Tutoriel : Création de vis

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Thème
Tutoriel
Conception de produit
Niveau
Avancé
Temps d'exécution estimé
60 minutes
Auteurs
DeepSOIC, Murdic, vocx
Version de FreeCAD
0.19
Fichiers exemples
Updated: Thread for screw tutorial
Voir aussi
None

Introduction

Ce tutoriel est un ensemble de techniques pour modéliser les filetages de vis dans FreeCAD. Il a été mis à jour pour la v0.19, bien que le processus global soit essentiellement le même depuis la v0.14, lorsque le didacticiel a été initialement écrit. Le contenu mis à jour se concentre sur l'utilisation de l'atelier PartDesign pour créer le filetage et de nouvelles illustrations pour les méthodes 0 à 3.

Dans les systèmes de CAO traditionnels, la modélisation des filetages de vis est déconseillée car elle impose une charge importante sur le noyau de modélisation, ainsi que sur le rendu des formes. Dans les systèmes traditionnels, un fil n'a pas besoin d'être représenté directement dans l'espace 3D, car il peut être indiqué avec ses caractéristiques requises dans le dessin technique 2D envoyé pour la fabrication. Cependant, avec la vulgarisation de la fabrication additive (impression 3D), il existe désormais un réel besoin de modéliser les fils 3D, afin de les imprimer exactement comme prévu. C'est à cela que sert ce didacticiel.

De nombreuses techniques présentées ici ont été collectées à partir de différents fils de discussion :

Voir aussi des vidéos utiles :

Introducing a strategy for designing a bolt without the commonly found problems.

N'oubliez pas que les formes de filetages prennent beaucoup de mémoire et que le fait d'avoir un seul filetage dans un document peut augmenter considérablement la taille du fichier, il est donc conseillé à l'utilisateur de créer des filetages uniquement lorsque cela est absolument nécessaire.

Méthode 0. Récupération depuis une bibliothèques d'objets

L'utilisation de modèles créés par d'autres personnes est facile et permet de gagner du temps. Voir la page des ateliers externes pour plus d'informations sur les outils externes.

En particulier, il est recommandé d'installer deux ressources à partir du gestionnaire de modules complémentaires :

Fasteners Workbench, pour placer des vis et des rondelles paramétriques conformes aux normes ISO. Les vis et écrous par défaut ne montrent pas de filetage, mais cela peut être contrôlé en cochant la case "Treared".

Nota1

Certaines petites vis /écrou ou grosse n'ont pas de filetage prédéfini

BOLTSFC, pour placer des pièces normalisées de la bibliothèque BOLTS, qui suivent aussi les normes ISO.

Nota2

Une vis et un écrou de même diamètre nominal ne sont pas exactement identique il y a un jeu généralement H7/g6 , si on fabrique un écrou par soustraction d'un barreau fileté , et une vis par soustraction d'un écrou , ceux-ci ne se visseront pas dans l'absolu , en fabrication en impression 3D et CNC précise

Diverses vis au standard ISO insérées avec l'atelier Fasteners. Une option à cocher (Threared) contrôle si un objet affiche le vrai filetage ou juste un simple cylindre.

Méthode 1. Utilisation de macros (obsolète)

Dans le passé, la macro BOLTS était utilisée pour insérer les pièces de la bibliothèque BOLTS. Ceci est désormais obsolète. Utilisez plutôt l'atelier BOLTSFC. ou Fasteners

Dans le passé, la macro Screw Maker, écrite par ulrich1a, était utilisée pour créer des boulons, des vis et des rondelles individuelles. Ceci est désormais obsolète. L'atelier Fasteners, de shaise, comprend la macro de vissage complète, ainsi qu'une barre d'outils pour sélectionner le bon composant.

Méthode 2. Faux filetages non hélicoïdaux

Dans de nombreux cas, nous n'avons pas besoin de vrais filetages, nous avons juste besoin d'une indication visuelle que les filetages seront là.

Nous pouvons créer un faux filetage en utilisant un chemin non hélicoïdal, par exemple en tournant un profil en dents de scie, ou en empilant des disques avec des bords effilés. Ce faux filetage est difficile à distinguer du vrai fil hélicoïdal par une simple inspection. Cette méthode est bonne pour visualiser un objet semblable à un filetage, mais elle n'est pas utile si nous devons imprimer en 3D un fil réel.

A gauche : un simple boulon avec un faux filetage non hélicoïdal. A droite : un simple boulon avec un vrai filetage hélicoïdal. Lorsque l'impression 3D n'est pas nécessaire, un filetage simulé est souvent suffisant pour la visualisation.

