CAD systémy Autodesk Inventor Vytváření 3D modelu součásti

CAD systémy
Autodesk Inventor
Vytváření 3D modelu součásti
Miroslav Mitura
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
2
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Obsah
ÚVOD...................................................................................................................................................6
1 CAD SYSTÉMY..............................................................................................................................7
1.1 Rozdělení CAx technologií do oblastí......................................................................................7
2 DOSTUPNÉ CAD SYSTÉMY V SOUČASNOSTI......................................................................10
2.1 Co umí modul FEM/MKP v Autodesk Inventor Professionalu..............................................11
2.2 Co neumí modul FEM/MKP v Autodesk Inventor Professionalu..........................................11
3 KONSTRUOVÁNÍ V PROGRAMU AUTODESK INVENTOR.................................................13
3.1 Pravidla při tvorbě náčrtu součástí..........................................................................................13
3.2 Drobné rady pro usnadnění kreslení náčrtu............................................................................13
3.3 Seznam užitečných kláves a příkazů......................................................................................15
4 TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ V AUTODESK INVENTORU..................................................16
4.1 Vytváříme 3D model...............................................................................................................18
4.2 Příklad – svařovaná konzola...................................................................................................18
4.3 Analýza součásti.....................................................................................................................21
4.4 Tvorba výkresové dokumentace.............................................................................................23
3
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Použité piktogramy:
Cíle kapitoly (tématu) textu
Časová náročnost daného tématu
Použitá literatura:
Terminologie:
Obrázky
Otázky k danému tématu:
Cad systémy – 2 hodiny
Dostupné CAD systémy v současnosti – 2 hodiny
Konstruování v programu autodesk inventor – 3 hodiny
Konstruování v programu autodesk inventor – 3 hodiny
4
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Cíle:
1. Seznámení s novými technologiemi v oblasti CAD konstruování – 3D parametrické systémy
2. Výklad rozdělení CAD systémů a získání celkového přehledu o jejich funkci.
3. Získání praktické dovednosti s ovládáním programu Autodesk Inventor
4. Zvládnutí příkladu tvorby modelu svařované konzoly.
5. Seznámení s možnostmi pevnostní analýzy (FEM výpočty) integrované v prostředí
programu Autodesk Inventor.
6. Generování výkresu svařované konzoly z předem vymodelovaných součástí.
Klíčová slova:
Autodesk Inventor, CAD, parametrické konstruování, FEM, 3D model,
5
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
ÚVOD
Současný vývoj technologií v oblasti CAD systémů, obecně konstruování s počítačovou podporou,
klade stále vyšší nároky na znalosti a také uplatňování v praxi těchto systémů. Proto vznikla tato
učební pomůcka, která sice nepodává komplexní obraz těchto technologií, avšak je pouze pilotním
průvodcem, který má navést některé pedagogy k zavedení CAD technologií do svých učeben.
Především pak systémy 3D parametrického modelování, které zcela převládly původní
neparametrické konstruování. V praxi se oba přístupy vhodně doplňují.
CAD technologie nalézají široké uplatnění zvláště ve strojírenství a elektrotechnice. Součástí naší
školy je svařovací škola a v této oblasti se také kladou požadavky na studenty, aby uměli správně
číst technickou dokumentaci. K těmto účelům je v učební pomůcce uveden příklad svařované
konzoly i s pevnostní analýzou.
Systémy CAD umožňují efektivní tvorbu 2D technické dokumentace, 3D modelů budoucích
výrobků, generování G - kódů pro CNC stroje. CAD systémy pronikají do mnoha odborných
předmětů a praktického vyučování naší technicky zaměřené školy. CAD a CAM technologie jsou
nástroji výroby s nimiž žáci pracují v praktickém vyučování což umožňuje vytvořit model
provázané výuky teoretického a praktického vyučování .
Snažíme se o rozšíření profesní gramotnosti našich žáků v návaznosti na stav průmyslové praxe
v EU, vytvoření podmínek pro trvalou přípravu studentů na další studium, průběžně rozvíjet jejich
profesní zdatnost a usnadnit tak jejich uplatnění na trhu práce.
6
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
1 CAD SYSTÉMY
Obrázek 1: Rozdělení CAD systémů
CAD systémy (Computer Aided Design) jsou programové nástroje určené pro použití ve všech
etapách výrobního procesu, ve vývoji, konstrukci a technologické přípravě výroby. Oblast CAD je
jen jednou součástí, kde došlo k nasazení výpočetní techniky v průmyslu. Souhrnně je toto nasazení
označeno jako CA technologie. Zkratka CAx znamená Computer Aided – počítačová podpora. CAx
technologie znamenají účelné a maximální využití nasazení prostředků výpočetní techniky
(technického i programového vybavení), které podporuje tvůrčí přístup uživatele (konstruktéra,
technologa, výpočtáře a dalších profesí) při řešení úloh souvisejících s výrobním procesem.
1.1 Rozdělení CAx technologií do oblastí
•
•
•
•
•
•
•
•
CAD
CAP
CAPP
CAQ
CAPE
CAE
CAM
CIM
Computer Aided Design, počítačem podporované konstruování
Computer Aided Programing, počítačem řízená technologie prucesů
Computer Process Planning, počítačem podporované plánování procesů
Computer Intergarted Quality, počítačem podporovaná kontrola kvality
Computer Aided Production Engineering, počítačem řízená produkce
Computer Aided Engineering, počítačem podporované výpočty (FEM)
Computer Aided Manufacturing, počítačem podporovaná výroba
Computer Integrated Manufacturing, počítačově integrovaná výroba
7
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Zkratka CAD – Počítačová podpora konstruování, zahrnuje všechny programové nástroje určené
pro proces technologií konstruování. Znamená to, že slouží k návrhu a optimalizaci konstrukčního
řešení. Samotnou oblast CAD technologií lze dále rozdělit na jednotlivé oblasti, například takto:
•
CADD
Computer Aided Design and Drafting
•
CAPD
Computer Aided Pipe Design
•
FEM
Finite Element Method (v tomo případě je častěji používána zkratka CAE –
Computer Aided Engineering
•
GIS
Geografical Information System
•
CAM
Computer Aided Manufacturing
Všechny CAD systémy jsou nástroje. Z toho důvodu je k nim potřebné i přistupovat. Samotná
znalost libovolného CAD systému v žádném případě nezaručí, že ten, kdo bude se systémem
pracovat, bude dobrým konstruktérem.
Nasazení CAD technologií přineslo kvalitativní posun v metodice konstruování. CAD systémy
prošly několika vývojovými etapami. Všechny etapy byly dány vývojem výpočetní techniky. Sálové
počítače dovolovaly vytvářet dvourozměrnou výkresovou dokumentaci, pracovní stanice dokázaly
vykreslit na vektorové obrazovce trojrozměrné objekty (1), jejichž tvary byly zadány souřadnicemi
z klávesnice. Nástupem osobních počítačů se mnohem více zpřístupnila možnost vytváření
výkresové dokumentace. Zvýšením výkonu osobních počítačů bylo umožněno trojrozměrné
modelování, převod modelů do výkresové dokumentace a jejich následné vizualizace a animace.
V procesu konstruování se plně využívá CAD systémů, což poskytuje tyto výhody:
•
snadná spolupráce mezi zainteresovanými pracovníky
•
snadná tvorba velkého počtu variant a modifikací návrhu
•
využití optimalizačních metod
•
dokonalý informační systém
Činnosti, které musí konstrukce zajišťovat v procesu konstruování:
•
zadání technického úkolu a zpracování technických podmínek
•
předběžné výpočty s vypracováním projektu
•
normalizační a technicko-ekonomické zhodnocení návrhu
•
zhotovení výkresů sestav a výrobních výkresů, schémat zapojení
•
zhotovení kusovníků, kontrolních sestav a montážních výkresů
•
účast při výrobě prototypu nebo přímo při zahájení výroby, opravy výkresové dokumentace
8
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
•
návrhy na externí objednávky, podklady pro balení a dopravu výrobku
•
návody na obsluhu a užívání výrobku, vytvoření prospektů
Proces konstruování lze rozdělit do těchto kroků:
•
prozkoumání požadavku
•
definice problému
•
syntéza
•
analýza a optimalizace
•
vyhodnocení
•
provedení projektu
Konstruování součástí může být charakterizováno jako zpracování databáze, která obsahuje
geometrické a materiálové charakteristiky dané součásti. Na základě této databáze jsou
vygenerovány výkresy pro výrobu. Metoda CAD je tedy sled počítačově podporovaných kroků,
které končí výrobou. CAD nelze zaměňovat za pouhé kreslení nebo modelování. Počítačová grafika
je sice důležitou součástí CAD, ale podstatnou částí je analýza (například pevnostní výpočty)
součásti před zahájením výroby, čím se projeví velká časová úspora.
Moduly CAD je možné rozdělit do čtyřech kategorií:
•
geometrické modelování
•
inženýrská analýza
•
posouzení konstrukce
•
vypracování a vyhotovení výkresové dokumentace
Inženýrská analýza spočívá v nalezení vhodného popisu součásti, stanovení rozměrů a designu celé
konstrukce, vyrobitelnosti a pevnosti součásti. Kreslení výkresové dokumentace spočívá ve
vytvoření jednotného vzhledu výkresů a přizpůsobení pro rychlý výstup na kreslícím zařízení nebo
tiskárnu. (2)
Kontrolní otázky:
1. Co znamená v konstrukční technologii označení CAD a CAM.
2. Proces konstruování je složen z několika zásadních činností, vyjmenujte které to jsou.
3. Vyjmenujte některé hlavní výhody nasazení CAD systémů v konstrukci a také výhody
propojení s CAM systémem ve výrobní procesu.
