Perusteet 2, keernallisia kappaleita Tuula Höök Tampereen Teknillinen Yliopisto Avaa piirustus fin_sandbasic_2_x.pdf. Käytä piirustuksessa annettuja mittoja ja tuota niiden pohjalta a) kappaleen rakennemalli sekä sen jälkeen b) teknisesti hyvälaatuinen hiekkaan valettavan kappaleen malli ja c) siitä erotetut keernat. Sekä viimeisenä d) koneistetun kappaleen malli. Vaihtoehtoisesti voit aloittaa myös suoraan vaiheesta b). Ota tällöin työskentelysi pohjaksi malli start_ sandbasic_2_x.catpart. CAD työkalut harjoituksessa Perusteet 2 Jotta hiekkaan valettava keernallinen kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: Mitoituskohdat on valittu siten, että mitat voidaan tarvittaessa todentaa. Mitoituskohdissa on huomioitu jakopinnat. Kappaleen valuasento on mietitty syöttämisen ja täyttymisen kannalta. Kappaleen paksut ja ylimpänä olevat kohdat Tilavuusmallinnuksen perustyökalut täytyy voida syöttää esteettä. Paksu kohta ei saa jäädä ohuiden kohtien ympäröimäksi. Sisäänvalukanaville täytyy Pad olla riittävästi tilaa. Pocket Jakopintojen paikat on valittu ja niille tulevat nurkat ovat Chamfer pyöristämättömiä. Huomaa, että hiekkavalumenetelmässä Draft jakotaso voi olla pysty tai vaakasuorassa. Esimerkiksi Disamatic Edge Fillet linjalla muoteissa on pystysuora jakotaso. Kappaleen valuasento ja jakopinnan paikka on mietitty muotin kokoamisen kannalta. Keernakannat tulisi voida sijoittaa Pintamallinnus mahdollisimman yksinkertaisella rakenteella Offset helposti saavutettaviin paikkoihin. Extrude Työstettäville pinnoille on lisätty sopivat työstövarat. Fill Kaikki muut kuin jakotasolle tulevat nurkat on pyöristetty Join sopivalla pyöristyssäteellä. Kappaleen seinämänpaksuuden olisi hyvä pysyä nurkissa mahdollisimman tasaisena. Sisänurkat tulee pyöristää riittävän suurella säteellä siten, Muut Draft analysis ettei muottihiekka kuumene nurkkakohdassa liikaa ja aiheuta imuvikoja. Jokaisen kappaleessa olevan konstruktiivisen reiän kohdalla Jos työkalujen käyttämisessä on tehty perusteltu valinta: a) Jätetään reikä valusta pois tulee ongelmia, avaa CATIA ja tehdään se myöhemmin koneistamalla. b) Tehdään valuun Help ja yritä löytää ratkaisu sen työstövaroilla pienennetty reikä keernaa käyttäen ja avulla. koneistetaan se myöhemmin valmiiksi. c) Tehdään valuun lopullisissa mitoissa oleva reikä keernalla ja jätetään se valupintaiseksi. Ulkoseinämät on varustettu sopivilla hellityksillä ja lopputulos on tarkistettu ohjelman työkalulla Draft analysis. Kappaleen ulkopuolisissa muodoissa olevat vastapäästöt voidaan toteuttaa valumallin irtopaloilla, mutta näissä yksinkertaisissa harjoituskappaleissa ei saa olla vastapäästöjä tai hellittämättömiä pintoja. Keernoilla muotoiltavien pintojen hellitykset on suunniteltu keernalaatikon aukeamissuunnan perusteella ja lopputulos on tarkistettu ohjelman työkalulla 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 1
