Käsikirja käytännöllisistä ohutlevyjen taittotekniikoista (SolidWorks 2017 Edition)

1.1 Yleiskatsaus metallilevyjen taittamiseen

Metallilevyjen käsittely suoritetaan yleensä käyttämällä itse metallin muotoiluominaisuuksia, toisin sanoen metallilevyjen, joilla on tietty paksuus, leikkaamisen, leimaamisen ja muotoilun, taivutuksen ja näiden prosessivaiheiden avulla, jotta voidaan käsitellä ja valmistaa yksittäinen itsenäinen osa, jota seuraa hitsauksen, niittauksen ja muiden kokoonpanotapojen ja -keinojen käyttö ja lopulta komponentin valmistuminen. Tyypillinen piirre on, että paksuus on aina sama samassa osassa. Ottaen huomioon, että ohutlevyosat pitävät kevyempi paino, suurempi lujuus, johtavat ominaisuudet, alhaisemmat kustannukset, laajamittainen massatuotanto suorituskyky on erittäin hyvä ja tällaisia erilaisia ominaisuuksia, joten nykyinen ohutlevyosat petrokemian teollisuudessa, metallurgia, elektroniikka ja sähkölaitteet, viestintä, autoteollisuus, lääkinnälliset laitteet, ja muilla aloilla soveltamisalan käyttö monenlaisia sovelluksia on ollut laajalti yleistä, esimerkiksi tietokoneen alustassa, matkapuhelimissa, ja niin edelleen. Esimerkiksi tietokoneiden alustoissa, matkapuhelimissa ja muissa jokapäiväisessä elämässä käytetyissä tuotteissa metallilevyistä on tullut välttämätön käsittelykeino. Kun ohutlevysovellukset ovat yleistyneet, ohutlevyosien suunnittelusta on tullut tärkeä osa tuotekehitysprosessia. Tältä osin on tärkeää, että koneenrakennusinsinöörit hallitsevat hyvin ohutlevysuunnittelutekniikat. Tällä tavoin ohutlevyosat, jotka on suunniteltu täyttämään tuotteen toiminta, ulkonäkö ja muut vaatimukset samanaikaisesti, mutta myös täyttämään tuotanto- ja käsittelymukavuus, kustannustehokkuus ja monet muut vaatimukset.

Metallilevyosien suunnitteluprosessissa teknisten piirustusten käyttämisen lisäksi osien muodon ja mittojen osoittamiseksi on käytettävä myös metallilevyjen taittopiirustuksia näyttämään levymateriaaliprofiilin muoto ja mitat ennen metallilevyosien tuotantoa ja käsittelyä, jotta voidaan ohjata metallilevyosien tuotantoa materiaalin sijoittamiseksi, näytteiden järjestämiseksi ja niiden tuottamiseksi. Tämä litteän profiilin piirtämisprosessi, joka perustuu osan kolmiulotteiseen muotoon, on ohutlevyn taittamista. Hallitsemalla oikeaa ja tehokasta menetelmää ohutlevyosien taittamiseksi voimme paitsi varmistaa ohutlevyosien tarkkuuden myös parantaa käsittelyn tehokkuutta ja säästää kustannuksia.

1.1.1 Tavanomaiset levyn taittomenetelmät

Kuvailevan ja analyyttisen geometrian periaatteita käyttäen, joka on perinteinen menetelmä ohutlevyn taittamiseksi, kolmiulotteinen ohutlevyosa litistetään tasolle, jotta saadaan aikaan taittamaton piirustus. Pintamuodot, joista ohutlevy koostuu, voidaan jakaa kahteen pääryhmään, teoreettisiin levittyviin pintoihin ja levittymättömiin pintoihin. Levitettäviä pintoja ovat tasopinnat, lieriöpinnat ja kartiopinnat tai näiden pintojen jakamat pinnat. Ei-levittyviä pintoja ovat pallo-, toro- ja muut muotoiset pinnat. Laajenevat pinnat voidaan teoreettisella tasolla laajentaa tarkasti, koska stereografisen projektio- ja taittokaavion vastaavien vektoreiden pituudet ovat yhtä suuret ja myös osien pinta-alat ennen ja jälkeen taittamisen ovat yhtä suuret, kun taas ei-laajenevia pintoja ei teoreettisesti voida taittaa tasossa, ja niitä voidaan laajentaa vain lähentämällä taittamaton kohde useisiin laajeneviin pintaosiin ja taittamalla ne sitten sen jälkeen. Perinteisiä levyn taittomenetelmiä ovat mallilaskentamenetelmä, projektiomenetelmä ja ohjelmistomenetelmä.