Profil tournant en dents de scie

Cliquer sur PartDesign Body.
Cliquer sur PartDesign Nouvelle esquisse. Sélectionnez XZ_Plane.
Dessinez un croquis fermé avec le diamètre intérieur requis 10 mm, le diamètre extérieur autour de 12.6 mm, le pas 3 mm, le nombre de dents 8 et la hauteur totale 30 mm.
Sélectionnez l'esquisse, puis cliquez sur PartDesign Revolution. Sélectionnez Vertical sketch axis et appuyez sur OK.

Profil utilisé pour créer la révolution qui simulera un filetage.

Vue en coupe du filetage non hélicoïdal résultant produit par rotation du profil en dents de scie autour de l'axe vertical.

Disques empilables

Répétez les deux premières étapes de la section précédente.
Dessinez une esquisse fermée avec le diamètre intérieur requis 10 mm, le diamètre extérieur de 12.6 mm et le pas 3 mm mais dessinez qu'une seule dent de la dent de scie.
Sélectionnez l'esquisse, puis cliquez sur PartDesign Révolution. Sélectionnez Vertical sketch axis puis appuyez sur OK.
Sélectionnez Revolution puis cliquez sur PartDesign Répétition linéaire. Sélectionnez Vertical sketch axis. Pour un faux filetage avec un pas de 3 mm, définissez Length sur 3 et Occurrences sur 2 puis appuyez sur OK. Cela créera deux disques, l'un au-dessus de l'autre.
Vous pouvez ajouter plus de disques en augmentant la valeur Occurrences dans la répétition linéaire et en augmentant la Length qui est la longueur totale du faux filetage.

Length et Occurrences sont liés. Si la longueur est trop grande mais que le nombre d'occurrences n'est pas assez élevé, vous aurez des disques déconnectés et le calcul du Corps (Body) échouera car l'objet résultant doit toujours être un un seul solide contigu. Par exemple, pour obtenir une hauteur totale de 30 mm, définissez Length sur 27 mm et Occurrences sur 10.

Si vous le souhaitez, vous pouvez ajouter un PartDesign Cylindre additif avec un diamètre égal au diamètre intérieur des disques et aussi haut que la hauteur totale du filetage. Cela réunira tous les disques en un seul solide, garantissant ainsi qu'il n'y aura pas de disques déconnectés.

Profil utilisé pour créer un disque de révolution qui sera utilisé pour simuler un filetage.

A gauche: disque unique créé par révolution. A droite: plusieurs disques placés dans un motif linéaire dans la direction Z simulant un filetage hélicoïdal.

Méthode 3. Balayage d'un profil vertical

Atelier Part Design (Conception de pièces)

Un vrai filetage consiste à faire suivre un profil fermé le long d'une courbe hélicoïde (hélice)

Dans l'atelier Part , cliker le bouton "Créer une primitive, choisir hélice , donner les valeur appropriées pour le pas , la hauteur et le sens de rotation, le diamètre est indicatif Dans Partdesign , créer un nouveau body , l'activé et un nouveau sketch, Dans ce sketch créer une profil fermé , généralement triangle équilatéral , mais celà peut-être un rond, carré , trapèze... Il doit être entièrement contraint , ses dimensions et position conditionnent la suite (voir plus loin la cause courante de crash) Choisir AdditivePipe , choisir le profil et l'hélice comme chemin , Cocher Frenet à True , le filet apparait en rosé Ok pour finir Dans le même body , ajouter le cylindre pour avoir le corps de la vis , ou un écrou au préalable percé Des opérations complémentaire sont souvent requise pour ,par exemple, avoir un chanfrein ou une gorge de fin de filet Il est souvent plus rapide de faire d'abord le corps de ce qui serat la vis ou l'écrou avec chanfreins et gorge et faire le filetage avec soustractivePipe

A gauche : le profil de filet ; à droite l'helice pour créer le chemin

A gauche le filet résultant , à droite la section

A gauche le filet est fusionner à la tige de vis ; à droite des élément sont ajoutés pour créer une vis

Atelier Part (Pièces)

Le process est sensiblement le même que dans Partdesign le résultat n'apparaiterat qu'à la fin , il n'y a pas de prévue en rose

Vous pouvez maintenant ajouter d'autres primitives comme des Part Cylindres ou d'autres formes, afin d'exécuter des Part Unions et des Part Soustractions pour terminer la construction de la vis.

Création d'un filer par balayage sur un profil vertical. 1 - le profil (un sketch). 2 - chemin de balayage (Hélice). 3 - résultat du balayage (Balayage)

Les clés du succès

Lors de la génération du filet , les bords ne doivent pas se toucher (selfIntersection) faire la hauteur du profil plus petit que le pas : 0.01mm est suffisent

Règle 1. le balayage ne doit pas s'intersecter lui même. Un balayage qui s'intersecte n'est pas un solide valide. Les tentatives de fusion ou de soustraction échoueront très certainement. Cependant, pour de l'impression 3D ou des besoins de visualisation, il peut être suffisant de laisser le filet et le cylindre non fusionné (s'intersectant).

Le cylindre et le bord interieur du filet ne doivent pas être exactement tangent (coplanaire) 0.01mm est suffisent cet inconvénient n'est visible parfois que une ou deux opérations booléenne suivante

Règle 2. Rappelez vous que dans FreeCAD, l'hélice est imprécise. Ainsi, un cylindre créé pour se superposer précisément avec un filet risquera de ne pas fusionner avec ce dernier. En général, évitez les géométrie coïncidente avec les éléments d'un balayage, comme les faces tangentes, les arrêtes tangentes à des faces auxquelles elles ne sont pas connectées, les arrêtes coïncidentes et tangentes, etc...

Le cylindre a une ligne génératrice , la face du profil du filet ne doit pas être dans le même plan , tourner le cylindre de quelque dégrés suffit , mais c'est souvent plus simple de crée le profil sur un autre plan que XOZ qui est toujours le plan de génération d'un cylindre

Astuce 1. Le rayon d'une hélice n'influe pas (à moins que l'hélice ne soit conique). Tout ce qui compte est le pas et la hauteur de l'hélice. Cela implique qu'il est possible d'utiliser une hélice générique pour fabriquer de nombreux filetages de même pas et de diamètre différent.

Astuce 2. Gardez l'hélice courte (avec peu de tours). Les longs filetages ont tendance à faire échouer les opérations booléennes. Pensez plutôt à empiler des filetages courts pour en faire un long en utilisant Draft Array si vous rencontrez ce genre de situation problématique , en vérifiant de bien utiliser comme valeur de déplacement le même que le pas de l'hélice , sur une vis celà se voit , dans un trou , ça peu passer inaperçu et causer problème dans un trou taraudé imprimer 3D

Pour une impression 3D on peu ne pas fusionner la pièce et le filet , celà diminurat la taille du fichier , mais attention de bien sélectionner les 2 pour faire le STL

Avantages et inconvénients

Facile à comprendre.
Manière très naturelle de définir un profil de filetage.
Aucun problème avec le maillage de l'objet résultant, contrairement à la méthode 4.

En raison de l'invalidité des balayages auto-entrecroisés, il est presque impossible de générer un filetage sans espace entre chaque dent, c'est-à-dire sans face cylindrique droite sur les côtés intérieurs du filetage.
Les opérations booléennes sont nécessaires pour obtenir un solide solide contigu. Les opérations booléennes prennent un temps relativement long à calculer et échouent souvent.
Filetages avec un nombre élevé de tours sont problématiques.

Méthode 4. Balayage d'un profil horizontal

Généralités

L'idée est de balayer un profil horizontal le long d'une hélice. Le problème principal est de déterminer le profil à utiliser pour obtenir un tel filetage.

Si on utilise un cercle en guise de profil horizontal (le cercle doit être décentré par rapport à son origine, ce décentrage définissant la profondeur du filetage), le profil du filetage sera sinusoïdal.

Pour obtenir un profil standard en dent de scie, une paire de spirale d’Archimède doivent être fusionnées. La figure résultante est une forme cardioïde, qui est difficilement différentiable d'un cercle quand la profondeur du filet est faible comparée à son diamètre (c'est pourquoi un filetage "épais" est présenté sur la figure ci dessus).

Génération du profil

Se représenter ce que doit être le profil horizontal pour obtenir un profil vertical n'est pas facile. Dans les cas simples comme les filets triangulaires ou trapézoïdale, cela peut être fait manuellement. Autrement, Il peuvent être créé en fabricant un filetage court avec la méthode 3, et en récupérant une tranche de ce dernier en faisant une intersection entre le plan horizontal et le filet.

Profil pour un filetage triangulaire

Créer une spirale (d’Archimède) dans le plan XY.
1. fixer le nombre de tours à 0.5.
2. fixer le rayon du rayon interne du filetage, le rayon externe sera ce dernier plus la profondeur de coupe.
3. fixer la croissance pour doubler la profondeur de coupe du filet.
Part Mirroir la spirale dans le plan XY
Part Union la spirale et le miroir pour obtenir un filet fermé, en forme de cœur.