9
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
2 DOSTUPNÉ CAD SYSTÉMY V SOUČASNOSTI
Používání CAD aplikací v předvýrobní etapě zejména strojírenské výroby je v současné době již
běžnou záležitostí v převážné většině firem. Z hlediska zkušeností pracovníků a v neposlední řadě
také z hlediska historického vývoje českých firem v posledním desetiletí patří mezi často používané
softwarové produkty například MicroStation, Solid Works, Solid Edge, Pro/Engineer, DesignSpace,
Cadkey, Catia, Unigraphics. Velmi rozšířeným je však v ČR zejména software firmy Autodesk.
Dnes jsou to produkty AutoCAD 2000 až 20011 (nejnovější verze) pro práci ve 2D, déle pak
Mechanical Desktop 4 a Mechanical Desktop 2011 pro práci ve 3D. Pro potřebu adaptivního
parametrického modelování byl vyvinut Autodesk Inventor, v současné době verze 11.
SolidWorks
Software SolidWorks Premium sjednocuje širokou škálu nástrojů 3D strojírenského navrhování,
ověření návrhu, správy produktových dat, komunikace návrhu a nástrojů pro zvýšení produktivity
do jediného, cenově dostupného balíku. Software SolidWorks Simulation umožňuje otestovat vámi
navržený výrobek v reálných provozních podmínkách dříve, než je odeslán do výroby, čímž šetří
čas a náklady vynaložené na tvorbu fyzických prototypů.
Produkty:
•
Software SolidWorks Simulation Premium
•
Software SolidWorks Simulation Professional
•
Software SolidWorks Flow Simulation
www.solidworks.cz
NX
NX (dříve Unigraphics) je komerční CAD/CAM/CAE program pro podporu činností v konstrukci a
výrobě. Umožňuje provést ideový návrh, výpočty, simulace a analýzy, modelování jednotlivých dílů
i celých sestav, tvorbu výkresové dokumentace, programování NC obráběcích a měřících strojů,
simulaci obrábění, kontrolu kvality, správu dat a projektů a integraci do podnikového informačního
systému.
NX je moderní modulární systém s plnou asociativitou všech spolupracujících modulů, postavený
nad jednotnou grafickou objektově orientovanou databází. To umožňuje souběžnou práci týmu
řešitelů (Collaborative Engineering). V praxi to znamená, že již v určité fázi rozpracovanosti
modelu lze současně provádět pevnostní a kinematické výpočty, případně i další analýzy a
simulace. Souběžně s projektanty mohou konstruktéři zpracovávat výkresovou dokumentaci,
technologové mohou připravovat NC programy. Tzv. Master Model Koncept zajišťuje jednoznačné
provedení změn ve všech těchto navazujících činnostech. Znamená to, že model je určujícím
prvkem, na němž jsou prováděny všechny modifikace, které se přenášejí do všech rozpracovaných
aplikací.
www.plm-siemens.cz
Autodesk Inventor
Autodesk Inventor je světově nejprodávanější CAD aplikace pro strojírenskou 3D konstrukci výkonná aplikace od Autodesku, výrobce nejrozšířenější CAD aplikace - AutoCADu. Ve světě bylo
dosud (7/2008) instalováno přes 800.000 licencí Inventoru (každých 5 minut přejde někdo na
Inventor). Firma CAD Studio je autorem českých lokalizací Inventoru a dodavatelem Inventoru i
podnikových řešení postavených na této CAD aplikaci.
10
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Autodesk Inventor vám umožní:
•
být produktivní již od prvního dne jeho použití
•
pracovat s obzvláště vysokým výkonem při rozsáhlých sestavách
•
vytvářet náčrty s prvotním řešením funkčnosti a následným řešením tvaru
•
používat existující DWG výkresy AutoCADu
•
intuitivně vytvářet a modifikovat konstrukční sestavy
•
zachytit, sdílet a opakovaně využívat konstrukční znalosti
•
pracovat paralelně v širším týmu konstruktérů
•
používat konstrukční údaje o výrobku kdykoliv a kdekoliv
•
pracovat s rozhraním, které sleduje vaše pracovní postupy
•
vytvářet 2D výkresovou dokumentaci rychleji a přesněji než pomocí 2D CAD nástrojů
www.autodesk.cz
2.1 Co umí modul FEM/MKP v Autodesk Inventor Professionalu
•
Aplikovat zatížení a vazby (reakční síly) na součást
•
Měnit hrubost sítě – volba hustoty sítě elementů
•
Volba typu analýzy – zátěžová, modální nebo obě
•
Volba různých režimů v zobrazení včetně barev a jejich rozestupů
•
Simulace chování součástí - animace
•
Generování zpráv
2.2 Co neumí modul FEM/MKP v Autodesk Inventor Professionalu
•
Modul neumí výpočty na sestavách, ale jen na jednotlivých modelech
•
Umožňuje použití materiálů, které mají stejnorodé vlastnosti ve všech směrech v prostoru a
lineárně závislé.
