Thread for Screw Tutorial/it

Introduzione
Questo tutorial è un insieme di tecniche per modellare le filettature in FreeCAD.

La modellazione delle filettature è sconsigliata, perché carica notevolmente il kernel di modellazione, e anche il rendering. Le forme filettate occupano molta memoria e anche una sola filettatura in un progetto FreeCAD può facilmente far balzare le dimensioni del file nella gamma dei megabyte. Tuttavia, ci sono alcune situazioni, in cui è indispensabile modellare la filettatura con tutti i suoi dettagli, e questo è il motivo per cui viene prodotto questo tutorial.

Metodo 0. Procurarsi una filettatura dalla libreria delle parti
Utilizzare i modelli prodotti da altri utenti è semplice e fa risparmiare tempo. Consultare la Macro BOLTS, che è un'interfaccia per l'inserimento di parti standard dalla libreria BOLTS.

Metodo 1. Usare le macro
C'è la famosa macro Screw Maker, creata da ulrich1a, e un intero Fasteners Workbench creato da shaise (link to GitHub). Queste macro hanno la possibilità di generare un filetto. Esse creano dei profili di filettatura standard (triangolare-ish).

Metodo 2. Simulare accatastando dei dischi
Questo è un ottimo modo per visualizzare le filettature, pur mantenendo semplice la geometria.

L'idea è quella di creare una filettatura non elicoidale (cioè che sia solo la rivoluzione di un profilo a dente di sega, o una pila di dischi con i bordi rastremati). Solo a vista, è difficile distinguere tale falsa filettatura da quella reale elicoidale. Questo può funzionare anche per FEM. Purtroppo, se si desidera stamparla in 3D, questo metodo non funziona.



Idea
L'idea è piuttosto semplice: disegnare il profilo del filetto, e quindi eseguirne lo sweep lungo una elica. Quando si esegue lo sweep, accertarsi di spuntare le caselle di controllo Solido e Frenet. Solido è la chiave per poter eseguire delle operazioni di unione o di taglio su di esso. Frenet evita la torsione del profilo (ulteriori informazioni sono disponibili nella documentazione di Sweep).

Questo genera la spira del filetto, senza il supporto o il foro. Per effettuare una filettatura su un supporto o in un foro, si deve unire o tagliare questa spira con un cilindro. Ulteriori operazioni booleane sono necessarie per smussare le brutte estremità della spira che termina bruscamente.



Trucchi per avere successo


Regola 1. Lo sweep non deve auto-intersecarsi. Uno sweep auto-intersecante è un solido non valido. Molto probabilmente i tentativi di fonderlo o di tagliarlo sono destinati a fallire. Tuttavia, lasciando il filetto ed il cilindro non fusi, ma intersecati, questo può essere utile per la stampa 3d e la visualizzazione.



Regola 2. Ricordare che in FreeCAD un'elica è una cosa imprecisa. Di conseguenza, è molto probabile che la fusione del cilindro che deve accoppiarsi con la filettatura non vada a buon fine. In generale, evitare di far coincidere delle geometrie con gli elementi dello sweep, come facce tangenti, bordi tangenti alle facce a cui non sono connessi, bordi coincidenti e tangenti, etc.

Suggerimento 1. Il raggio dell'elica non è importante (a meno che l'elica sia conica). Tutto ciò che conta è il passo e l'altezza della traiettoria elicoidale. Questo significa che è possibile utilizzare un elica generica per generare numerosi filetti con lo stesso passo.

Suggerimento 2. Mantenere il filetto corto (pochi giri). I filetti lunghi tendono a fallire nelle operazioni booleane. Se un filetto lungo si rivela problematico, considerare l'impilamento di filetti corti usando Draft Array.

Pro e contro
+ Modo molto naturale di definire il profilo di una filettatura

+ facile da capire

+ nessun problema con la generazione di mesh, a differenza del metodo 4

- per l'invalidità degli sweep autointersecanti, è quasi impossibile generare un filetto senza lacune (cioè, senza facce cilindriche sui lati esterni o interni del filetto)

- Per ottenere risultati significativi sono richieste delle operazioni booleane. Queste richiedono molto tempo e spesso falliscono.

- Le filettature con elevato numero di giri sono problematiche.

Idea
L'idea è quella di creare lo sweep di una sezione orizzontale del filetto lungo l'elica. Il problema principale è capire quale profilo si deve usare per ottenere un determinato filetto.



Se si usa un cerchio come profilo orizzontale (il cerchio deve essere posizionato scostato dall'origine, e questa distanza definisce la profondità del filetto), il profilo del filetto risulta sinusoidale.

Per ottenere un profilo standard a dente di sega, si devono fondere in un wire una coppia di spirali di Archimede riflesse. La figura risultante è una forma di cuore, che diventa a malapena distinguibile da un cerchio quando la profondità del filetto è piccola rispetto al suo diametro (è per questo motivo che nell'immagine sopra viene mostrato con una linea "spessa").

