Aerospace Sheet Metal

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    10-Oct-2015

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Word document about Aerospace Sheetmetal Design

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<p>CAPITOLO I</p> <p>CATIAAEROSPACE SHEET METAL DESIGNIl tool Aerospace Sheet Metal Design utilizzato per la creazione di modelli solidi di parti in lamiera. </p> <p>Fig. 1 Sequenza per la selezione del tool Aerospace Sheet MetalIl modulo dellAerospace Sheet Metal un evoluzione dello Sheet Metal, e le features di entrambi sono quasi uguali. Il primo presenza delle operazioni che si effettuano quasi esclusivamente in campo aerospaziale (da cui il nome di Aerospace Sheet Metal). Nelle figure 1 e 2 sono riportate due immagini, la prima il percorso Avvia- Mechanical Design- Aerospace Shett Metal Design, la seconda la schermata di apertura dellAerospace Sheet Metal Design (ASMD), in cui vi lalbero logico e alcune icone attive. Nella Fig. 3 sono riportate le icone dellAerospece Sheet Metal e dello Sheet Metal, che appaiono sulle rispettive schermate di avvio.</p> <p>Fig. 2 Finestra dapertura di CATIA Fig. 3 : Icone dellAerospece Sheet Metal e dello Sheet Metal</p> <p>Il primo comando da eseguire quello che permette di definire i parametri di sheet metal , che sono i valori di tickness (spessore) e i raggi di piegatura (figura 4). Successivamente si selezione un piano e si entra nellambiente di lavoro dello sketcher , che permette di creare un disegno bidimensionale.Per semplificare le future operazioni di assemblaggio opportuno definire un sistema cartesiano di riferimento associato al modello solido della part che si vuole creare. Nella figura 5 viene riportato un semplice esempio di sketcher, costituito da un rettangolo (150mm x 80mm), che vincolato al sistema di riferimento cartesiano. </p> <p>Fig. 4 Finestra di inserimento dei parametri di Sheet Metal</p> <p> Fig. 5 - Sketch generico vincolato ad un sistema di riferimento triassialeUna volta eseguito lo schizzo, si esce dallambiente dello Sketcher e si ritorna in ambiente 3D. Il comando web , permette di ottenere un modello solido , che una lamiera avente il contorno dello schizzo e spessore uguale a quello definito come Parametro di Sheet metal. In Figura 6a 6b sono mostrate la finestra del comando Web e il risultato del comando.</p> <p> Fig. 6a Comando web su di uno sketch Fig. 6b Modello 3D finitoUna delle operazioni pi frequenti effettuate su una lamiera nellambito aerospaziale la piegatura. CATIA permette di effettuare tale operazione sul modello 3D appena creato.</p> <p>E possibile creare diversi tipi di piega, che sono rappresentati dalle seguenti icone:</p> <p> flangia, con angolo qualsiasi;</p> <p> orlo;</p> <p> orlo a goccia;</p> <p> piega secondo una curva disegnata dallutente.</p> <p>La feature flange presenta una finestra di dialogo che permette di inserisce tutti i parametri per definire la piega, come la larghezza (width), langolo e il raggio di piegatura, il quale pu essere differente da quello predefinito nei parametri di sheet metal. In Figura 7a mostrata la finestra di dialogo di flange, in cui occorre definire anche la Dorsale, che lo spigolo del modello che sar la linea di piegatura. Se si sceglie lopzione Elemento di relimitazione, la Dorsale rappresenter OML delle piegatura. In Figura 7b viene mostrato il modello solido con la piegatura. Fig. 7a : Inserimento dei parametri di piega Fig. 7b : Modello 3D piegatoPer la piega a geometria qualsiasi occorre prima eseguire uno schizzo su un piano perpendicolare alla Dorsale ( Fig. 7c).</p> <p>Fig. 7c Geometria qualsiasi con la quale realizzare una piega.</p> <p>Come si vede in figura 7c si disegnato un profilo qualsiasi, e poi lo si quotato per vincolarlo alloggetto, altrimenti la funzione di piega non avrebbe riconosciuto i vari elementi e le loro propriet geometriche.