•
Je určen pro výpočty statických úloh, kdy se zatížení s časem nemění
•
Nelze řešit nestabilní úlohy – např. pruty namáhané na vzpěr
V následujícím textu se zaměříme na CAD systém Autodesk Inventor. Zajímavostí tohoto produktu
je, že byla uvolněna školní licence pro učitele a studenty. Podmínkou je registrace která je vázaná
na školy uvedené v databázi firmy Autodesk. Student navštěvující školu, která je zařazena do
Autodesk Academia Programu získá i další zajímavé výhody. O členství v Autodesk Academia
Programu se může ucházet každá česká a slovenská škola akreditovaná jako vzdělávací instituce u
Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy.
www.autodeskclub.cz/student
11
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Kontrolní otázky:
1. Vyjmenujte některé dostupné programové produkty v oblasti konstrukčních systémů CAD.
2. Jaký je hlavní rozdíl mezi parametrickým a neparametrickým konstruováním.
3. K čemu slouží FEM modelář (některé aplikace).
4. Do jaké kategorie CAD systémů patří Autodesk Inventor. (3D parametrický, 2D, jiný...)
5. Jaký typ licence programového vybavení lze použít pro školy a vzdělávací střediska
v oblasti CAD technologií.
12
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
3 KONSTRUOVÁNÍ V PROGRAMU AUTODESK INVENTOR
Program Autodesk Inventor je zcela parametrický CAD systém, proto je zde dodržena zásada
náčrtových návrhů, které se následně propojí vazbami a kótami, které řídí geometrii obrazce. Typy
vazeb jsou jak numerické co do rozměrů, tak geometrické.
3.1 Pravidla při tvorbě náčrtu součástí
Náčrt by měl být co nejjednodušší a nakreslen „od ruky“. Úpravy tvaru součásti, jako je např.
sražení nebo zaoblení lze provést na hotovém modelu s použitím daných funkcí. Pokud tyto úpravy
nakreslíme již do náčrtu, tak musíme vše zakótovat a přidat patřičné vazby, což může zhoršit
stabilitu náčrtu.
Postupujeme systémem náčrt - vazby - kóty. Nakreslíme náčrt od ruky bez umístění v souřadném
systému a bez přesného nadefinování rozměrů. Poté použijeme vazby na jednotlivé entity a náčrt se
sám tvarově upraví. Pro určení přesných rozměrů náčrt okótujeme.
Pro přesné definování součásti je nutné použít 2D vazby jako je např. rovnoběžnost, tečnost,
kolmost a pod. Náčrt okótujeme pomocí hlavních kót a kótami, které jsou nutné pro dodržení tvaru
a rozměrů náčrtu. Nemusí se kótovat vše, ale je nutné promyslet, jak hotovou součást využijeme –
např. do dalších sestav a zda se podle ní budou upravovat rozměry dalších součástí (délky šroubů,
čepů a pod.)
Pokud je náčrt zakreslen se všemi vazbami, tak se probarví černě a tím nám dává najevo jeho
kompletní zadání. Jestliže nejde něco dokreslit nebo upravit, je nutné zkontrolovat 2D vazby,
eventuálně některé vazby odstranit.
3.2 Drobné rady pro usnadnění kreslení náčrtu
Pokud potřebujete nakreslit oblouk tečně navazující na úsečku, použijte příkaz úsečka a klikněte
levým tlačítkem myši na koncový bod nějaké existující úsečky, držte levé tlačítko a tažením myší se
vykreslí se tečný oblouk.
Pokud potřebujete nakreslit kolmici k úsečce, použijte příkaz Úsečka a klikněte levým tlačítkem
myši na existující úsečku a se stisknutým levým tlačítkem myší pohybujte. Takto se vykreslí
kolmice od úsečky směrem ke kurzoru.
Pokud potřebujete nakreslit tangentu ke kružnici nebo oblouku, po stisku příkazu Úsečka klikněte
na kružnici a se stisknutým levým tlačítkem myši táhněte a dojde k nakreslení tangenciální úsečky v
jakékoliv poloze kurzoru.
Pokud potřebujete nakreslit radiály ke kružnici nebo oblouku, tak je postup stejný s předchozím
případem s tím rozdílem, že se myší táhnete radiálně. Pak se již vykreslují jen radiály v každé
poloze kurzoru.