Profil pour une section quelconque

faire un profil de coupe (vertical). Assurez-vous que la hauteur de l'esquisse correspond à la hauteur du filet dont vous avez besoin.
fabriquer une hélice 1 de hauteur identique au pas et le pas identique au pas du filetage et dont le rayon d’hélice est égal à 0,42 * diamètre nominal du filetage.
Balayez le profil coupé le long de l'hélice1. Définissez make solid et frenet à true.
Faites un cercle de rayon nominal du filetage dans le plan x-y.
Faites un profil à partir du cercle. (Part-workbench: utilitaire avancé pour créer des formes, ou Draft Upgrade puis MakeFace = true)
couper le profil avec le profil de balayage
faire un clone à partir de la coupe (Draft workbench)
Rétrograder le clone pour obtenir un filet. (Draft workbench) Ce filet est le profil horizontal nécessaire à cette méthode.
Faites une hélice avec un rayon de rayon nominal du filet et un pas du filet et la hauteur du filet requis.
Passez le filet le long de l’hélice. Réglez solide et frenet sur true.

Vous avez terminé.

Credit: pas à pas tiré d'un post sur le forum par Ulrich1a, légèrement modifié.

Ces étapes sont aussi visibles dans cette vidéo de Gaurav Prabhudesai: http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs

Pours et contres

+ Un filetage solide prêt à l'emploi est créé directement par le balayage.

La réalisation du filetage sur la tige est fait immédiatement Si une opération Booléenne est requise , elle se fait immédiatement , plus rapide que la mèthode 3 les bouts de vis sont fait immédiatement les vis longues ne sont pas un problème un filetage sans espace n'est pas un problème

- la définition du profil du filetage est compliquée faire un découpage pose problème fichier imposant

Méthode 5. Lofting entre les faces extrudées hélicoïdales

Généralités

Les splines hélicoïdales extrudent les faces coaxiales pouvant être lobées, contrairement à l'hélice paramétrique de FreeCAD. Deux splines hélicoïdales sont nécessaires pour définir un taraudage. Ces deux éléments peuvent être mis à l'échelle à partir d'une spline de bibliothèque, puis localisés et extrudés de manière appropriée pour obtenir le bon formulaire.

Les hélices paramétriques de FreeCAD ne sont pas vraiment hélicoïdales, mais les b-splines hélicoïdales ne sont pas difficiles à tracer. Une méthode manuelle consiste à aligner des dodécagones (polygones à 12 côtés) avec des intervalles de rayon de 5 mm/diamètre de 10 mm à des intervalles de 1/12 mm (0,08333.mm) et à tracer des splines d'un sommet à l'autre dans l'ordre croissant et rotatif. disons 10 tours, de sorte que cette spline puisse être réutilisée en tant que fichier de bibliothèque pour l'importation et la réutilisation. Il est pratique d’utiliser un pas de 10 mm de diamètre/1 mm pour faciliter la mise à l’échelle. Si vous le faites manuellement, dessiner un Dwire puis le convertir en b-spline est plus facile que de dessiner une spline. Les courbures ne sont pas calculées pendant le tracé, elles suivent donc le curseur et se cassent plus docilement.

Une fois que les splines sont redimensionnées à la bonne taille et situées de manière à ce que le loft ait le bon angle inclus entre les flancs du filetage, elles sont extrudées le long de leur axe, ce qui correspond à la longueur d'un pas pour la spline interne, le pas externe/8.

Les filets ISO et autres ont été allégés, c'est-à-dire que les bords intérieurs et extérieurs sont plutôt plats que nets, ce qui convient parfaitement aux utilisateurs de FreeCAD, car nous pouvons appliquer un lissage à la face hélicoïdale à la taille nominale de la fixation, alors qu'une face interne ne peut pas être loft une spline de bord externe car une face est un profil fermé, une spline est ouverte. La norme ISO indique que la taille nominale des filetages externes a un pas de largeur de face/8. L'image montre comment la géométrie est arrangée et les faces hélicoïdales qui en résultent. Ensuite, lissez entre les faces, puis un cylindre qui donne la face hélicoïdale interne, que ISO met à la hauteur/4 de la largeur, est ajouté aux filets.

Cette méthode produit des solides fiables qui "booléen" correctement. Bien qu'il ne produise pas de filetage de vis "paramétrique" dans les tailles standard, c'est-à-dire qu'il permet d'accéder facilement à la forme par taille de fixation, il constitue un moyen simple de produire une bibliothèque précise à réutiliser, ainsi que des modèles de formes spécialisées telles que ACME ou des vis Archimédien. , sont également simples comme des one-offs. Template:Tutorials navi/fr