</p> <p>A questo punto si effettuata loperazione selezionando la funzione piega, come si vede in fig. 7d, dove c il menu della piega, anche qui di base o relimitata, dove si devono selezionare lo spigolo e la geometria da seguire.</p> <p>Fig. 7d Menu della piega definita dallutente, a destra lanteprima delloperazione.</p> <p>Fig. 7e: Esempio di piega a orlo ed a gocciaAltre operazioni che si possono eseguire sono quelle di taglio e foro, per un ulteriore definizione della lamiera. Con la funzione tasca , si genera una sagomatura di spessore qualsiasi a partire da una geometria, profilo, definita dallutente (fig 8a). Con loperazione foro , invece, si esegue un foro circolare (fig 8b). </p> <p> Fig. 8a Menu della sagomatura. </p> <p>Fig. 8b Menu del foro.</p> <p>Un altro importante blocco di comandi quello degli stampings (stampo), utili per creare dei particolari su una lamiera (Fig. 9).</p> <p>Fig. 9 : Icone degli stampi</p> <p>Li descriviamo di seguito, nellordine in cui appaiono nel menu, con le loro finestre di dialogo:</p> <p> foro flangiato: crea un foro con bordi ripiegati, si possono scegliere i parametri da quotare, o i diametri del foro o le dimensioni degli utensili, punzone e stampo;</p> <p> bordo: crea una scanalatura sulla lamiera seguendo un profilo aperto definito dallutente, si possono definire profondit e raggi di piegatura;</p> <p> imbutitura circolare: crea una scanalatura circolare sulla lamiera, anche qui si possono quotare o le dimensioni della forma finita o le dimensioni degli utensili, poi si pu quotare la profondit, i raggi e langolo di estrusione;</p> <p> imbutitura su superficie: scelta una curva chiusa sulla superficie della lamiera, questa operazione crea un incavo nella lamiera della geometria della curva, possibile definire la profondit, i raggi e langolo di estrusione;</p> <p> sagomatura flangiata: definita una curva chiusa, crea una foro nella lamiera di geometria uguale alla curva, con i bordi ripiegati, possibile definire il raggio di piega della flangia, la sua lunghezza e la sua inclinazione;</p> <p> costa di irrigidimento: su un elemento flangia o piaga si pu creare una costa di irrigidimento della quale si possono definire la profondit, i raggi di piega e langolo;</p> <p> imbutitura su curva: a partire da una linea curva aperta, crea un imbutitura sulla lamiera, della quale si possono definire profondit, raggi, larghezza e angolo di imbutitura;</p> <p> imbutitura definita dallutente: con questa funzione sulla lamiera possibile effettuare unoperazione di stampaggio o imbutitura con la definizione della forma degli utensili, la forma si pu prendere da una libreria di punzoni e matrici standard, o, in alternativa, possibile crearla.</p> <p>Fig. 10 : Esempi di vari tipi di imbutitura Funzione di raccordo e funzione di smusso</p> <p>Per la modellazione e la definizione degli spigoli il CATIA presenta due strumenti che consentono la definizione della geometria degli spigoli: raccordo e smusso.</p> <p>Il primo crea una geometria circolare, di raggio impostato dalloperatore, sullo spigolo raccordando, due lati (fig. 11a).</p> <p>Il secondo smussa lo spigolo selezionato formando un lato di angolo e lunghezza impostati dalloperatore (fig. 11b).</p> <p>Fig. 11a Finestra di dialogo per la definizione di raccordo.</p> <p>Fig. 11b Finestra di dialogo per la definizione di smusso.</p> <p> Funzione matrice di elementi</p> <p> possibile definire una matrice di elementi sulla lamiera, il CATIA prevede tre tipi di matrici con vari parametri selezionabili dal menu sottostante.