Pokud potřebujete nakreslit křivku tak, aby byla tečnou k úsečce, použijte příkaz Spline, klikněte
levým tlačítkem myši na koncový bod úsečky a držením levého tlačítka myši a táhnutím se nakreslí
křivka tečná k úsečce.
Pokud není aktivní žádný příkaz, můžete použít stisk pravého tlačítka myši k vyvolání lokální
nabídky, kde je možné využít pro práci v Inventoru běžné nejpoužívanější příkazy.
Pokud používáte pro zrychlení kreslení tzv. horké klávesy, tak je zde uveden jejich přehled. Některé
13
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
z nich jsou aktivní pouze v určitých prostředích.
Program Autodesk Inventor se používá nejen pro kreslení jednotlivých součástí, ale hlavně ke
zkompletování celých sestav a případně k animacím jednotlivých komponent v sestavách. Je proto
nutné, aby výkresy součástí i sestav byly uloženy ve stejném projektu – adresáři. Při tvorbě sestav
dochází k propojení mezi jednotlivými díly a je potřeba zajistit správné propojení mezi soubory.
Pokud přemístíte nějaký soubor na jiné místo, než byl původně při tvorbě sestav, dochází k narušení
propojení.
14
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
3.3 Seznam užitečných kláves a příkazů
Klávesa
výsledek
F1
Nápověda pro aktivní příkaz nebo dialog.
F2
Panoramuje grafické okno.
F3
Přibližuje nebo oddaluje v grafickém okně.
F4
Otáčí objekty v grafickém okně.
F5
Vrátí se do předchozího pohledu.
B
Přidá pozici do výkresu
C
Přidá vazbu sestavy
D
Přidá kótu do náčrtu nebo výkresu
E
Vysune profil
F
Přidá rámeček tolerance do výkresu
H
Přidá konstrukční prvek díra
L
Vytvoří úsečku nebo oblouk
O
Přidá staniční kótu
P
Umístí komponent v aktuální sestavě
R
Vytvoří konstrukční prvek rotace
S
Vytvoří náčrt na ploše nebo rovině
T
Posunuje součástí v aktuálním prezentačním souboru
Esc
Delete
Backspace
Ukončí příkaz
Vymaže vybrané objekty
Při aktivním nástroji Čára odstraní poslední nakreslený úsek
Alt + protažení myši V sestavách použije vazbu proti sobě. V náčrtu posunuje tvarovými body
Ctrl + posunutí
Přidá nebo odstraní objekty z výběrové množiny
Shift + klepnutí
pravým tlač.
Aktivuje nabídku nástrojů pro výběr
Ctrl + Y
Aktivuje funkci Znovu (vezme zpět poslední akci)
Ctrl + Z
Aktivuje Zpět (vrátí zpět poslední akci)
Mezerník
Když je aktivní nástroj 3D rotace, přepíná mezi dynamickou rotací a
standardními izometrickými pohledy a pohledy jedné roviny.
Tabulka 1: funkční klávesy
V tabulce 1 je zkrácený výpis příkazů programu Autodesk Inventor a to hlavně z důvodu vytváření
prvního projektu s tímto programem. Jeho možnosti mnohonásobně převyšují tuto učební pomůcku
určenou pro první seznámení s modelováním 3D součástí a jejich analýzy.
15
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Kontrolní otázky:
1. Popište v několika krocích postup kreslení náčrtu v prostředí Autodesk Inventor.
2. U neparametrického konstruování geometrie obrazce řídí kóty. Jak je to u parametrického
konstruování?
3. Jaké konstrukční (grafické) výstupy je program Autodesk Inventor schopen produkovat
4 TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ V AUTODESK INVENTORU
Návrh nového výrobku se skládá nejen z tvorby vlastní geometrie. V řadě případů již konstruktér je
tím, kdo musí správně zvolit technologii výroby daného dílu, podsestavy nebo sestavy. S
technologií svařování musí počítat již konstruktér. (3)
Nejen, že musí při tvorbě nového dílu zvážit materiál s ohledem na svařitelnost a mechanické
vlastnosti, ale musí správně dimenzovat velikosti svarů z hlediska jejich únosnosti při budoucím
zatížení.
Toto zvážení je z jedné strany dáno technickými požadavky, z druhé strany ekonomickými hledisky,
které výrazně ovlivňují výslednou cenu produktu. V oblasti tvorby podsestav a sestav si své místo
stále častěji nachází svařování. Svařování je technologií, která se zabývá tvorbou nerozebiratelných
spojení jednoho nebo více dílů. Při svařování dochází k natavení materiálu a k vzniku svaru.
Podmínkou vzniku kvalitního spoje je technologická vlastnost, kterou nazýváme svařitelnost.
Existuje celá řada způsobů svařování, ale bezesporu jedním z nejpoužívanějších je svařování v
ochranné atmosféře.