Generare il profilo
Non è facile capire qual è il profilo orizzontale necessario per ottenere un determinato profilo verticale. Per i casi semplici, come quello triangolare o trapezoidale, può essere costruito manualmente. In alternativa, può essere costruito creando un filetto corto con il metodo 3, e poi ricavando una sua sezione con una operazione Parte comune tra una faccia piana orizzontale e il filetto.

Profile for triangular thread

 * 1) Create a spiral (archimedian) in XY plane.
 * 2) Set number of turns to 0.5,
 * 3) the radius to the inner radius of the thread (outer radius will be this + depth of cut)
 * 4) and growth to double the depth of cut of the thread.
 * 5) Part Mirror the spiral against XY plane
 * 6) Part Union the spiral and the mirror to obtain a closed wire, shaped like a heart. Done!

Profilo per una sezione arbitraria


Fatto.
 * 1) Disegnare una sezione verticale del profilo. Assicurarsi che l'altezza del disegno corrisponda al passo della filettatura.
 * 2) Creare una elica1 con altezza identica al passo e il passo identico al passo della filettatura ed un raggio dell'elica di 0,42*diametro nominale della filettatura.
 * 3) Eseguire lo sweep del profilo della sezione lungo elica1. Impostare Solido e Frenet su true.
 * 4) Creare un cerchio con il raggio nominale della filettatura nel piano xy.
 * 5) Creare una faccia dal cerchio. (Ambiente Part: utilità avanzate per creare forme, oppure con Promuovi rendere MakeFace = true)
 * 6) Tagliare la faccia con il profilo dello sweep
 * 7) Fare un clone dal taglio (Ambiente Draft)
 * 8) Retrocedere il clone in modo da ottenere un wire (Ambiente Draft). Questo wire è il profilo orizzontale necessario per questo metodo.
 * 9) Creare una spirale con il raggio nominale, il passo e l'altezza  della filettatura desiderata.
 * 10) Eseguire lo sweep del wire lungo l'elica. Impostare Solido e Frenet su true.

Credito: guida passo-passo dal forum post by Ulrich1a, leggermente modificata.

I passaggi sono anche mostrati in azione in questo video di Gaurav Prabhudesai: http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs

Pro e contro
+ Lo sweep crea la filettatura pronta per l'uso direttamente su una forma solida.

+ Sono richieste meno o addirittura nessuna operazione booleana, la velocità di generazione è molto elevata rispetto al metodo 3.

+ Le estremità del filetto risultano subito tagliate correttamente

+ I filetti lunghi non sono un problema, se non è necessaria un'operazione booleana. In caso contrario, non è molto migliore del Metodo 3.

+ Le brecce (aperture) nei filetti non sono un problema.

- È complicato definire il profilo del filetto.

- Il mesher standard genera delle brutte maglie, questo può creare dei problemi. Altri mesher sono migliori, Mefisto sembra dare i migliori risultati.

- occupa molta memoria

Idea
Le Spline elicoidali estrudono delle facce coassiali che possono essere usate per un loft, mentre l'elica parametrica di FreeCAD no. Per definire una filettatura servono due spline elicoidali. Esse possono essere prelevate da una libreria di spline, poi posizionate ed estruse in modo appropriato per ottenere la giusta forma.

Le eliche parametriche di FreeCAD non sono veramente elicoidali, ma non è difficile tracciare delle b-spline elicoidali. Un metodo manuale consiste nel creare delle matrici dodecagonali (poligono di 12 lati) con 5mm di raggio, o 10mm di diametro, a intervalli z di 1/12mm (0.08333.mm) e tracciare una spline da vertice a vertice in ordine ascendente e rotazionale. Considerare di costruirle, ad esempio, per 10 giri, e poi archiviarle come file di una libreria in modo da poterle importare e riutilizzare. Per comodità di ridimensionamento, conviene usare un diametro di 10mm e un passo di 1mm. Fatto manualmente, è più facile disegnare una Dwire e poi convertirla in un b-spline che disegnare direttamente una spline. Nelle linee Dwire non viene calcolata la curvatura mentre vengono disegnate, quindi seguono meglio il cursore e obbediscono di più all'aggancio.

Once the splines are scaled to the right size and located so that the loft will have the right included angle between the thread flanks, they're extruded along their axis, a pitch length's worth for the inner spline, the outer pitch/8.



ISO and other threads have relieved, ie flat, inner and outer edges rather than sharp, which suits FreeCAD users with this method, because we can loft to the helical face at the nominal fastener size, while an inner face can't be lofted to an outer edge spline because a face is a closed profile, a spline is open. ISO standard says the nominal size of external threads have a face width pitch/8. The picture shows how the geometry is arranged, and the helical faces that result. Then, loft between the faces, and then a cylinder that gives the inner helical face, which ISO puts at pitch/4 width, is added to the threads.



This method produces reliable solids that boolean properly. While it doesn't produce "parametric" screw threads in standard sizes in the sense of having simple access to form by fastener size, it's an easy way of producing an accurate library for reuse, and models of specialised forms like ACME, or Archimedian screws, are also uncomplicated as one-offs.