Parametric modelling and quality verification of castings

Thumbnail Image

Files

master_Majuri_Ville_2018.pdf (5.56 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2018-09-24

Department

Major/Subject

Mcode

ENG25

Degree programme

Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)

Language

en

Pages

81+6

Series

Abstract

Even though 3D modelling and 3D scanning have been industry standards in casting design and measurement for a long time, casting tolerance standards still usually rely on complete definition of castings in 2D drawings and linear dimensional tolerances. ISO 8062-4, published in 2017, is based on a general surface profile tolerance instead of separate dimensional tolerances, thus forming a logical connection between 3D modelling, tolerancing and 3D scanning. As the contemporary 3D methods are prominently used, the outdated ISO 8062-3 should be replaced with the new standard in casting tolerance definition. In this thesis, possibilities to include casting tolerances in casting CAD models are examined. The aim is to create dependent but separate 3D models that depict the allowed minimum and maximum state of the casting as allowed by the casting tolerance. The benefits of these tolerance models are evaluated considering quality verification, strength calculations and collision detection. ISO 8062-4 casting tolerance and a traction sheave from an NMX hoisting machine are used for modelling case study. In addition, different measurement methods are reviewed to determine guidelines for casting measurement based on contemporary methods and standards. The case study revealed that tolerance model construction is difficult and time-consuming compared to the achieved benefits. Therefore, no implementation to every casting by default is recommended. Attention was also paid to modelling techniques and conventions that should be followed regardless of the tolerance models. 3D scanning should be utilised in casting quality verification because of its coverage, speed and ability to compare scanned 3D model directly to the nominal model. Measurement instructions were determined considering the requirements of ISO 8062-4 and the possibilities and restrictions of 3D scanning. An exemplary casting drawing of the traction sheave was created according to ISO 8062-4. Digital 3D product definition and 3D scanning were taken into account when determining the drawing indication.

Vaikka 3D-mallinnus sekä 3D-skannaus ovat jo pitkään olleet vallitsevat suunnittelu- ja mittausmenetelmät valuteollisuudessa, valutoleranssistandardit nojaavat pitkälti vielä valujen täydelliseen esittämiseen 2D-kuvissa sekä lineaaristen mittojen tolerointiin. Vuonna 2017 julkaistu ISO 8062-4 perustuu yleiseen pinnanmuototoleranssiin yksittäisten mittojen toleroinnin sijaan, jolloin uusi standardi muodostaa ehyen ja loogisen jatkumon 3D-mallinnuksen ja 3D-skannauksen kanssa. Nykyaikaisia menetelmiä käytettäessä onkin syytä korvata vanhentuneisiin työkaluihin perustuva ISO 8062-3 uudella standardilla valutoleranssien määrityksessä. Tässä työssä selvitetään, miten valutoleranssin saa parametrisesti sisällytettyä valukappaleen CAD-malliin, jolloin erilliset mallit kuvaisivat toleranssin sallimia valun minimi- ja maksimitiloja. Minimi- ja maksimitilojen mallien hyötyjä arvioidaan laadunvarmistuksen, lujuuslaskennan ja törmäystarkasteluiden kannalta. Toleranssimallien luonnissa käytetään standardin ISO 8062-4 mukaisia toleransseja sekä malliesimerkkinä NMX-hissimoottorin vetopyörää. Lisäksi tarkastellaan eri mittausmenetelmiä, ja pyritään määrittämään suuntaviivat nykyaikaisiin menetelmiin ja standardeihin perustuvaa mittausohjetta varten. Tarkasteluissa havaittiin toleranssimallien mallinnuksen olevan työlästä saatavaan hyötyyn nähden, jolloin niiden sisällyttäminen oletuksena jokaiseen valuun ei ole järkevää. Tarkastelun yhteydessä kiinnitettiin huomiota myös mallinnustekniikkaan ja tapoihin, joita tulisi valusuunnittelussa noudattaa riippumatta toleranssimallien käytöstä. Valujen mittaamisessa tulisi ensisijaisesti hyödyntää 3D-skannausta, jossa nimellistä CAD-mallia verrataan skannattuun 3D-malliin, ja joka kattavuutensa ja nopeutensa ansiosta onkin yleisesti käytössä valuteollisuudessa. Mittausprosessin kulku määritettiin samalla huomioiden standardin ISO 8062-4 vaatimukset sekä 3D-skannauksen mahdollisuudet ja rajoitteet. Malliesimerkkinä käytetystä vetopyörästä laadittiin ISO 8062-4:n mukainen valupiirustus, jossa huomioidaan myös nimellisen muodon määritys CAD-mallilla sekä 3Dskannauksen käyttö laadunvarmistuksessa.

Description

Supervisor

Orkas, Juhani

Thesis advisor

Virnes, Mika

Keywords

casting tolerance, 3D scanning, ISO 8062-4, digital product definition

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201810055280

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG