen muottilaattojen malleista Toisinaan muottipesän muodot on hankala koneistaa millään tavanomaisella työstömenetelmällä. Hankalat muodot erotetaan muottilaatan mallista ja ne valmistetaan kiinteinä keernoina erillisistä kappaleista. Tyypillinen esimerkki kiinteästä keernasta on keernatappi, jota käytetään haluttaessa muotoilla kappaleeseen kapea ja syvä reikä. Eri CAD ohjelmistoissa on erilainen logiikka ja erilaiset työkalut liikkuvien keernojen mallintamiseen. Periaatteessa liikkuva keerna muotoillaan niillä kappaleen pinnoilla, jotka muodostavat muottiin vastapäästön. a) b) c) d) Kuva 9. Keernojen erottaminen muottilaattojen malleista. a) Liikkuvaa keernaa leikataan pinnalla irti muottilaatta aihion mallista. b) Muottilaatan mallista erotetaan kiinteä keerna omaksi kappaleekseen. Muottipesä on hankala työstää, jos keerna jätetään osaksi työstettäviä muotoja. c) Muottilaatan mallista erotetaan pitkä ja kapea, levymäinen keernamuoto omaksi kappaleekseen. Muoto voitaisiin periaatteessa valmistaa myös työstämällä se suoraan muottipesään. Kapeat kohdat ja pienisäteiset nurkat kuumenevat ja altistuvat kulutukselle valun aikana. On huomattavasti helpompaa ja halvempaa vaihtaa pelkkä keerna kuin valmistaa uudelleen kokonainen muottilaatta tai insertti. d) Keernatappi erotetaan lähes aina omaksi kappaleekseen. 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 8
7. Ulostyöntötappien ja muiden standardiosien mallintaminen Jos CAD ohjelmistossa on sisään rakennettu standardiosakirjasto, kaikki tavallisimmat standardiosat haetaan sieltä ja liitetään osaksi muottikokoonpanoa. CAD ohjelmistoissa voi olla suunnittelua helpottavia automaattitoimintoja, kuten esimerkiksi asennusreikien leikkaaminen pelkällä parametrin asettamisella. 8. Jäähdytyskanavien ja täyttöjärjestelmän mallintaminen Ruiskuvalumuotin täyttöjärjestelmä (kanavisto) on yksinkertainen verrattuna painevalumuotin täyttöjärjestelmään. Joissakin CAD ohjelmistoissa on piirrekirjasto, joilla portin ja kanavat pystyy mallintamaan helposti, tehokkaasti ja nopeasti vain muutaman parametrin asetuksella. Suunnittelija mallintaa viivat, joita pitkin jakokanavisto tulee kulkemaan, valitsee valuporteille sopivat paikat, valitsee porttityypin, mitoittaa sen ja ohjelmisto tekee loput automaattisesti. Jäähdytyskanavat voi mallintaa samalla tavoin. Kuva 10. Vasemmalla: Ruiskuvalumuotin jakokanavat ja suorakulmainen portti jakotasolla. Oikealla: Ruiskuvalumuotin tunnelikanava. Painevalumuotin valujärjestelmä on moni mutkainen. Se täytyy mallintaa piirre piirteeltä manuaalisesti, koska automaattisia työkaluja ei ole saatavilla. CAD ohjelmistossa on hyvä olla helppokäyttöiset ja toimivat työkalut poikkileikkaukseltaan muuttuvan pinnan tai tilavuusobjektin pursottamiseen. Kuva 11. Painevalumutoin suunnattu tangenttikanava. Porttikanavan poikkipinta ala pienenee portin täytettävän osan ja virtauskulman suhteessa.muoto on monimutkainen. Jäähdytyskanavat voivat olla yksinkertaisia, muottilaatan läpi porattuja ja joistakin kohdin tulpattuja reikiä. Ne voivat olla myös monimutkaisia järjestelmiä, joissa on vaaka ja pystysuoria porauksia ja virtausta ohjaavia standardikomponentteja. Jos CAD ohjelmistossa on standardiosakirjasto, tavallisimmat osat löytyvät sieltä. Jäähdytyskanavissa tarvitaan tulppien ja virtausta ohjaavien komponenttien lisäksi erilaisia liitoskomponentteja, joilla kanavat yhdistetään jäähdytysainetta virtauttavaan koneeseen. Virtausta ohjaavat komponnetit pyörteyttävät, suuntaavat tai paineistavat jäähdytysainetta, esimerkiksi keernojen sisällä 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 9