Draft analysis. Keernalaatikon aukeamissuuntaiset vastapäästöt voidaan toteuttaa lisäämällä laatikkoon eri suuntiin avautuvia osia, mutta näiden yksinkertaisten harjoituskappaleiden keernoihin ei saa suunnitella vastapäästöjä tai hellittämättömiä pintoja. Teoriatausta Valetun koneenosan 3D CAD suunnittelu Hiekkavalukappaleen konstruktiosuunnittelu Valumateriaalit Valumenetelmät Mallien ja keernalaatikoiden rakenne Valukappaleiden mittatoleranssijärjestelmä ja työstövarat Mallinnuksen vaiheet 1. (Mallinna kappaleen rakenteellinen perusmuoto hyvää piirremallinnustapaa noudattaen. Käytä CATIA työskentelytilaa. Mallinna kaikki piirteet yhden PartBodyn alle (Kuva 1). Voit käyttää Geometrical Set paketteja piirteiden järjestämiseen, jos kappale on monimutkainen. Näissä perusharjoituksen kappaleissa ei kuitenkaan ole kovin monta piirrettä eikä Geometrical Set pakettien käyttö näin ollen ole välttämätöntä. Perusmuoto on esitetty mittapiirroksessa fin_sandbasic_1_x.pdf. Rakenteellinen perusmuoto sisältää ainoastaan ne nurkkapyöristykset ja viisteitykset, joita tarvitaan kappaleen toiminnallisuuden vuoksi. Esimerkki tällaisesta on kappaleen loviherkkyyden pienentämiseksi tehty nurkkapyöristys. Koneistetussa kappaleessa olevia yksityiskohtia, kuten nurkkien viisteityksiä tai esimerkiksi kiinnityspulttien upotuksia ei mallinneta vielä tässä vaiheessa. Mallinna pyöristykset ja viisteet peräkkäin viimeiseksi.) Kuva 1 CATIA ohjelmiston tilavuusmallinnustilassa voi mallintaa samaan tiedostoon eli samaan malliin useita tilavuuskappaleita. CATIA näyttää erillisen tilavuuskappaleen PartBody na. Jos liität malliin uuden PartBody n ja aktivoit sen, aloitat samalla uuden tilavuuskappaleen mallinnuksen. Erilliset tilavuusmallit voi liittää toisiinsa boolean toiminnoilla, esimerkiksi Add, Remove ja Intersect. Vastaava tekniikka on käytössä useimmissa muissakin 3D CAD ohjelmistoissa. 2. Kun perusmuoto toiminnallisine pyöristyksineen on valmis, sulje mallinnustiedosto ja tee siitä kopio. Avaa kopioitu tiedosto. Voit halutessasi aloittaa myös valmiiksi tehdystä perusmuodosta: Avaa tällöin tiedosto start_sandbasic_2_x.catpart. 3. Aseta toiminnalliset pyöristykset ja viisteet tilaan Deactivate. (Valitse hiiren oikealla painikkeella piirrepuussa pyöristyksen (tai viisteen) nimen päällä EdgeFillet.x object Deactivate ) 4. Tee tämän jälkeen koko PartBody sta kopio. Liitä kopioitu PartBody avoinna olevaan mallinnustiedostoon Paste Special toiminnolla. Paste Special antaa sinulle kolme vaihtoehtoa: 1) 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 2
As Result, joka on neutraalimuotoista tiedostoa vastaava tilavuuskappale ilman piirteitä. 2) As Result with Link, joka on neutraalimuotoista tiedostoa vastaava tilavuuskappale ilman piirteitä, mutta siten määritettynä, että alkuperäiseen PartBody yn tehdyt muutokset päivittyvät siihen. 3) As specified in Part document, joka on koko tilavuuskappale piirteineen. Valitse näistä kolmesta vaihtoehdosta As Result with Link. Lopputuloksena on seuraavan kuvan mukainen malli, jossa on kaksi tilavuuskappaletta päällekkäin. Kuva 2 Alkuperäinen PartBody, jossa oleva yksi toiminnallinen pyöristys, EdgeFillet.1 on passivoitu toiminnolla Deactivate. Alkuperäisen PartBody n alapuolella on kopioitu ja PasteSpecial toiminnolla As Result with Link samaan tiedostoon liitetty uusi Body.2. Body.2 ei sisällä alkuperäisen tilavuuskappaleen piirteitä, mutta se päivittyy niihin tehdyillä muutoksilla. 5. Piilota alkuperäinen PartBody ja varmista, että uusi Body.2 on aktiivinen. 6. Aloita kappaleen valutekninen mallinnus tilavuuskappaleeseen Body.2. Valitse kappaleelle valmistusmateriaali, kaavausmenetelmä, muottihiekkaseos ja mallin valmistusmateriaali. Selvitä, millaisia vaatimuksia kappaleen valmistusmateriaali asettaa syöttämiselle ja kaavausmenetelmän valinnalle. 