http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 1 

Perusteet 1, yksinkertaisen kappaleen tilavuusmallinnus Tuula Höök – Tampereen Teknillinen Yliopisto

Avaa piirustus fin_sandbasic_1_x.PDF. Käytä piirustuksessa annet‐tuja mittoja ja tuota niiden pohjalta a) kappaleen rakennemalli ja sen jälkeen b)  teknisesti hyvälaatuinen hiekkaan valettavan kappaleen malli. Sekä viimeisenä c) koneistetun kappaleen malli. 

Jotta hiekkaan valettava kappale olisi teknisesti hyvälaatuinen, siinä tulee olla seuraavat yksityiskohdat: 

− Mitoituskohdat on valittu siten, että mitat voidaan tarvitta‐essa todentaa. Mitoituskohdissa on huomioitu jakopinnat. 

− Kappaleen valuasento on mietitty syöttämisen ja täyttymi‐sen kannalta. Kappaleen paksut ja ylimpänä olevat kohdat täytyy voida syöttää esteettä. Paksu kohta ei saa jäädä ohuiden kohtien ympäröimäksi. Sisäänvalukanaville täytyy olla riittävästi tilaa.  

− Työstettäville pinnoille on lisätty sopivat työstövarat. − Jakopintojen paikat on valittu ja niille tulevat nurkat ovat 

pyöristämättömiä. Huomaa, että hiekkavalumenetelmässä jakotaso voi olla pysty‐ tai vaakasuorassa. Esimerkiksi Di‐samatic‐ linjalla muoteissa on pystysuora jakotaso.  

− Kaikki loput nurkat on pyöristetty sopivalla pyöristyssä‐teellä. Kappaleen seinämänpaksuuden olisi hyvä pysyä nurkissa mahdollisimman tasaisena. Sisänurkat tulee pyö‐ristää riittävän suurella säteellä siten, ettei muottihiekka kuumene nurkkakohdassa liikaa ja aiheuta imuvikoja. Kaikki pyöristykset pyritään tekemään viimeiseksi siten, et‐tä ne ovat mallin piirrepuun hännillä peräkkäin. 

− Kappale on suunniteltu mahdollisuuksien mukaan siten, ettei muottiin tule ohuita hiekkapatsaita. Niillä on taipumus kuumentua. 

− Jokaisen kappaleessa olevan konstruktiivisen reiän kohdal‐la on tehty perusteltu valinta: a) Jätetään reikä valusta pois ja tehdään se myöhemmin koneistamalla. b) Tehdään va‐luun työstövaroilla pienennetty reikä keernaa käyttäen ja koneistetaan se myöhemmin valmiiksi. c) Tehdään valuun lopullisissa mitoissa oleva reikä keernalla ja jätetään se va‐lupintaiseksi. 

− Ulkoseinämät on varustettu sopivilla hellityksillä ja loppu‐tulos on tarkistettu ohjelman työkalulla ”Draft analysis”. Näissä yksinkertaisten harjoituskappaleiden malleissa ei saa olla vastahellityksiä tai hellittämättömiä pintoja. 

− Keernoilla muotoiltavien pintojen hellitykset on suunniteltu keernalaatikon aukeamissuunnan perusteella ja lopputulos on tarkistettu ohjelman työkalulla ”Draft analysis”. Näiden yksinkertaisten harjoituskappaleiden malleihin ei saa suunnitella keernalaatikon aukeamissuun‐taisia vastahellityksiä tai hellittämättömiä pintoja. 

CAD –työkalut harjoituk‐sessa ’Perusteet 1’ 

 

Tilavuusmallinnuksen perus‐työkalut 

− Pad − Pocket − Chamfer − Draft − Edge Fillet − … 

Muut − Draft analysis 

 

Jos  työkalujen  käyttämisessä tulee  ongelmia,  avaa  CATIA Help  ja  yritä  löytää  ratkaisu  sen avulla. 

 

  

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 2 

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 Part Design ‐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 si‐sältää ainoastaan ne nurkkapyöristykset ja viisteitykset, joita tarvitaan kappaleen toiminnallisuuden vuoksi. Esimerkki tällaisesta on kappaleen loviherkkyyden pienentämiseksi tehty nurkkapyöristys. Koneistetussa kappaleessa olevia yksityiskohtia, kuten nurkkien viistei‐tyksiä 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.  