9. Osien muokkaaminen CAM ohjelmointia varten Muottilaatat, keernat ja pesäinsertit käyvät läpi useita valmistusvaiheita erilaisilla työstökoneilla. Voi olla tarpeen tallentaa työstettävän kappaleen malli eri versioina eri työstövaiheiden ohjelmointia varten. Jos kappaleelle tulee esimerkiksi lankasahausta, lankasahattavat muodot erotetaan muista muodoista, malli tallennetaan ja lähetetään lankasahan käyttäjälle CAM ohjelmointia varten. Jos kappaleeseen tulee jyrsintää, malli voidaan joutua muokkaamaan erikseen rouhintakoneistusta ja viimeistelyvaiheita varten. Eri tyyppisillä porakoneilla, esimerkiksi tavallisella ja syvän reiän poraukseen käytettävällä koneella, voi olla erilaisia vaatimuksia mallinnustiedon suhteen. Yksi ongelmakenttä koskee versioiden tuottamista. Toinen ongelmakenttä koskee versioiden ylläpitoa ja järjestämistä monen käyttäjän ympäristöä varten. CAD järjestelmissä on työkaluja mallinnustiedon hallintaan. Tietokoneavusteinen suunnittelu (Computer Aided Engineering, CAE) Computer aided engineering (CAE) tarkoittaa erilaisten ohjelmistojen hyödyntämistä perinteisten insinöörityön ongelmien ratkaisemiseksi. Esimerkkejä ovat lujuuslaskenta ja koneiden dynaaminen käyttäytyminen. Valukappaleiden ja muottien suunnittelijat ovat kiinnostuneita esimerkiksi muotin täyttymisestä, kappaleen jäähtymisestä muotin sisällä, kappaleeseen muodostuvasta mikrorakenteesta, vääntymien ennustamisesta ja kappaleen mekaanisista ominaisuuksista. Valettujen kappaleiden suunnittelijoiden tärkeimmät CAE työkalut ovat valunsimulointiohjelmistoja. CAE ohjelmistot käyttävät joko finite element menetelmää (FEM) tai finite difference menetelmää (FDM). Kappaleen malli siirretään useimmiten STL muotoisena. STL malli koostuu pienistä kolmion muotoisista pintalapuista. Se on tiedostomuoto, joka on kehitetty erityisesti CAE ohjelmistoja ja rapid prototyping koneiden ohjelmointia varten. Se ei välttämättä ole oikea tiedostomuoto kappaleen muotoilussa ja muotin valmistuksessa tarvittavien kauniiden tasaisten pintojen tuottamiseen, mutta sopii hyvin insinöörilaskennan tarpeisiin. Osa CAE ohjelmistoista lukee myös muita neutraalimuotoisia tiedostoja, tavallisesti IGES tai STEP tiedostoja, mutta STL on kuitenkin tavallisin. FEM ja FDM ohjelmistot muokkaavat STL tiedostosta erityisen solmurakenteisen verkkomallin, jonka pohjalta laskenta tehdään. STL tiedostoa ei käytetä suoraan. Kokonainen muottikokoonpano on CAE laskentaa varten liian laaja kokonaisuus ja kappaleen malli liian suppea. Minimissään CAE ohjelmisto tarvitsee kappaleen mallin ja kanaviston mallin. Jos kappaleen jäähtymistä halutaan tarkastella yksityiskohtaisemmin, laskentaohjelmaan syötetään myös jäähdytyskanaviston malli. CAE järjestelmät ovat tulleet aikaisempaa helppokäyttöisemmiksi. Edeltävä ohjelmistosukupolvi vaati käyttäjää mallintamaan suuren osan kappaleen ja kanaviston geometriasta ohjelmiston omin työkaluin. Nykyiset ohjelmistot lukevat neutraalimuotoisia tiedostoja ja käyttäjän tehtäväksi on jäänyt parametrien syöttäminen ja tulosten odottelu. Lähteet Malloy, R. A. Plastic part design for injection moulding, Hanser, Germany, 1994 Menges, G., Michaeli, W., Mohren, P. How to make injection molds, 3 rd edition, Hanser, Germany, 2000 Schoonmaker, S. J. The CAD Guidebook A Basic Manual for Understanding and Improving Computer Aided Design, Marcel Dekker, USA, 2002 27/10/2009 Muotin CAD suunnittelun vaiheet 10