7. Selvitä itsellesi, mitkä kappaleen muodot vaativat keernan. Tarvitaanko useampia keernoja? Selvitä, mihin kohtaan kappaletta muotoillaan keernojen kannat. 8. Valitse kappaleelle valuasento siten, että paksut kohdat on mahdollista syöttää. Hahmottele jakopinnan paikka. Huomioi kaavausmenetelmä: tuleeko jakopinta pysty vai vaaka asentoon. Valumalli täytyy voida irrottaa hiekasta yhtenä kappaleena. Huomioi keernojen kannat valitessasi jakotason paikkaa. Seuraavalla sivulla on kuvia perusratkaisuista keernakantojen sijoittamiseksi suhteessa muotin jakopintoihin. Mallinna jakopinta kappaleeseen pintamallinnustyökaluin (Kuva 3). Kuva 3 Jakopinta esimerkkikappaleessa. Pinta on mallinnettu pintamallinnustyökaluin, joita löytyy esimerkiksi Wireframe and Surface Design ja Generative Shape Design työskentelytiloista. 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 3
Kuva 4 Muotin jakopintoihin nähden pystyyn asetettu keerna. Kuva 5 Vasemmalla: Vaakasuoraan asetettu keerna. Keernakannat on muotoiltu symmetrisiksi jakopintaan nähden. Oikealla: Myös tämä konstruktio on mahdollinen. Saattaa aiheuttaa ylimääräistä puhdistustyötä, koska keernakannan ja muotin väliin purseilee helposti metallia. 9. Mallinna kaikkiin työstettäviin pintoihin työstövarat. Työstövarat voi mallintaa pursottamalla tai esimerkiksi Thickness työkalulla. Tuki umpeen valettavat reiät pursottamalla. Reiät voi myös passivoida Deactivate toiminnolla alkuperäisestä tilavuuskappaleesta. 10. Hellitä ulkopuoliset pystypinnat mallin irrotussuuntaan jollakin sopivalla Draft työkalulla. CATIA tarjoaa muutaman erilaisen työkaluvaihtoehdon. Myös automaattinen hellitystyökalu on mukana CATIA uusimmissa versioissa. Näihin ensimmäisiin, yksinkertaisiin kappaleisiin ei saa tulla vastahellityksiä. Pyöreät muodot voi jättää silleen. Hae ohjeita työkalujen käyttämiseen CATIA Help tiedostoista. 11. Siirry pintamallinnustilaan. Tee malliin uusi PartBody ja ala mallintaa keernaa siihen. Valitse aluksi kaikki mallissa olevat keernapinnat Extract työkalulla. Valitse Propagation Type parametriksi Tangent Continuity. Jos pintaan jää aukkoja, valitse ne erikseen. Tee jokaiselle keernalle oma Extract pinta omaan PartBody kappaleeseen. 12. Piilota yhtä keernaa lukuun ottamatta kaikki PartBody t. Muotoile tähän keernaan kannat ja tee siitä solidi Close Surface työkalulla. Close Surface työkalu ei sisälly kaikkiin pintamallinnustiloihin. työskentelytilassa se kuitenkin on. (Kuva 6) Toista toimenpide jokaiselle keernalle. 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 4
Kuva 6 Keernakannat voi mallintaa Extrude, Extrapolate tai vastaavalla työkalulla keernan pintamalliin. Keernapinnoista voi tehdä myös heti tilavuusmallin ja tehdä kannat pursottamalla tilavuusmallinnustyökaluja käyttäen. Pinnoista voi tehdä solidin helposti Close Surface työkalulla. Pinnan täytyy olla kauttaaltaan ehyt. 13. Tutki keernojen hellitykset Draft Analysis työkalulla. Tähän harjoitukseen kuuluville esimerkkikappaleille muotoillaan kaksiosainen keernalaatikko. Keernoista on löydettävissä sopiva paikka keernalaatikon jakopinnalle siten, että yksinkertainen kaksiosainen laatikko avautuu hyvin. Selvitä, mihin kappaleen mallissa oleviin pintoihin tarvitaan hellitykset, jotta keernan saa laatikosta ulos. 14. Piilota keernat ja tuo kappaleen malli näkyviin. Mallinna kappaleen malliin keernojen vaatimat hellitykset. Tarkista lopputulos keernoista Draft Analysis työkalulla ja korjaa, jos tarpeen. 