</p> <p>a) matrice rettangolare: crea una geometria rettangolare nella quale si possono definire le direzioni, le distanze e le ricorrenze degli elementi;b) matrice circolare: crea una matrice circolare nella quale si pu definire il raggio, in numero di ricorrenze e gli angoli tra una ricorrenza e laltra;c) matrice qualsiasi: una ricorrenza determinata dallutente.Proseguiamo ora con la descrizione del tool dellAerospace Sheet Metal che permette di creare un intaglio.</p> <p>Questa operazione utilizzata quando si vogliono piegare due bordi adiacenti. In questo caso, se non si effettuassero gli intagli, si avrebbero problemi quali cricche o comunque danni di tipo strutturale nel punto di incontro delle Bend Lines; pertanto occorre realizzare un intaglio ad angolo (corner relief), che consiste nellasportare una certa quantit di materiale nel corner, evitando cos linsorgere di cricche che potrebbero essere molto dannose per la struttura. In CATIA questa operazione ottenuta dalla feature corner relief . Prima di eseguire la feature corner relief, occorre aver creato almeno due piegature. La finestra di dialogo di questa feature si apre se la vista corrente quella che mostra lo sviluppo della lamiera (unfold). La finestra di dialogo permetter di scegliere i Riferimenti, la forma geometrica che dovr avere lintaglio (circolare o definita con uno sketch), la misura del raggio, se lintaglio circolare, e il centro del cerchio(Figura 11a). I Riferimenti sono le due pieghe che sono state create, che vengono selezionate premendo il tasto Ctrl. In Figura 11b viene mostrata limmagine del corner relief realizzato con CATIA e unimmagine della vista sviluppata dello stesso. </p> <p> Fig. 11a : Operazione di corner relief</p> <p> Fig.11b: Esempio di corner relief fra due bordi piegati di una lamieraAltre importanti funzioni del modulo Aerospace Sheet Metal sono lo Joggle, inginocchiatura, e lo Sviluppo.</p> <p>La prima crea una geometria piegata, come mostrato in figura 12. Nella finestra di dialogo della funzione (fig. 13) possibile selezionare la superficie da modificare, il piano lungo cui fare la modifica, la profondit e i raggi di piega della geometria.</p> <p>(a)</p> <p>(b)</p> <p>Fig. 12 Esempio di Joggle. (a) pezzo non modificato; (b) pezzo sul quale applicata la funzione di joggle.</p> <p>Fig. 13 Finestra di dialogo per la definizione di Joggle.</p> <p>La seconda funzione permette di avere un immediata visualizzazione del prodotto sviluppato su di una superficie, e anche la possibilit di avere in contemporanea la vista del prodotto sviluppato e non, in modo da avere sempre in maniera chiara la forma della lamiera da andare a formare.</p> <p>Esempio applicativo dello studio del sistema CATIA V5</p> <p>Mostriamo ora come, partendo da un disegno si arrivati alla definizione e alla modellazione 3D di un prodotto in lamiera.</p> <p>Il pezzo preso in esame un particolare della fusoliera di un ATR D0102 versione CARGO, situato nei pressi della porta dimbarco.</p> <p>Fig. 14 Disegno di progetto di un particolare di ATR D0102.</p> <p>La prima operazione che si effettuata stata di definire i valori generali della lamiera, quindi si stabilito, come mostrato in fig. 15, lo spessore e il raggio di piega standard.</p> <p>Fig. 15 Parametri generali.</p> <p>Subito dopo si incominciato con il disegno: sul piano XY stato effettuato uno schizzo di un rettangolo di dimensioni della lamiera senza le pieghe laterali (fig16).</p> <p>Fig. 16 Schizzo base della lamiera.</p> <p>Si sono poi definite due sagomature da effettuare sulla lamiera cos ottenuta per avere la parte di lamiera pi stretta, a sinistra nella fig. 17.</p> <p>Fig. 17 Geometrie delle sagomature.</p> <p>A questo punto si sono applicate i primi strumenti di piega, per avere la parte scatolare in alto, fig 18 e la piega semplice in basso.</p> <p>Fig. 18 Seconda flangia sul lato sinistro del prodotto.