Obrázek 2: Ukázka tvorby z Autodesk Inventoru
Svařování je často označováno jako technologie budoucnosti (Inventor)
Autoři CAD aplikací se proto snaží svým uživatelům usnadnit návrh svařovaných dílů pomocí
16
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
speciálně tomu určených funkcí a modulů. U 2D systémů se jedná především o pomůcky pro
výpočet svarů a jejich správné kótování (TDS-Technik), u 3D systémů se maximálně využívá
filosofie „napřed modeluj a pak kresli výkres“. Parametrické modeláře proto obsahují nástroje, které
umožňují navrhovat svarek tak, jak bude vyráběn. Všechny tyto operace se zobrazují v prohlížeči
sestavy jako samostatné položky:
• modelování, modelování součástí sestavy
• příprava,
zahrnuje všechny operace nutné pro vytvoření svaru (například úkosy)
• svařování
obsahuje výkonné nástroje pro generování svarů a jejich značek
• obrobení
umožňuje výsledný svarek obrobit s ohledem na přídavky materiálu
Obrázek 3: Tvorba svarů v Autodesk Inventoru
Technologické operace jsou zobrazovány přímo v návrhu svarku. Samozřejmě všechny tyto fáze
jsou zdrojem informace pro budoucí tvorbu výkresové dokumentace a případné kontrolní výpočty.
Součástí moderních 3D aplikací jsou také integrované pomůcky pro návrh vhodné velikosti svaru a
jeho kontroly pro danou dimenzi svarku.
Obrázek 4: Dialog pro výběr typu namáhání svaru
Jednotlivé úkony se zaznamenávají v prohlížeči sestavy a lze je spojit s výpočty
17
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
4.1 Vytváříme 3D model
Po vytvoření náčrtu geometrie součásti lze přejít do jejího 3D modelování. Tyto kroky nyní budou
zobrazovány postupně za sebou na ilustrační příkladu:
4.2 Příklad – svařovaná konzola
Zadaní:
Navrhněte svařovanou konzolu podle náčrtu. Vytvořte 3D model sestavy konzoly, převeďte konzolu
na svařenec, proveďte pevnostní analýzu a na závěr z dosud utvořených souborů sestavte
výkresovou dokumentaci včetně označení použitých svarů.
Náčrt konzoly:
Obrázek 5: Zadání rozměrů konzoly
18
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Parametry konzoly a jejího zatížení:
součást
popis
parametr
hodnota
jednotky
výška
h1
200
mm
šířka
b1
100
mm
tloušťka
s1
12
mm
výška
h
130
mm
vyložení nosníku
l
232
mm
tloušťka
s2
12
mm
délka
c
80
mm
šířka
a
50
mm
tloušťka
s3
8
mm
Zatěžující síla
F
7500
N
Základová deska
Žebro
Příložka
Tabulka 2: rozměry a zatížení konzoly
Parametry svarů konzoly:
součást
popis
parametr
hodnota
jednotky
Svar
žebro – základová
deska
Koutový svar
t1
6
mm
Svar
žebro - příložka
Koutový svar
t2
4
mm
Svary
Dovolené napětí
τDS
70
MPa
Tabulka 3: parametry svarů
Nejdříve si vytvoříme náčrty jednotlivých dílů konzoly. Pokud spustíme program Inventor, tak
budeme mít přednastaven režim tvorby náčrtu, jinak je možné se přepnout pomocí příkazu 2D náčrt.
V režimu náčrt provedeme kótování se zadanými rozměry. Snažíme se o přesné kótování, protože
jej v následujícím konstruování využijeme. Všechny díly konzoly převedeme do třírozměrné
součásti pomocí příkazu vysunutí (E) a uložíme jednotlivé součásti konzoly.
19
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Obrázek 8: Příložka
Obrázek 6: Základna
Obrázek 7: Rameno
S dílů vytvoříme sestavu konzoly, kterou následně převedeme na svařenec. Inventor nám po této
operaci nabídne možnosti svarů. V dialogovém okně vybereme typ a parametry svarů s možností
vytvořit kótu.
Obrázek 9: Vytvořený svařenec
20
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Obrázek 10: Dialog pro kótování svaru
Jakmile máme vybrán typ svarů přistoupíme k zadání ploch, které mají být svařeny. Postup
zadávání ploch opakujeme pro všechny svary. Po zadání všech svarů přistoupíme k pevnostní
analýze svařence. Podrobný popis kótování svarů je možné nalézt v (4) a také v příloze č.1
4.3 Analýza součásti
Pro pevnostní analýzu program Inventor používá řadu numerických metod. Nejvýznamnější je
metoda konečných prvků. Obecně platí, že metoda konečných prvků (MKP) je numerická metoda
sloužící k simulaci průběhů napětí, deformací vlastních frekvencí, proudění tepla jevů
elektromagnetismu, proudění tekutin atd. na vytvořeném fyzikálním modelu. Její princip spočívá v
diskretizaci spojitého kontinua do určitého (konečného) počtu prvků, přičemž zjišťované parametry
jsou určovány v jednotlivých uzlových bodech. MKP je užívána především pro kontrolu již
navržených zařízení, nebo pro stanovení kritického (nejvíce namáhaného) místa konstrukce. Ačkoliv
jsou principy této metody známy již delší dobu, k jejímu masovému využití došlo teprve s nástupem
moderní výpočetní techniky. MKP nachází uplatnění v mnoha oborech při vývoji produktů,
zpravidla v oblasti strojního inženýrství (např. letecký a automobilní průmysl, biomechanika).