15. Mallinna toiminnalliset pyöristykset ja viisteet kappaleeseen takaisin samalla tavoin kuin ne olivat alkuperäisessä kappaleessa. Mallinna loppuihin, vielä pyöristämättömiin nurkkiin sopivat nurkkapyöristykset, jos pyöristys havaitaan valamisen kannalta tarpeelliseksi. 16. Tarkista lopputulos Draft Analysis työkalulla. Draft Analysis työkalu laskee kappaleessa olevat hellitykset ja näyttää tuloksen väreinä. Jos kappaleessa on väärään suuntaan hellitettyjä, hellityksettömiä tai satulamaisia pintoja, etsi syy ja korjaa ongelma. Satulamaiset pinnat ovat kahteen suuntaan hellitettyjä pintoja, joissa ei ole selkeää nurkkakohtaa siinä, missä suunta vaihtuu. Harjoituksissa käytetyissä pyöreämuotoisissa hiekkavalukappaleessa on satulapintoja, mutta ne eivät haittaa mallin irrottamista. 17. Tee kopio Body.2 sta. Liitä kopioitu Body.2 avoinna olevaan mallinnustiedostoon Paste Special toiminnolla vaihtoehdolla As Result with Link, kuten edellä. Piilota Body.2 ja mallinna uuteen Body.x tilavuuskappaleeseen koneistetun kappaleen malli. 18. Leikkaa edellä mallinnetut työstövarat pois pursottamalla ja mallinna reiät takaisin oikeisiin mittoihin. Voit hyödyntää alkuperäisessä PartBody ssa olevia rautalankapiirroksia. Jos koneistettaessa viisteitetään nurkkia tai esimerkiksi tehdään pulttien kantoja ja alusrenkaita varten upotuksia, mallinna kaikki nuo yksityiskohdat. 19. (Tee koneistuksista mittapiirros, johon on merkitty koneistuksen toleranssit ja muut tarpeelliset merkinnät.) 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 5
Tavoitteet oppimiselle Keernojen mallintaminen Keernapintojen hellitykset Opiskeltavat CAD työkalut Tilavuusmallinnus: Pad, Pocket, Chamfer, Draft, Edge Fillet, Pintamallinnus: Offset, Extrude, Fill, Join Muut: Draft analysis Arviointi Hyväksytty Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla ja mallintanut siitä: a) konstruktiivisen perusmuodon, b) valetun kappaleen, c) keernat ja d) koneistetun kappaleen. Jos niin halutaan a) kohdan voi jättää väliin ja aloittaa suoraan esimerkkimallista start_sandbasic_2_x.catpart. Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa Sekä keernapinnoilla että kappaleen ulkopinnoilla on oikean kokoiset hellitykset oikeisiin suuntiin Erinomainen Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD mallin luetelluilla työkaluilla ja mallintanut siitä: a) konstruktiivisen perusmuodon, b) valetun kappaleen, c) keernat ja d) koneistetun kappaleen. Jos niin halutaan a) kohdan voi jättää väliin ja aloittaa suoraan esimerkkimallista start_sandbasic_2_x.catpart. Kappaleen valmistusmateriaali on valittu, valuasento, syöttökohdat ja sisäänvalukohdat on valittu materiaalin perusteella. Valinnat on dokumentoitu Kaavausmenetelmä on huomioitu ratkaisuissa. Ratkaisut on dokumentoitu. Hiekan laatu, sarjasuuruus ja mallien valmistusmateriaali on huomioitu ratkaisuissa. Ratkaisut on dokumentoitu. Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa Sekä keernapinnoilla että kappaleen ulkopinnoilla on oikean kokoiset hellitykset oikeisiin suuntiin 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 6