1. Projektiokaavio

Projektiivinen menetelmä, jossa ohutlevyjen osia taitetaan kuvageometrian ja käsin tehtyjen piirustusten avulla. Käytettävissä olevia erityismenetelmiä ovat rinnakkais-, säteittäis- ja trigonometriset menetelmät. Rinnakkaismenetelmää käytetään sylinterimäisten pintojen taittamiseen, säteittäismenetelmää kartiopintojen taittamiseen ja trigonometrista menetelmää ei-kehittyvien pintojen likimääräiseen taittamiseen.

Tämä tehdään jakamalla sylinterin pinta yhtä suuriin osiin (pisteisiin a-e), jotta voidaan myöhemmin määrittää suorien pituudet yhtä suurissa osissa (a1-e5), kuten tehdään yhdensuuntaisten viivojen menetelmässä, jolla levitetään vinosti leikattua nelikulmaista sylinterin pintaa, ja siten, että sylinterin pohjan kehä levitetään suorana viivana, mikä on osa sylinterin pinnan levittämistä, ja että suorien todelliset pituudet piirretään suoran pisteissä. Tämä on myös osa prosessia, samoin kuin moniviivojen todellisten pituuksien piirtäminen moniviivojen yhtäsuuriin pisteisiin ja moniviivojen päätepisteiden (A-E) yhdistäminen käyrillä, jolloin kuva 1.1.1 on valmis.

Kuva 1.1.1.1 Vinosti katkaistun nelikulmaisen lieriönpinnan avaaminen yhdensuuntaisten viivojen menetelmällä.

2. Mallin laskentamenetelmä

Mallilaskentamenetelmässä käytetään analyyttistä geometriaa metallilevyjen osien taittamisen laskemiseen, ja sen erityismenetelmiin kuuluvat reaalipituuden laskentamenetelmä ja koordinaattien laskentamenetelmä jne. Reaalipituuden laskentamenetelmässä käytetään analyyttistä geometriaa viivapätkän eli tavallisen viivan pituuden laskemiseen taittamisen yhteydessä, ja sen jälkeen piirretään taittopiirustus pituustiedon avulla, mikä on tarkempi tieto kuin menetelmä, jossa piirustuksen viivoja käytetään pituusviitteenä projektiomenetelmässä, joten saatu tulos on tarkempi, mutta taittopiirustuksen ääriviivat on edelleen täydennettävä piirtämällä. Taiton kuvion ääriviivat on kuitenkin vielä täydennettävä piirtämällä, toisin sanoen lopullisen jäljityksen ääriviivoissa on vielä suuri virhe. Koordinaattilaskentamenetelmän periaate on samankaltainen kuin reaalipituuden laskentamenetelmän, sillä koordinaattilaskentamenetelmää käytettäessä taitetun ääriviivan vertailupisteiden koordinaatit lasketaan suoraan tietyn koordinaattijärjestelmän suhteen, ja metallilevyn taitettu ääriviiva piirretään sitten kyseiseen koordinaattijärjestelmään.

3. Ohjelmistoavusteisten menetelmien laajentaminen

Ohjelmistoavusteinen taittomenetelmä perustuu mallilaskentamenetelmän periaatteeseen, ja ohjelmisto tuottaa automaattisesti taittopiirustukset, jotka ovat DXF/DWG-muodossa ja jotka voidaan tuoda suoraan muokattaviksi ja muutettaviksi. Saadut piirustukset luodaan kuitenkin ihanteellisessa tilassa, eikä todellisen tuotannon levyn paksuutta koskevia tekijöitä oteta huomioon, joten täydellistä kolmiulotteista mallia ei ole mahdollista saada.