3. Aseta toiminnalliset pyöristykset ja viisteet tilaan ”Deactivate”. (Valitse hiiren oikealla painik‐keella piirrepuussa pyöristyksen (tai viisteen) nimen päällä ”EdgeFillet.x object” → ”Deactivate”)  

4. Tee tämän jälkeen koko ”PartBody”sta kopio. Liitä kopioitu ”PartBody” avoinna olevaan mallin‐nustiedostoon ”Paste Special” ‐toiminnolla. ”Paste Special” antaa sinulle kolme vaihtoehtoa: 1) ”As Result”, joka on neutraalimuotoista tiedostoa vastaava tilavuuskappale ilman piirteitä. 2) ”As Result with Link”, joka on neutraalimuotoista tiedostoa vastaava tilavuuskappale ilman piir‐teitä, mutta siten määritettynä, että alkuperäiseen ”PartBody”yn tehdyt muutokset päivittyvät siihen. 3) ”As specified in Part document”, joka on koko tilavuuskappale piirteineen.  

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 3 

Valitse näistä kolmesta vaihtoehdosta ”As Result with Link”. Lopputuloksena on seuraavan ku‐van 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. Valitse kappaleelle valuasento siten, että paksut kohdat on mahdollista syöttää. Hahmottele ja‐kopinnan paikka. Huomioi kaavausmenetelmä: tuleeko jakopinta pysty‐ vai vaaka‐asentoon. Valumalli täytyy voida irrottaa hiekasta yhtenä kappaleena. Mallinna jakopinta kappaleeseen pintamallinnustyökaluin (Kuva 3). 

 

 

 

 

 

Kuva 3 Jakopinta esimerkkikappaleessa. Pinta on mallinnettu pintamallinnustyökaluin, joita löytyy esimerkiksi ”Wireframe and Surface Design” ja ”Ge‐nerative Shape Design” ‐työskentelytiloista. 

 

8. Tutki seinämänpaksuudet. Mallinna tarvittaessa ohennuksia. 9. Katso seuraavan sivun kuvat vaihtoehdoista reikien valmistamiseksi ja valitse mielestäsi sopivin 

rakenne. Huomioi, että hyvin ohuet hiekkapatsaat kuumenevat ja saattavat muodostaa valuun imuvikoja. Ohuet muodot saattavat myös rikkoontua. Hiekkaseosten välillä on eroja, tarkista va‐lintasi muottihiekkaseoksen kohdalla. Valitse tarvittaessa keernahiekkaseos.  

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 4 

10. Mallinna kaikkiin työstettäviin pintoihin työstövarat. Työstövarat voi mallintaa pursottamalla tai esimerkiksi ”Thickness” ‐työkalulla. 

11. Tuki umpeen valettavat reiät pursottamalla. Reiät voi myös passivoida ”Deactivate” ‐toiminnolla alkuperäisestä tilavuuskappaleesta. 

12. Hellitä ulkopuoliset muodot 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 vas‐tahellityksiä. Hae ohjeita työkalujen käyttämiseen CATIA Help ‐tiedostoista. 

13. Mallinna reikiin hellitykset, jos tarpeen. 14. Mallinna toiminnalliset pyöristykset ja viisteet kappaleeseen takaisin samalla tavoin kuin ne oli‐

vat alkuperäisessä kappaleessa. Mallinna loppuihin, vielä pyöristämättömiin nurkkiin sopivat nurkkapyöristykset, jos pyöristys havaitaan valamisen kannalta tarpeelliseksi.  

15. 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 kah‐teen suuntaan hellitettyjä pintoja, joissa ei ole selkeää nurkkakohtaa siinä, missä suunta vaihtuu.  

 

 

 Kuva 4 Ylhäällä ja oikealla. Kappaleessa olevat reiät tehdään keernoilla. Syöttökuvut laitetaan reikien päälle siten, että keerna tulee osin syöttökuvun sisään. 

 

 

Kuva 5 Vasemmalla. Reiät on kaavattu suoraan muottiin. Keernan valmistus ja niiden asetteleminen muottiin jäävät työvaiheina pois. Konstruktion käyttökel‐poisuus riippuu kappaleen mitoista ja muottihiekasta. Tuorehiekka on haurainta, kemiallisesti kovettuva hiekka kestää suhteellisen pieniäkin yksityiskohtia. Syöt‐täminen on tällä konstruktiolla hankalampaa kuin edellä. 

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 5 

            

Kuva 6 Reiät on jätetty valusta kokonaan pois. Ne valmistetaan koneistamalla. 

