Гайд, как из дизайн-проекта сделать модели корпусных деталей, готовых к производству
Введение
Зачастую дизайн-проект корпусных изделий заказывается не у конструкторских бюро, которые предлагают полный цикл разработки, а у промышленных дизайнеров. Инженеры, получившие такой дизайн-проект, сталкиваются с рядом сложностей.
Как правило, дизайнер работает в отличном от инженеров ПО и напрямую вносить корректировки в полученный проект невозможно.
Ещё одной сложностью можно назвать нетехнологичность полученной от дизайнера модели. По нарисованному проекту невозможно изготовить реальное изделие, так как он отражает только внешний вид конечной конструкции и не учитывает особенности производства.
В частности, в пластиковых деталях не учтены технологические уклоны, а их отсутствие ведет к увеличению производственных издержек. При литье в силиконовую форму — это снижает ресурс формы, при литье на термопластавтоматах — усложняет оснастку. Для вакуумной формовки возможность извлечения детали из формы является критически важным параметром, так как готовая деталь без технологических уклонов будет несъемной.
Такие сложности не позволяют инженеру напрямую работать с полученным дизайн-проектом. Приходится его перерабатывать, адаптируя к реальной конструкции и реальным производственным технологиям, а процесс адаптации отнимает немало времени и связан с разными изначально неочевидными нюансами проектирования.
В этой статье я опишу поэтапную методику разработки корпусных деталей сложной формы от дизайн-проекта до готового к производству набора деталей, рассмотренную на примере разработки корпуса колонны рентгеновского аппарата.
Исходный дизайн-проект
Шаг 1. Создаем объем на основе дизайн-проекта
Первым шагом в разработке корпусных деталей является создание детали базовой геометрии на основе полученного дизайн-проекта. Это фундамент, на котором строится дальнейшая разработка.
Вне зависимости от того, в совместимой или нет CAD-системе был выполнен дизайн-проект, я рекомендую конструктору всегда отрисовывать эту деталь самостоятельно, стараясь по минимуму отклоняться от модели дизайнера. При этом каждый элемент базовой геометрии должен быть образмерен, а использование элементов, нарисованных «от руки» (сплайны, кривые и т.п.) крайне нежелательно.
Далее необходимо вставить деталь базовой геометрии в модель сборочной единицы изделия и проверить, все ли элементы конструкции закроет будущий корпус, будут ли обеспечены необходимые зазоры, а также проверить соблюдение прочих требований к конструкции.
Деталь базовой геометрии, совмещённая с конструкцией изделия
Чем больше нюансов конструктор продумает на этом этапе, тем меньше проблем возникнет впоследствии.
Шаг 2. Разбиваем объем на отдельные детали
На следующем этапе необходимо от общего объема перейти к отдельным деталям.
Модель каждой детали создаётся производной от детали базовой геометрии (для Solidworks: Элементы ⟶ Вставить деталь, для Компас 3D: Моделирование ⟶ Добавить деталь-заготовку), что позволит корректировать все детали, внося правки только в базовую геометрию. Так пропадает необходимость изменять каждую модель по отдельности, и сводится к минимуму риск получить несовпадающие по размеру детали.
После чего от базовой геометрии отсекается всё лишнее для данной детали и формируются технологические уклоны. Иногда имеет смысл технологические уклоны делать уже в базовой геометрии, если один и тот же уклон затрагивает форму нескольких деталей.
Далее заготовкам придаётся толщина и обрезаются ненужные части поверхностей. Готовые модели необходимо вставить в модель сборочной единицы изделия, также привязав их к исходной точке детали базовой геометрии.
Тонкостенные модели деталей будущих кожухов
Шаг 3. Проектируем соединения деталей
При использовании дорогостоящих технологий, например, литья под давлением, возможно выполнить аккуратный и технологичный стык. Если применять менее дорогостоящие способы, например, вакуумную формовку или выкладку стеклотканью, придется использовать соединение внахлест. Смоделировать такое соединение для плоских поверхностей не составит труда, однако при работе с деталями сложной формы (в нашем случае, стык переднего и бокового кожухов), придется использовать дополнительные инструменты.
Соединение двух кожухов внахлёст
Hidden text
На боковом кожухе нет элементов переднего кожуха и просто соединить детали не получится. Осложняет задачу и сама поверхность соединения: она длинная, следовательно, прямая стыковка приведет к искажению листа материала и видоизменению корпуса. Поэтому в данном случае удобнее сделать соединение внахлест.
В модели детали, которая будет заходить под другую деталь, лишняя геометрия не обрезается. Вместо этого необходимо разбить модель на два тела — видовую часть и часть, на которую будет ложиться встречная деталь. Дальше инструментом смещения поверхностей необходимо освободить пространство, куда будет ложиться встречная деталь, а также добавить места под технологические зазоры между деталями. Также на этом этапе можно фасками добавить пространство для технологических радиусов (если их требует предполагаемая технология изготовления).
Смещение поверхности в области стыка
После того как наружная и внутренняя детали в сборке изделия перестанут интерферировать, необходимо скомбинировать тела внутренней детали, добавить необходимые скругления и оболочкой сформировать тонкостенную деталь. После чего важно проверить деталь на наличие необходимых уклонов — в работе с такой сложной геометрией не всегда просто уследить за ними.
В итоге должны получиться модели всех кожухов, проработанные с точки зрения технологии и соединения между собой.
Шаг 4. Разрабатываем крепление деталей между собой и с элементами конструкции
В современном дизайне правилом хорошего тона является отсутствие крепежа на видовых поверхностях готового изделия. При использовании метода вакуумной формовки это решается приваркой ультразвуком с внутренней поверхности дополнительных крепежных элементов.
После определения мест крепления, необходимо создать сами детали крепежных элементов. Они также делаются на основе детали базовой геометрии смещением определенных поверхностей и обрезанием по контуру. При необходимости, на этом этапе можно внести целесообразные правки и в основных деталях, особенно в тех частях, что заходят под другие кожуха.
Все дополнительные детали, как и на предыдущих шагах, следует вставить в общую сборку изделия, проверить отсутствие зазоров между свариваемыми или склеиваемыми деталями, а также положение точек крепления к элементам конструкции.
Кожух с крепежными элементами
На данном этапе моделирование кожухов завешено. Перед оформлением конструкторской документации необходимо заблокировать внешние ссылки всех деталей, чтобы избежать бесконтрольного изменения геометрии, а также ускорить работу CAD системы, что критично в больших проектах.
Модели кожухов, готовых к производству
Заключение
Разработка корпусных деталей сложной формы на основе дизайн-проекта — это комплексный процесс, требующий кропотливой работы по воплощению иллюстрации в технологичную модель. Процесс, в котором проблемы, появившиеся на более поздних этапах разработки, нередко заставляют вернуться на несколько шагов назад.
При разработке деталей с учётом технологических ограничений важно не отклоняться от первоначальной концепции и сохранить исходный внешний вид изделия, а также обеспечить возможность быстрого изменения деталей на основании замечаний производства и по результатам испытаний опытных образцов.
Следуя предложенной методике, можно значительно упростить адаптацию дизайн-проекта под реальные производственные условия и обеспечить соответствие конечного продукта всем необходимым требованиям.
