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: - 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. CAD työkalut harjoituksessa Tilavuusmallinnus 1 Piirros - Line - Centerline - Sketch fillet - Circle - Relaatiot Sketch objektien välillä Tilavuusmallinnus - Extrudes - Cuts - Thin Wall (Shell) - Chamfer - Draft - Round Muotti - Draft Face Analysis Jos kohtaat ongelmia työkalujen käyttämisessä, avaa Solid Edgen Help ja yritä löytää ratkaisu sen avulla. Päivitetty 30.3.2015 (T. Höök) Tuula Höök, Tapani Honkavaara Tilavuusmallin nus 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: 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. 3. Jaa suunniteltava kappale mielessäsi 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 Round työkalulla. Käytä Round työkalua ainoastaan pienimpien, prosessoinnin tai muotin työstämisen helpottamiseksi pyöristettyjen nurkkien mallintamiseen. 4. Pursota rautalankapiirros tilavuusmalliksi. Kestomuottivalukappaleeseen mallinnetaan hellitykset jakopinnalta ylös ja alaspäin. Käytä Draft työkalua. Päivitetty 30.3.2015 (T. Höök) Tuula Höök, Tapani Honkavaara Tilavuusmallin nus 1 Sivu 2
5. Kun olet tehnyt hellitykset erillisinä piirteinä, kerää ne kaikki peräkkäin pursotusten, pursotettujen leikkausten yms. peruspiirteiden jälkeen. Mikäli historiatiedot tallentava mallinnustapa on käytössä, voit siirtyä piirrepuussa hellityspiirteiden yläpuolelle (Kuva oikealla), jolloin ne lakkaavat olemasta aktiivisia. Jatka pursotusten mallintamista siten, että hellitykset on inaktivoitu. Aktivoi hellitykset aina silloin tällöin tarkistaaksesi, oletko muistanut kaikki tarvittavat seinämät. Historiatiedot tallentava mallintaminen on suositeltavaa, koska saatat tarvita mallia hellityksettömänä ja ilman Round työkalulla tehtyjä nurkkapyöristyksiä esimerkiksi piirustusten tekemiseen ja mahdollisesti myös alihankkijayhteistyön aikana. 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 pursotetun 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 Round työkalua. Jos mahdollista, mallinna kaikki pyöristykset peräkkäin. 10. Jos tarpeen, käytä Thin Wall työkalua tehdäksesi tilavuusmallista kuoren. Tarkista kuoren sisäpuoliset nurkat ja pyöristä ne, jotka ovat jääneet teräviksi. Saatat huomata, että osa pyöristyksistä kannattaa siirtää Thin Wall 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 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. 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. Päivitetty 30.3.2015 (T. Höök) Tuula Höök, Tapani Honkavaara Tilavuusmallin nus 1 Sivu 3
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. 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 30.3.2015 (T. Höök) Tuula Höök, Tapani Honkavaara Tilavuusmallin nus 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: - Sketch: Line, Centerline, Sketch fillet, Circle, relaatiot Sketch objektien välillä - Feature: Extrudes, Cuts, Thin wall, Chamfer, Draft, Round - Mold: Draft Face 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 30.3.2015 (T. Höök) Tuula Höök, Tapani Honkavaara Tilavuusmallin nus 1 Sivu 5
CAD pikaopas Home Sketch Sketch Ryhmä työkaluja, joilla mallinnetaan rautalankapiirros muiden työkalujen pohjaksi. Extrude Pursottaa rautalankamallilla hahmotettua muotoa määritetyn matkan määritettyyn suuntaan. Cut Pursottaa rautalankamallia määritetyn matkan määritettyyn suuntaan leikaten reiän pursotuksen kohdalle. Thin Wall Tekee tilavuusmallista kuoren, jolla on parametrina annettu seinämänpaksuus. Valitsemasi seinämät poistetaan. Jos yhtään seinämää ei ole valittu, lopputulos on ontto tilavuuskappale. (Round valikon nuoli) Chamfer Tekee viisteen tilavuusmallissa olevaan nurkkaan. Draft Kallistaa valitut seinämät parametrina annettuun hellityskulmaan. Kulman voi asettaa joko nurkan tai pinnan suhteen. Päivitetty 30.3.2015 (T. Höök) Tuula Höök, Tapani Honkavaara Tilavuusmallin nus 1 Sivu 6
Round Pyöristää tilavuusmallissa tai pintamallissa olevan nurkan. Inspect Analyze Draft Face Analysis Show on/off ( Settingsasetukset kulmalle) Näyttää seinämät, joissa on parametrina annettua hellityskulmaa suuremmat hellityskulmat, punaisella ja vihreällä värillä, hellittämättömät seinämät keltaisella ja satulaseinämät sinisellä värillä. Värit ovat ohjelmiston perusasetuksia. Käyttäjä voi muuttaa ne haluamikseen. Päivitetty 30.3.2015 (T. Höök) Tuula Höök, Tapani Honkavaara Tilavuusmallin nus 1 Sivu 7