Tilavuusmallinnus 3, pyöräytettyjä,sweepattuja ja loftattuja kappaleita Tuula Höök Tampereen Teknillinen Yliopisto Tapani Honkavaara Teknillinen korkeakoulu Ota piirustus solids_3_x.pdf. Käytä piirustuksessa annettuja mittoja ja tuota niiden pohjalta teknisesti hyvälaatuinen kestomuottivalukappale, joka tulee voida valmistaa kahteen osaan jaettavalla muotilla. Kappale muotoillaan tilavuusmallinnustyökaluilla loftaamalla, sweeppaamalla tai pyöräyttämällä. Jotta kestomuottiin valettava kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: CAD työkalut harjoituksessa Tilavuusmallinnus 3 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 Swept Loft Revolved Thin Wall Draft Round Pintamallinnus Extruded Surface Muut Draft Face Analysis Jos kohtaat ongelmia työkalujen käyttämisessä, avaa SolidEdge Help ja yritä löytää ratkaisu sen avulla. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 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 sopiva työkalu muotojen toteuttamiseen. Vaihtoehtoina ovat loftaus, pyöräytys ja sweeppaus. Joissain tapauksissa myös pursotus olisi mahdollinen, mutta sitä ei käytetä. 2. Valitse jakotason paikka. Sen perusteella tehdään hellitykset suoraan loftattavaan, pyöräytettävään tai sweepattavaan muotoon. Mikäli pyörähdyssymmetrinen muoto asettuu siten, että sen symmetria akseli on jakotason suuntainen, muoto täytyy jakaa kahteen osaan ja hellittää osat erikseen (Kuva 1). Pyöräytettyä muotoa ei voi tässä tapauksessa käyttää suoraan. Loftattu tai sweepattu muoto voi asettua myös jakotason suuntaisesti tai jakotasoon nähden kaltevaan asentoon, kunhan huomaat tutkia, että kaarevan muodon lopussa on riittävä hellitys. Kuva 1 Nollahellitys jakotasolla. Jos mallinnat pyörähdyssymmetrisen kappaleen siten, että pyörähdysakseli on jakotason suuntainen, jakotason kohdalle jää hellittämätöntä pintaa. Kun kappale työnnetään ulos muotista, se laahautuu hellittämätöntä pintaa vasten ja naarmuuntuu. Muovikappaleet ovat erityisen herkkiä naarmuuntumiselle. Alumiinin painevalumuotin riittämättömästi hellitetyt pinnat takerruttavat helposti sulaa metallia itseensä, jolloin kappaleen irtoaminen vaikeutuu ja siihen muodostuu repeämiä tai muita, pienempiä pintavikoja. Kun alumiinitakertuma kasvaa riittävän suureksi, kappale ei irtoa muotista enää ollenkaan. Valmiiksi pyöräytetty muoto täytyy jakaa kahteen osaan ja hellittää osat erikseen. Pyörähdyssymmetrisen muodon hellittäminen ei välttämättä onnistu Draft työkalulla suoraan. Hellityksen voi esimerkiksi sweepata tai pursottaa. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 2
3. Aseta jakotason kohdalle jokin mallinnusohjelmiston perustasoista: Top, Right tai Front 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. 4. Mallinna aputaso(t) sweepattavaa tai loftattavaa muotoa varten. Jos mallinnusohjelman perustasoja on mahdollista käyttää, käytä niitä. 5. Mallinna tarvittavat rautalankapiirrokset valitsemillesi tasoille. Mallinna kaarevat muodot rautalankapiirroksiin tangentiaalisesti jatkuvina kaarina. Tarkista, että kaarevan muodon lopussa on riittävä hellitys, mikäli kaari päättyy ulostyöntösuuntaisesti (Kuva 2 ja Kuva 3). Voit jatkaa kaarta suoralla viivalla tai päättää kaaren siten, että sen keskipiste on päättymistason yläpuolella. Älä pyöristä perusmuotoja Round työkalulla. Käytä Round työkalua ainoastaan pienimpien, prosessoinnin tai muotin työstämisen helpottamiseksi pyöristettyjen nurkkien mallintamiseen. Mallinna rautalankapiirrokseen kaikki hellitykset, missä vain mahdollista. 6. Tee pyöräytetty, sweepattu tai loftattu muoto valmiiksi. Tarkista hellitykset Draft Face Analysis työkalulla. Kuva 2 Muodon yläreunassa tulee olemaan riittävä hellitys. Ulostyöntösuunta Ulostyöntösuunta Kuva 3 Yläreunassa ei ole lainkaan hellitystä, koska sivuseinämän kaaren keskipiste on samalla linjalla kappaleen yläreunan kanssa. Kaaren yläosan muotoa on jatkettu tangentiaalisella viivalla. Ylimääräiseksi jäävä osa kaarta leikataan pois. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 3