Některé moderní MKP programy obsahují specifické nástroje (tepelné, elektromagnetické, fluidní a
strukturální simulace). MKP umožňuje detailní zobrazení struktur při ohýbání nebo kroucení,
kompletní návrh, testování a optimalizaci ještě před vyrobením prototypu.
21
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Tento mocný nástroj pro navrhování výrazně zlepšil i úroveň technických výkresů a způsob
konstruování v mnohých průmyslových aplikacích. Zavedení MKP se výrazně snížila doba, od
původního návrhu k hotovému výrobku. Stručně řečeno, k výhodám MKP patří především virtuální
proto-typování, méně fyzických prototypů, rychlejší a méně nákladný konstrukční cyklus, zvýšení
produktivity a snížení nákladů.
Pro naši svařenou konzolu vybereme příkaz „Pevnostní analýza“. V dialogu je nutné zadat velikost
síly a body ve kterých působí na konzolu. Také je potřebné zadat pevnou vazbu, v našem případě se
jedná o základnu konzoly. Pro úspěšný výpočet pevnostní analýzy ještě určíme z jakého materiálu
má být konzola vyrobena, pro náš příklad zadáme materiál – měkká ocel. Ještě máme možnost
zadat parametry sítě. Čím větší je počet uzlů sítě, tím náročnější je výpočet na čas a prostředky
výpočetní techniky. Menší počet uzlů nám snižuje přesnost numerického modelu a soustava se jeví
tužší než ve skutečnosti. Prakticky je třeba nalézt vhodný kompromis ve spojení se zkušeností
konstruktéra a technologa.
Pokud vše proběhne v pořádku můžeme spustit simulaci. Po výpočtu dostaneme následující
obrázek.
Obrázek 11: Pevnostní analýza svařené konzoly
Zobrazeno je redukované napětí působící v materiálu konzoly. Z hlediska technologa je možné se
zaměřit na namáhání svarů a dovolené napětí v materiálu. Z hlediska konstruktéra zase na
22
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
deformaci způsobenou zatěžovací silou.
Energetická teorie smykových napětí - von Mises (Huber, Mises, Hencky) HMH Tato teorie nejlépe
vyhovuje výsledkům zkoušek pro houževnaté materiály a její algoritmus je přednastaven v metodě
konečných prvků FEM programu Autodesk Inventor. (5)
Pomocí nástroje sonda lze lokálně vyšetřit hodnoty napětí nebo lze vytvořit kompletní sestavu
analýzy, která obsahuje obrazce namáhání ve všech osách a deformace součásti.
Kontrolní otázky:
1. Jaké programové nadstavby se používají při tvorbě svařenců pro 2D a 3D modelování?
2. Jaká nejvýznamnější numerická metoda je použita pro pevnostní analýzu v prostředí
Autodesk Inventoru?
3. Co je výsledkem pevnostní analýzy (FEM) v programu Autodesk Inventor?
4.4 Tvorba výkresové dokumentace
Poslední částí našeho příkladu bude vytvoření výkresové dokumentace z dosud připravených dat.
V programu Inventor je zcela jiný postup tvorby výkresů než v programech typu AutoCADu.
Samotný model se již nekreslí, ale použije se vymodelovaných částí, které se „obtisknou“ na plochu
výkresu. Dále se již pouze upravují pro větší přehlednost, zobrazují se řezy nebo odvozené pohledy,
a upravují se kóty.
Z nabídky nových souborů vybereme možnost „Norma.idw“, což jsou soubory výkresů Inventoru.
Tyto výkresy jdou samozřejmě exportovat do velkého množství formátů - *.dwg, *.dwf nebo
i formátů obrázkového typu *.jpg apod. Po načtení výkresu se nám objeví formát A2
s předdefinovaným razítkem. Můžeme si tedy upravit razítko podle svých požadavků. V prohlížeči
si najdeme symbol razítka a zvolíme „Upravit definici“.
Další možnou úpravou výkresu je změna formátu. Výchozí formát je nastaven na A2. Protože
budeme nyní kreslit jen jednu součást, nastavíme výkres na A3. V prohlížeči klepneme pravým
tlačítkem na „List“, a zvolíme „Upravit list“. V dialogu vybereme požadovaný formát. Pokud
chceme, můžeme ještě provést další úpravy, jako např. umístění razítka.
