Tilavuusmallinnus 2, pursotuksin ja leikkauspinnoin muotoiltuja kappaleita Tuula Höök Tampereen Teknillinen Yliopisto Ota piirustus solids_2_x.pdf. Käytä piirustuksessa annettuja mittoja ja tuota niiden pohjalta teknisesti hyvälaatuinen kestomuottivalukappale, joka tulee voida valmistaa kahteen osaan jaettavalla muotilla. Kappaletta muotoillaan pursotuksin ja pinnoilla leikkaamalla. Jotta kestomuottiin valettava kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: CAD työkalut harjoituksessa Tilavuusmallinnus 2 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 Cut With Surface Chamfer Draft Fillet Pintamallinnus Extruded Surface Muotti Draft analysis Jos työkalujen käyttämisessä tulee ongelmia, avaa SolidWorks Help ja yritä löytää ratkaisu sen avulla. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 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 pursotettaviin osiin. Yleensä ei kannata mallintaa koko muotoa kerralla. Harjoituksen Tilavuusmallinnus 2 esimerkkikappaleista löytyy aina 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 Fillet työkalulla. Käytä Fillet työkalua ainoastaan pienimpien, prosessoinnin tai muotin työstämisen helpottamiseksi pyöristettyjen nurkkien mallintamiseen. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 Sivu 2
4. Pursota perusmuodon rautalankapiirros umpinaiseksi tilavuusmalliksi. Umpinaisuus tarkoittaa tässä yhteydessä, että muodosta ei tehdä vielä tässä vaiheessa kuorta. 5. Mallinna perusmuodon ulkopuolisiin pintoihin hellitys Draft työkalulla. Huomioi mallinnettavaan osaan mahdollisesti liittyvät muut osat ja mittatarkastuksen yhteydessä otettavat mitat hellityksen saranapintoja valitessasi. Särmä, josta mitta otetaan, ei saa olla pyöristetty ja sen tulee olla hellityksen saranapinnan kohdalla. Eli hellityksen kallistaminen lähtee mitattavasta särmästä, jotta siihen tulee valmistustarkkuuden puitteissa nimellismitan mukainen mitta. 6. Leikkaa harjoituskappaleen yläosat ja/tai alaosat piirustuksessa esitettyyn muotoon pursotetuilla, loftatuilla, sweepatuilla tai pyöräytetyillä pinnoilla. Mallinna pintoja varten tarvittavat rautalankapiirrokset jakotasoon nähden kohtisuorassa asennossa olevalle tasolle sekä sopiviin kohtiin asetetuille aputasoille. Käytä tilavuusmallin leikkaamiseen työkalua Cut With Surface. Pintoja täytyy joissain tapauksissa jatkaa Extend Surface tai Ruled Surface työkaluilla ennen kuin tilavuusmallin leikkaaminen onnistuu. 7. Mikäli yläosien ja/tai alaosien muotoilu vaatii leikkauspinnan lisäksi pyöristysten tekemisen, tee tällainen pyöristys nyt Fillet työkalua käyttäen. Muita pyöristyksiä ei tehdä vielä tässä vaiheessa. 8. Tee leikatusta tilavuusmallista kuori Shell työkalua käyttäen. 9. Mallinna loput pursotukset ja muut tarvittavat peruspiirteet yksi kerrallaan. Muista periaate jakopintaan (tai rautalankapiirroksen pohjana olevaan tasoon) nähden pystysuuntaisten kaarevien muotojen mallintamisessa (eli isot muodot rautalankamallilla). 10. Jokaisen pursotetun piirteen kohdalla on hyvä miettiä, kuinka se toteutetaan muotissa. Erityisesti tulee kiinnittää huomiota siihen, tullaanko uusi piirre valmistamaan muottilaattaan koneistetuilla muodoilla vai tarvitaanko sitä varten erillinen kiinteä keerna sekä siihen, kumpaan muottipuoliskoon keerna tai koneistus valmistetaan. Katso kuvat 1 ja 2 seuraavalla sivulla. 11. Mallinna piirteiden hellitykset näiden valintojen perusteella. Ryhmittele hellitykset Shell piirteen jälkeen peräkkäin. SolidWorksin piirrepuun historiassa voi siirtyä eteen ja taakse (Kuva oikealla alhaalla), joten hellityspiirteitä voi mallintaa peruspiirteiden mallinnuksen lomassa. 12. Pyöristä kaikki kulmat, jotka vaativat valuteknisen pyöristyksen. Käytä Fillet työkalua. Ryhmittele pyöristykset hellitysten jälkeen peräkkäin. 13. Mallinna valettavaan muotoon tulevat viisteet piirrepuuhun pyöristysten jälkeen viimeiseksi. 14. Tarkista lopputulos 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. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 Sivu 3
