Ulkopintojen ja sisäpintojen määrittelyä

T-mallinen putki ja sen tekemiseksi tarvittavat muottipuoliskot. Kanavistot puuttuvat muotista. Kuvassa oleva punainen kappale on putken sisätilan mallintava keerna.

Kotelomainen kappale monistettuna ja jaettuna päästökulman perusteella ylä- ja alamuottiin. Alla olevassa kuvassa on eräs keerna, jolla kyseenomaisen kotelon sisäontelon voi muodostaa.

Vasemmalla keerna, oikealla kappale.

Vakio seinämänvahvuus voidaan Solidworks -ohjelmistossa toteuttaa shell -toiminnolla kappalelle. Kappaleen jakamalla saadaan sisälle syntynyt tila näkyviin ja pintamallinnustyökaluilla (surfaces -moduli) saadaan tämän tilan pinnoista rakennettua kappale sisätilan kuvaamiseen.

Muotin valmistus Solidworksilla

Solidwork-ohjelmassa on sekä pinta- että tilavuusgeometrian luomiseen ja muokkaamiseen tarkoitettuja työkaluja koottu työkalujoukoksi nimeltään Mold Tools. Kyseisiä työkaluja käyttämällä jokin tuilavuusmalli voidaan muokata valukappaleeksi sekä muodostaa geometriat, joita valutapahtumaan tarvitaan. Valumuotin jakopinta syntyy automaattisesti. Valumuotin irtoamiseen tarkoittu  pystysuorien pintojen muuntaminen kallistetuiksi onnistuu Draft -komennolla. Valukappaleen pintojen päästökulman analysointiin on olemassa työkalu Draft Analysis.

Tässä alla vaihe vaiheelta yksinkertaisen, keernattoman valukappaleen mallintaminen.

Mallintaminen aloitetaan tekemällä yksinkertainen sketsi. Mitoitus määrittää mallin ja kiinnittää sen origoon, jolloin sketsi on täysin määritelty.

Pursotetaan kappale projisoimalla sketsiä 3D-avaruudessa omasta tasostaan ulos.

Perusmuoto kappaleelle on tässä. Tätä lähdetään muokkaamaan edelleen.

Lisätään pyöristykset ulkopintaan. Pyöristykset tekevät kappaleesta valettavamman.

Kaoppaleen alapintaan tehdään ontelo, jolloin kappaleesta tulee kotelomainen. Lisätään sisällä oleviin särmiin pyöristykset.

Jotta päästään kokeilemaan jakopintaa, mikä ei ole taso, teen kappaleeseen oheisen kaltaisen leikkauksen splini -käyrällä.

Solidworks -ohjelman avulla jakopinnan ja kappaleen renakäyrä löytyy komennolla Parting Lines tai työkalulla Parting Line Analysis. Vihreä osa pinnoista aukeaa ylämuottiin, punainen osa aukeaa alamuottiin. Jos jokin osa pinnoita kaipaa päästökulmaa, se näkyy analyysissä keltaisena.

Jakopinta voidaan luoda Partin Surfaces -toinnolla. Jakopinta kannattaa tehdä reilun kokoiseksi.

Tooling Split -toiminnolla voidaan luoda muottipuoliskot.

Kuvassa muottipuoliskot on siirrettuy erilleen.

Tässä kuvassa muottipuoliskot on käännetty auki ja jakopinta tehty näkymättömäksi.

Kappale ei ole tilavuusmalli tässä vaiheessa, vaan sitä esittää alkuperäisen kappaleen pinnoille luotu pintamalli. Värit vihreä ja punainen kertovan muotin aukeamissuunnat.

Tässä kuvassa pintamalli on Knit -toiminnolla koottu jälleen tilavuusmalliksi. Jakopinta on tehty näkyväksi.

Muottikappaleita voi siirtää tai monistaa ja sijoitella vaikkapa hiekkavalun kyseessä ollessa valumalliksi. Kanavien ja syöttökupujen lisääminen täytyy tehdä erikseen. Jos kappaleessa on reikiä tai onteloita, joita ei voi jakaa ylä/alamuottiin, tarvitaan niiden valmistamiseen keernoja. Keernojen tekemiseen Solidworks -ohjelmassa on Mold Tools -paketissa myös kätevät työkalut.

Kiintoavaimen lujuusanalyysi

Oheisen kiintoavaimen mallintaminen ja suunnittelu sekä lujuustarkastelu FEM -ohjelmalla oli mielenkiinntoinen kokeilu.

Avaimen mallintaminen tapahtui pääosin piirremallintamalla. Pääprofiilit mallinnettiin sketseinä, mutta varressa olevat pyöristykset ja upotus tehtiin piirteinä, jotta niitä voi myöhemmin muokata helposti.

Koska halusin katsoa, miten avain taipuu, kun sillä väännetään avaimen varresta 500N voimalla, rakensin kappaleen lujuusopillisen simuloinnin Solidworks -ohjelmistolla. Elemettiverkosta tuli oheisen kaltainen (kuvan saa suuremmaksi klikkaamalla!):

Leuat on kiinteästi lukittu, niiden siirtymä- ja rotaatiovapausasteet ovat nollan suuruisia. 500N voima jakautuu koko varren "selkäpuolen" mitalle tasaisesti kuvan osoittamien nuolten suuntaan.

Analyysin jälkeen päästään tarkastelemaan tuloksia. Materiaalina oli teräs.

Siirtymäkuva kertoo miten avaimen varsi taipuu (kuvan mittakaava on liioiteltu, mitat millimetreinä näkyvät asteikolla oikealla):

Suurin siirtymä on 0,5mm.  Varren pituus kyseisellä avaimella on 250mm.

Kyseinen kuormitus aiheuttaa avaimeen seuraavan kaltaiset VonMises -jännitykset:

Havaitaan, että kaikkein rasitetuin kohta kuvassa ylemmän leuan ja varren liitoskohdassa. 

Antiikkikamera

Omistan Krasnojarskin mekaanisessa tehtaassa Neuvostoliitossa valmistetun Kristall -merkkisen kameran, joita valmistettiin vuosina 1961-1962 noin 60 000 kappaletta. Kamera on tällainen:

Halusin kokeeksi mallintaa kameran kuorta ja joitakin piirteitä Solidworks -ohjelmalla. En kuitenkaan aio purkaa hienoa antiikkiesinettä, joten kovin syvälle kameran saloihin en sukella.

Kameran kuoren mittaaminen työntömitalla ja mallintaminen on tätä kirjoittaessani tällaisessa vaiheessa:

Kamera edestä:

Kamera takaa:

Kuvassa kameran takakansi avattuna. Filminsiirtolaitteisto on vielä mallintamatta, samoin verhosuljin. Filmirulla ilman filmiä on asetettu paikalleen, jotta kameran sisäosat saadaan sovitettua kohdalleen. Pentaprisma puuttuu, samoin peilin siirtomekanismi.


Objektiivin sisälle tulevan himmentimen mekanismin hahmottelu ja himmentimen lehtien mallintaminen sekä mekanismin toiminta näytetään seuraavassa videossa. Antiikkikamerani suurin aukko on 3.5 ja polttoväli objektiivissa on 50 mm. Pieni aukko on 16 ja suunnittelemallani himmentimen lehden liikkeellä tuo suurin ja pienin aukon arvo toteutuu. Solidworks -ohjelman mate -toiminnossa on rajoitettu himmentimen lehden liike oikeisiin mittoihin näiltä osin.

Mallintaminen saattaa jatkua... tällä erää se on vielä kesken.