Spustíme příkaz „Základní pohled“ , kde se nám zobrazí dialogové okno výkresových pohledů.
Zvolíme si součástku, kterou chceme zobrazovat , a můžeme si všimnout, že se nám již modeluje
skica budoucího pohledu . Dále si určíme typ pohledu, který zobrazíme , a nastavíme viditelnost
hran, pro náš případ skryjeme neviditelné hrany . V nastavení na dalších kartách můžeme např.
zobrazit tangenciální hrany, což je mnohdy hodí, v tomto případě to však nemá smysl.
Dalším krokem bude vygenerování kót. Kóty se samozřejmě dají dodat ručně, je zde však pomůcka,
která nám zajistí obnovení kót z náčrtků při modelování tělesa. Při kompletnosti okótovaného tvaru
23
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
v náčrtku černala geometrie tělesa a tím nám program hlídal kompletnost kótování. Toho nyní
využijeme, když zpětně vygenerujeme rozměry, a máme jistotu, že budou kompletní. Stiskneme
tedy pravé tlačítko myši a z kontextové nabídky vybereme příkaz „Obnovit rozměry“. Poté v
dialogu vybereme pohled, který máme ve výkrese jediný, a vybereme rozměry, které chceme
obnovit, můžeme klidně všechny. Výsledek by měl vypadat následovně:
Obrázek 12: Výkres konzoly
Poslední úpravou, kterou ve výkresu provedeme je doplnění údajů v razítku. Část údajů v razítku je
vložena napevno, jako předepsané kolonky, a část je vyplňována vlastnostmi výkresu. Klepneme
tedy pravým tlačítkem myši na textové pole v prohlížeči modelu a zvolíme „Upravit textové pole“.
Na závěr jedno malé upozornění. Program Autodesk Inventor je velice rozsáhlý systém, je možné
ve výkresovém prostoru využít všech předem nastavených hodnot v modelovém prostoru a tím tak
práci automatizovat, ovšem je nutné si uvědomit, že výkresový prostor umožňuje konstruktérovi již
volnější přístup k editování symbolů a značek ve výkrese a je na jeho zodpovědnosti jak bude
vypadat celkový výstup.
Toto byl pouze skromný úvod do možností programu Inventor, jeho funkce daleko přesahují rámec
této učební pomůcky, proto berte výše uvedený příklad jako motivaci pro další studium této oblasti
CAD systémů.
24
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Kontrolní otázky:
1. Objasněte rozdíly mezi modelovým a výkresovým prostorem.
2. Jak je možné přenést hodnoty rozměrů součásti do výkresového prostoru jako kóty?
3. Je možné úplně spoléhat na automatizaci kótování v prostředí programu Inventor?
4. Ve kterém editačním prostoru se provádějí změny geometrie součásti?
5. Jak lze jednoduše změnit typ svaru na svařenci?
6. Programem vytvořený svarek představuje: sestavu, množinu dílců nebo jednu součást?
25
Studijní opora
Dělení technických materiálů,
svařování speciálních materiálů HARDOX, WELDOX
Seznam tabulek
Tabulka 1: funkční klávesy.................................................................................................................15
Tabulka 2: rozměry a zatížení konzoly...............................................................................................19
Tabulka 3: parametry svarů................................................................................................................19
Seznam obrázků
Obrázek 1: Rozdělení CAD systémů....................................................................................................7
Obrázek 2: Ukázka tvorby z Autodesk Inventoru..............................................................................16
Obrázek 3: Tvorba svarů v Autodesk Inventoru.................................................................................17
Obrázek 4: Dialog pro výběr typu namáhání svaru............................................................................17
Obrázek 5: Zadání rozměrů konzoly..................................................................................................18
Obrázek 6: Základna...........................................................................................................................20
Obrázek 7: Rameno............................................................................................................................20
Obrázek 8: Příložka............................................................................................................................20
Obrázek 9: Vytvořený svařenec..........................................................................................................20
Obrázek 10: Dialog pro kótování svaru..............................................................................................21
Obrázek 11: Pevnostní analýza svařené konzoly................................................................................22
Obrázek 12: Výkres konzoly..............................................................................................................24
Seznam použité literatury
1: Iva Horová, 3D modelování a vizualizace v AutoCADu, 2006,80-251-0900-3
2: Martin Polpelka, Technické výkresy v AutoCADu, 2003,80-7226-559-8
3: Ing. Jaroslav Kletečka, Technologie svařovaní, 2010
4: Ing. Zdeněk Malina, Základní kurz svařování MIG/MAG, 80-85771-19-X
5: Ing. Petr Fořt, Ing. Jaroslav Kletečka, Autodesk Inventor, 2007,978-80-251-1773-6
26