1.1.2 Peltilevyjen levittämisen käyttö irrottamiseen

Perinteinen menetelmä ohutlevyn laajenemisen laskemiseksi perustuu teoreettiseen ideaalipintaan, jonka paksuus on nolla, mutta todellisuudessa ohutlevyosilla on tietty paksuus. Kun ohutlevyosan paksuus on pieni ja tarkkuusvaatimus ei ole korkea, ohutlevyn paksuuskerroin voidaan jättää huomiotta, mutta kun ohutlevyosan suunnittelu edellyttää tiettyä tarkkuutta, levyn paksuuskerroin on otettava huomioon ohutlevyn taittumisen laskennassa. Näin ollen perinteinen menetelmä levyn taittamiseen soveltuu vain materiaalin manuaaliseen tuotantoon, jossa ei vaadita suurta tarkkuutta.

Viime vuosina CNC-puristimien, laser-, plasma-, vesisuihku- ja vesisuihkuleikkauskoneiden sekä CNC-taivutuskoneiden suosion ja soveltamisen myötä ohutlevyosien tuotantotehokkuus on parantunut huomattavasti, ja ohutlevyosien käsittelytehokkuus on vieläkin parempi. Samaan aikaan ohutlevyosien suunnittelulle on asetettu uudempia vaatimuksia, ja ohutlevyosien taittamiselle ja sijoittamiselle on asetettu korkeampia vaatimuksia, joissa kolmiulotteisen CAD/CAM-tekniikan käyttö ohutlevyosien suunnittelun toteuttamiseksi on ollut erittäin tärkeää. Siitä on tullut valtavirtaa. 3D-CAD-ohjelmiston avulla tapahtuvan ohutlevyosien taittamisen ideana on toteuttaa ohutlevyosien tai ohutlevykokoonpanojen suunnittelu ja mallintaminen 3D-ympäristössä ja taittaa ohutlevyosat automaattisesti ohjelmistossa ohutlevyosien kolmen näkymän piirustusten ja ohutlevyosien taittokaavioiden luomiseksi, ja vastaavat tiedot voidaan tuoda suoraan kaikenlaisiin kehittyneisiin työstölaitteisiin tuotantoa ja työstöä koskevien tietoviitteiden tuottamiseksi. Tiedot voidaan tuoda suoraan erilaisiin kehittyneisiin työstölaitteisiin, jotta saadaan tietoviitteet tuotantoa ja työstöä varten.

Suosituista 3D-CAD-ohjelmistoista mainittakoon CATIA, UG, Creo, Solid Edge ja niin edelleen, joissa on ohutlevyosien suunnittelumoduuli. Ystävällisen käyttöliittymänsä, helppokäyttöisyytensä, helppokäyttöisyytensä ja helppokäyttöisyytensä ansiosta ohjelmisto on saavuttanut monenlaisten ohutlevyosien suunnittelijoiden suosion. Sen käyttö ohutlevyjen taittamiseen ja vapauttamiseen tarjoaa seuraavat ominaisuudet.

3D-mallinnus on intuitiivinen ja helppokäyttöinen, sen avulla voidaan mallintaa useimmat ohutlevyosat ja useimmat ohutlevykokoonpanot, ja näin saatu 3D-malli voidaan viimeistellä koko tuotteen sähköistä prototyyppiä varten.

Ohjelmistolla mallinnettaessa voidaan käyttää monenlaisia menetelmiä, kuten ominaisuuksien mallintamista, taittotilaan perustuvaa suunnittelua, kiinteän pinnan muuntamista ja taivutusta, joiden avulla on helppo luoda monenlaisia ohutlevymalleja.

Levysuunnitteluprosessin 3D-tila on luonteeltaan intuitiivinen. Tässä tilassa ohutlevyosan jokaisen osan rakenne esitetään selkeästi ja peittelemättä, jolloin sitä on helppo muokata, ja 2D-piirustukset voidaan viedä nopeasti automaattista merkintää varten.

Kätevä taitto, järjestelmä taittaa 3D-mallin automaattisesti ja voi viedä tason taittokaavion.

3D-malli ja piirustustiedot ovat täysin yhteydessä toisiinsa, joten kun ohutlevyosan mittoja muutetaan 3D-mallissa, sen kolme näkymää päivittyvät automaattisesti, ja myös taittuva piirustus päivittyy automaattisesti.