15. Kun kappaleesta tehdään mittapiirroksia eri valmistusvaiheita varten, ne on helppo toteuttaa rullaamalla piirrepuu oikealle kohdalle ja inaktivoimalla piirustuksessa tarpeettomat yksityiskohdat. Piirustuksesta tulee selvempi, jos hellitykset ja pyöristykset eivät ole näkyvissä. 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 ulko ja sisäpuolella. Tavoitteet oppimiselle Tilavuusmallinnus pursotuksilla. Eri tavoin valmistetuilla pinnoilla muotoileminen. 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: Feature: Extruded Boss/Base, Extruded Cut, Cut With Surface, Chamfer, Draft, Fillet Surface: Extruded Surface, Extend Surface, Ruled Surface, Swept Surface, Revolved Surface, jne. Mold: Draft analysis Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 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 Erinomainen Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla Kappaleen valmistusmateriaali on valittu ja hellitykset on mallinnettu valinnan perusteella Sopiva pyöristys oikeissa nurkissa Esitettyä mallinnusjärjestystä on noudatettu niin pitkälle kuin mahdollista Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 Sivu 5
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. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 Sivu 6
Insert Cut Extrude Pursottaa rautalankamallia määritetyn matkan määritettyyn suuntaan leikaten reiän pursotuksen kohdalle. 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 Shell Tekee tilavuusmallista kuoren, jolla on parametrina annettu seinämänpaksuus. Valitsemasi seinämät poistetaan. Jos yhtään seinämää ei ole valittu, lopputulos on ontto tilavuuskappale. Insert Features Rib Valmistaa rivan pursottamalla yhtä rautalankamallin viivaa, ympyränkaarta tai niiden yhdistelmää. Toimii vastaavalla tavalla kuin pursotustyökaluun kuuluva Thin Feature. Pursotussuunnan voi valita työkalun asetuksista. Rivan voi myös hellittää suoraan työkalun asetuksilla. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 Sivu 7
Insert Features Chamfer Tekee viisteen tilavuusmallissa olevaan nurkkaan. Insert Features Draft Kallistaa valitut seinämät parametrina annettuun hellityskulmaan. Kulman voi asettaa joko nurkan tai pinnan suhteen. Insert Features Fillet Pyöristää tilavuusmallissa tai pintamallissa olevan nurkan. 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. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 Sivu 8
Insert Surface Sweep Tekee pinnan ajamalla profiilikäyrää polkukäyrää pitkin. Insert Surface Revolve Tekee pinnan pyöräyttämällä rautalankamallinnettua profiilia akselin ympäri. Akselina voi käyttää rautalankamallin viivaa tai keskiviivaa. Insert Surface Loft Insert Surface Extend Tekee pinnan pursotuksena kahden rautalankamallinnetun profiilin välille. Pursotuksen voi ohjata kolmannella rautalankamallilla. Ohjaukseen voi käyttää useampaakin kuin yhtä profiilia. Jatkaa olemassa olevaa pintaa alkuperäisellä muodolla. Päivitetty 2.4.2015 Tuula Höök Tilavuusmallinnus 2 Sivu 9
Insert Surface Ruled Surface Tekee eri tavoin ohjattuja pintoja tilavuusmallin tai pintamallin reunakäyrän perusteella. Pintoja voi mallintaa esimerkiksi valittuun pintaan nähden tangentiaalisina tai normaaleina sekä jonkin valitun suoran särmän suuntaisina. Tools Draft Analysis 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 2 Sivu 10