7. 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. 8. Harjoituskappaleen perusmuotoon voi kuulua pursotetuilla pinnoilla leikattavia muotoja. Mallinna pursotusta varten rautalankapiirros aputasolle tai jollekin mallinnusohjelman perustasoista. Pursotus lähtee etenemään rautalankapiirroksen pohjana olevan tason normaalin suuntaan. Pursotukseen voi asettaa SolidEdgessa kallistuskulman. Pursota pinta ja käytä Home Solids Cut työkalua tilavuusmallin leikkaamiseen. 9. Mallinna loput piirteet sopivin työkaluin. 10. Mallinna kaikkiin näihin loppuihin peruspiirteisiin hellitykset Draft työkalua käyttäen. Hellitykset ryhmitellään piirrepuuhun peräkkäin viimeisen peruspiirteen jälkeen. 11. Pyöristä kaikki kulmat, jotka vaativat valuteknisen pyöristyksen tai pyöristyksen koneistamista varten. Käytä Round työkalua. Ryhmittele pyöristykset peräkkäin hellitysten jälkeen. 12. Mallinna valettavaan muotoon tulevat viisteet piirrepuuhun pyöristysten jälkeen viimeiseksi. 13. Tarkista lopputulos Draft Face Analysis työkalulla. Draft Face 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. Satulamaiset pinnat ovat kahteen suuntaan hellitettyjä pintoja, joissa ei ole selkeää nurkkakohtaa suunnan vaihtumisen kohdassa. Tavoitteet oppimiselle Pyöräytys, sweeppaus ja loftaustyökalujen käyttö kestomuottivalun suunnittelussa. Ruiskuvalu ja painevalukappaleiden suunnittelun peruslogiikka ja käsitteet: jakotaso, hellitys, nurkkapyöristys, mitoituksen perustaso Hellityksen asettaminen seinämään rautalankamallin avulla. Nurkkapyöristyksen tekeminen rautalankamallin avulla. Tangentiaalisesti jatkuvat muodot rautalankamallissa. 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: Feature: Extruded, Sweep, Revolved, Loft, Draft, Round/Fillet Surface: Extruded Surface Mold: Draft Face Analysis Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 4
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 Rautalankapiirrokset on tehty tangentiaalisesti jatkuviksi Erinomainen Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla Kappaleen valmistusmateriaali on valittu ja hellitykset on valittu materiaalin perusteella Sopiva pyöristys oikeissa nurkissa Esitettyä mallinnusjärjestystä on noudatettu niin pitkälle kuin mahdollista Rautalankapiirrokset on tehty tangentiaalisesti jatkuviksi Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 5
CAD pikaopas Home Sketch Sketch Ryhmä työkaluja, joilla mallinnetaan rautalankapiirros muiden työkalujen pohjaksi. Home (Surfacing) Reference More Planes 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. Home Solids Extrude Pursottaa rautalankamallilla hahmotettua muotoa määritetyn matkan määritettyyn suuntaan. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 6
Home Solids Cut Pursottaa rautalankamallia määritetyn matkan määritettyyn suuntaan leikaten reiän pursotuksen kohdalle. Home Solids Add Sweep Tuottaa tilavuusmallin kuljettamalla suljettua rautalankapiirrosta suljettua tai avointa rautalankapiirrosta pitkin. Home Solids Add Loft Tuottaa tilavuusmallin kahden tai useamman rautalankapiirroksena, kappaleen nurkkina tai kappaleessa olevina tasopintoina annetun profiilin välille. Voit ohjata muodon rautalankapiirroksella, Home Solids Revolved Pyöräyttää suljetun profiilin akselin ympäri muodostaen siitä pyörähdyssymmetrisen tilavuusmallin. Voit käyttää akselina rautalankapiirroksessa olevaa viivaa tai apuviivaa (keskiviivaa). Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 7
Home Solids Thin Wall Tekee tilavuusmallista kuoren, jolla on parametrina annettu seinämänpaksuus. Valitsemasi seinämät poistetaan. Jos yhtään seinämää ei ole valittu, lopputulos on ontto tilavuuskappale. Home Solids Round nuoli Chamfer Tekee viisteen tilavuusmallissa olevaan nurkkaan. Home Solids Draft Kallistaa valitut seinämät parametrina annettuun kulmaan. Kulman voi asettaa joko nurkan tai pinnan suhteen. Home Solids Round Pyöristää tilavuusmallissa tai pintamallissa olevan nurkan. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 8
Tools Inspect Draft Face Analysis Show on/off Näyttää seinämät, joissa on parametrina annettua hellitystä suuremmat hellitykset, punaisella ja vihreällä värillä, hellittämättömät seinämät keltaisella ja satulaseinämät sinisellä värillä. Värit ovat ohjelmiston perusasetuksia. Käyttäjä voi muuttaa ne haluamikseen. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 3 Sivu 9