</p> <p>Dopo aver effettuato un operazione di flangia sul lato corto del rettangolo, prima sagomato, si definita una geometria sulla stessa per dare la forma definitiva alla lamiera.</p> <p>Fig. 19 Geometria dalla quale si ricavata la forma definitiva della lamiera.</p> <p>Una vota ricavata la geometria generale della lamiera si passati alla definizione dei particolari che caratterizzano il nostro pezzo.</p> <p>Per primi sono stati definiti i fori flangiati, che hanno lo scopo di alleggerire il pezzo senza comprometterne la resistenza e le propriet meccaniche; questoperazione stata effettuata in due passi:</p> <p>1. si definito un foro flangiato di caratteristiche volute (fig. 20);</p> <p>2. si , poi, definita una matrice rettangolare in modo da avere, ad una spaziatura fissata la ripetizione dellelemento foro flangiato definito al punto 1.</p> <p>Fig. 20 Definizione del foro flangiato.</p> <p>Fig. 4.21 Definizione della matrice rettangolare.</p> <p>Con procedimento assolutamente simile si sono definiti i fori semplici sul lato di base e sul lato piegato, fori necessari al rivettamento del particolare al resto della struttura.</p> <p>In fine si sono definiti gli altri due fori semplici sul lato di base, e i raccordi sugli spigoli dei lati piegati, per cos completare tutta la geometria della base del prodotto.</p> <p> Fig. 22 Creazione dei fori sul lato di base e sulla piega.</p> <p>Fig 23 Definizione dei raccordi sugli spigoli</p> <p>Nella parte finale della definizione del prodotto si modellata la flangia sul lato corto della lamiera; si sono seguiti vari passi, data la non semplice geometria richiesta.</p> <p>Per la definizione dellinginocchiatura si dovuto creare un piano di riferimento inclinato di 20 rispetto al piano YZ, definito questo piano si potuta eseguire loperazione di inginocchiatura, definendo loffset e la larghezza. In seguito si sono definite le geometrie dei due fori necessari al completamento del prodotto.</p> <p>Fig. 24 Definizione della funzione di Joggle; visibili le rette di costruzione per il piano inclinato di riferimento.</p> <p>Fig. 25 definizione di uno dei due fori situati sulla flangia.</p> <p>Si cos arrivati alla definizione di tutta la geometria, in tutti i suoi particolari.</p> <p>Per concludere si effettuato lo sviluppo della lamiera.</p> <p>Fig. 25 Prodotto sviluppato Fig. 26 Paragone tra il prodotto reale finito e il modello 3In CATIA possibile creare gli assi degli organi di collegamento (fasteners o rivets) che sono degli assi concentrici perpendicolari al foro; tali assi assumeranno diversi colori che corrisponderanno a diversi diametri (del foro) degli organi di collegamento. Nella Tabella 1 schematizzata una lista dei vari colori degli assi con i corrispondenti diametri. In figura 13 invece vediamo un esempio di modellazione 3D al CATIA dei quattro fori riportati nella tabella con i relativi assi. Tab. 1COLORI ASSI DI FISSAGGIODIAMETRO FORO</p> <p>Viola</p> <p>3.2mm</p> <p>Giallo</p> <p>4mm </p> <p>Rosso</p> <p>4.8mm</p> <p>Verde</p> <p>6.35mm</p> <p>FATTORE K IN CATIA</p> <p>CATIA assegna una legge matematica per la definizione del parametro K. Nel modulo in cui si richiede linserimento dei parametri generali della lamiera vi anche il parametro K , che si ottiene dalla formula riportata in figura 14. In questa sezione viene descritta la formula del K e altre funzioni e formule caratteristiche del modulo Aerospace Sheet Metal, e le principali operazioni effettuate sul pezzo che si sta realizzando. Il sistema suggerisce una formula di default: </p> <p>che pu essere modificata dallutente.</p> <p> Fig. 14: Editor di formule per parametri di Aerospace Sheet MetalSi vede nella Tabella 2 una serie di valori di K al variare del rapporto R/T cio del rapporto tra il raggio di piega e lo spessore, mentre i...</p>