CAD pikaopas Sketch Ryhmä työkaluja, joilla mallinnetaan rautalankapiirros muiden työkalujen pohjaksi. Insert Sketch Based Features Pad Pursottaa rautalankapiirroksena mallinnettua muotoaa asetetun matkan asetettuun suuntaan. 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 7
Insert Sketch Based Features Pocket Pursottaa rautalankapiirroksena mallinnettua muotoaa asetetun matkan asetettuun suuntaan ja leikkaa samalla reiän jo olemassa olevaan tilavuusobjektiin. Insert Sketch Based Features Shaft Pyöräyttää suljetun profiilin akselin ympäri muodostaen siitä pyörähdyssymmetrisen tilavuusmallin. Voit käyttää akselina rautalankapiirroksessa olevaa viivaa tai apuviivaa (keskiviivaa). 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 8
Insert Sketch Based Features Rib Tuottaa tilavuusmallin kuljettamalla suljettua rautalankapiirrosta suljettua tai avointa rautalankapiirrosta pitkin. Insert Dress Up Features Shell Tekee tilavuusmallista kuoren, jossa on tietty, parametrina annettu seinämänpaksuus. Valitsemasi seinämät poistuvat. Jos yhtään seinämää ei ole valittu, kappaleesta tulee ontto. Insert Dress Up Features Chamfer Tekee viisteen valittuun nurkkaan tilavuusobjektissa. 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 9
Insert Dress Up Features Draft Tai Insert Advanced Dress Up Features Advanced Draft/Auto Draft/Draft Both Sides Kallistaa tilavuusobjektin seinämän valitun pinnan (neutraalielementin) suhteen. Neutraalielementti toimii kallistuksen saranana. Edistyneemmillä työkaluilla voi hellittää molemmat puolet yhtä aikaa tai esimerkiksi jakopinnan suhteen. Insert Dress Up Features Edge Fillet Pyöristää valitut nurkat tilavuusobjektissa. Generative Shape Design tai Wireframe and Surface Design Insert Operations Extract Muodostaa olemassa olevasta pinnasta toisen pinnan. Saat valittua suuren joukon pintoja kerralla valitsemalla Propagation Type parametriksi Tangent Continuity 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 10
Generative Shape Design tai Wireframe and Surface Design Insert Surfaces Extrude Pursottaa rautalankapiirroksella muotoillun pinnan lineaarisesti. Voit asettaa pursotukselle suunnan vektorilla (rautalankapiirroksessa oleva viiva tai kappaleen särmä). Jos suuntaa ei ole asetettu, pursotus etenee rautalankapiirroksen pohjatason normaalin suuntaan. Generative Shape Design Insert Operations Extrapolate Perusparametreiksi annetaan reunakäyrä ja jatkettava pinta. Jatkaa pintaa reunakäyrästä eteenpäin. Työkalu vaatii tangentiaalisesti jatkuvat pinnat toimiakseen hyvin. Wireframe and Surface Design tai Generative Shape Design Insert Surfaces Fill Täyttää suljetun rautalankapiirroksen, suljetun särmäketjun tai suljetun särmien ja rautalankapiirrosten yhdistelmän pinnalla. Voit asettaa muodostuvan pinnan jatkumaan tangentiaalisesti ympäröivistä pinnoista. 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 11
Generative Shape Design tai Wireframe and Surface Design Liittää yhden tai useamman pinnan yhteen muodostaen yhden yksittäisen pintamalliobjektin. Insert Operations Join Generative Shape Design Luo tilavuuskappaleen suljetusta pinnasta. Insert Volumes Close Surface tai Insert Surface Based Features Close Surface Draft Analysis Näyttää eri väreillä seinämät, joissa on parametrina annettua hellityskulmaa suuremmat hellitykset, vastahellitys tai ei lainkaan hellitystä. Värit ovat ohjelmiston perusasetuksia. Käyttäjä voi muuttaa ne haluamikseen. 2.3.2010 Tuula Höök Sandbasic_3_x 12