 

16. 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 mal‐linna uuteen ”Body.3” ‐tilavuuskappaleeseen koneistetun kappaleen malli. 

17. Leikkaa edellä mallinnetut työstövarat pois pursottamalla ja mallinna reiät takaisin oikeisiin mit‐toihin. Voit hyödyntää alkuperäisessä ”PartBody”ssa olevia rautalankapiirroksia. Jos koneistettaessa viisteitetään nurkkia tai esimerkiksi tehdään pulttien kantoja ja alusrenkaita var‐ten upotuksia, mallinna kaikki nuo yksityiskohdat. 

18.  (Tee koneistuksista mittapiirros, johon on merkitty koneistuksen toleranssit ja muut tarpeelliset merkinnät.) 

 

Tavoitteet oppimiselle − Käsitteet: kappaleen konstruktiivinen perusmuoto, valetun kappaleen malli ja koneistetun kap‐

paleen malli. − Oikea tapa mallintaa hiekkavalukappaleita. − Valukappaleiden suunnittelun peruslogiikka ja käsitteet: valuasento, jakopinta, hellitys, nurkka‐

pyöristys, keerna, mitoituksen perustaso. 

Opiskeltavat CAD ‐työkalut − Feature: Pad, Pocket, Chamfer, Draft, Edge Fillet, … − Muut: Draft analysis 

 

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 6 

Arviointi 

Hyväksytty − Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD –mallin luetelluilla työkaluilla ja mallintanut 

siitä: a) konstruktiivisen perusmuodon, b) valetun kappaleen ja c) koneistetun kappaleen − Järkevä pyöristys oikeissa nurkissa − Oikean kokoiset hellitykset oikeisiin suuntiin 

Erinomainen − Opiskelija on tehnyt piirustuksen mukaisen CAD ‐mallin luetelluilla työkaluilla ja mallintanut 

siitä: a) konstruktiivisen perusmuodon, b) valetun kappaleen ja c) koneistetun kappaleen − Kappaleen valmistusmateriaali on valittu, valuasento, syöttökohdat ja sisäänvalukohdat on valit‐

tu 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 − Oikean kokoiset hellitykset oikeisiin suuntiin − Koneistetusta kappaleesta on laadittu mittapiirros toleranssi ym. merkintöineen. 

 

 

 

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 7 

CAD pikaopas 

Sketch 

 

 

Ryhmä  työkaluja,  joilla  mallinnetaan  rautalankapiirros  muiden  työkalujen pohjaksi.  

Part Design 

Inset   Sketch Based Features   Pad 

 

   

Pursottaa rautalankapiirrok‐sena mallinnettua muotoaa asetetun matkan asetettuun suuntaan.  

Part Design 

Insert   Sketch‐Based Features   Pocket 

 

   

Pursottaa rautalankapiirrok‐sena mallinnettua muotoaa asetetun matkan asetettuun suuntaan ja leikkaa samalla reiän jo olemassa olevaan tilavuusobjektiin.  

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 8 

Part Design 

Insert   Dress‐Up Features   Chamfer 

 

 

 

Tekee viisteen valittuun nurkkaan tilavuusobjektissa. 

Part Design 

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. Edis‐tyneemmillä työkaluilla voi hellittää molemmat puolet yhtä aikaa tai esimerkiksi jakopinnan suhteen. 

Part Design 

Insert   Dress‐Up Features   Edge Fillet 

 

   

Pyöristää valitut nurkat tilavuusobjektissa.  

http://www.valuatlas.net ‐ ValuAtlas – Kappaleensuunnitteluharjoitukset 

2.3.2010 – Tuula Höök ‐ Sandbasic_1_x ‐ 9 

Wireframe and Surface Design tai Generative Shape Design 

Insert   Surfaces   Fill 

   

Täyttää suljetun rautalanka‐piirroksen, suljetun särmäketjun tai suljetun särmien ja rautalankapiirros‐ten yhdistelmän pinnalla. Voit asettaa muodostuvan pinnan jatkumaan tangenti‐aalisesti ympäröivistä pinnoista.  

Draft Analysis 

 

 

  Näyttää eri väreillä seinämät, joissa on parametrina annet‐tua hellityskulmaa suuremmat hellitykset, vastahellitys tai ei lainkaan hellitystä. Värit ovat ohjel‐miston perusasetuksia. Käyttäjä voi muuttaa ne haluamikseen.