Trucchi di progettazione: la modellazione degli sformi

La modellazione degli sformi può risultare molte volte problematica e difficoltosa in quanto, con l’aumentare della complessità del componente, le funzionalità di base del comando sformo non sempre permettono di elaborare la geometria del modello come desiderato, e spesso l'unica alternativa che rimane è ricorrere a una laboriosa modellazione per superfici.

Figura 1 - Creazione di sformi su un componente con superfici curve e raccordi. La figura a destra mostra l’aspetto del componente dopo aver sformato le facce con un angolo di 10°: tale operazione non deve modificare la posizione del raccordo rispetto alla geometria originale, e deve essere preservata la tangenza rispetto alle superfici circostanti.

Nell’immagine sopra (Figura 1) viene illustrato un tipico caso che evidenzia le difficoltà tipiche della modellazione di sformi e quali strategie si possano adottare per riuscire a ottenere gli angoli di spoglia desiderati anche su forme piu complesse che presentano superfici curve e raccordi. Il caso di studio è un componente con una forma di base semplice dal punto di vista geometrico, ma che pone l’utente di fronte a delle difficoltà di livello medio-alto nel momento in cui si tenta di sformarlo, perché vi sono sia delle superfici curve sia un raccordo. L’obiettivo è sformare le facce del componente con un angolo di 10° rispettando nel contempo due requisiti: il raccordo deve tassativamente mantenere la posizione e conservare la tangenza anche dopo la creazione degli sformi.

 

Figura 2 – I sistemi CAD parametrici permettono di creare sformi su geometrie che contengono raccordi semplicemente modificando la sequenza delle feature e quindi viene creato lo sformo prima del raccordo. Purtroppo se si analizzano le proiezioni della figura di destra sarà possibile notare la variazione della posizione del raccordo rispetto alla geometria originale. Inoltre, effettuando un’analisi degli sformi, si può osservare dalla colorazione gialla che parte della faccia cilindrica, e parte della faccia del raccordo non abbiano uno sformo sufficiente.

La strada più semplice ed intuitiva è utilizzare il comando sformo selezionando le facce del modello per dare l’angolo di spoglia di 10°: questa operazione in genere manda in crisi il software perché non è possibile creare sformi su geometrie che contengono raccordi. Se il modello è parametrico, si può aggirare questa limitazione modificando la sequenza delle feature, ovvero creando lo sformo prima del raccordo. Questa operazione, seppur molto semplice e rapida, non rispetta i requisiti che sono stati posti, in quanto viene variata la posizione del raccordo e il software CAD non riesce a sformare la superficie cilindrica e parte del raccordo (Figura 2).

 

Figura 3 – La “linea d’acqua” rappresenta l’inviluppo dei punti che definiscono il massimo ingombro della figura quando viene proiettata su un piano. Prendendo l’esempio di un ellissoide, la linea d’acqua rispetto al piano terra è rappresentata da un’ellisse i cui punti giacciono su un piano a metà altezza del solido. Nell’immagine di destra a “linea d’acqua” viene determinata, sul componente in esame, rispetto ad un piano inclinato di 10°. In questo caso avrà una forma più complessa, ovvero una curva nello spazio.

Quando la modellazione solida non permette di ottenere la forma geometrica desiderata, è necessario ricorrere alla modellazione per superfici che è più laboriosa perché prevede l’eliminazione di alcune facce, la modellazione delle superfici con l’angolo di inclinazione desiderato, e infine la creazione delle patch per ottenere un modello perfettamente chiuso che possa essere trasformato in solido. Prima di eliminare le facce è necessario identificare la posizione dello spigolo da cui verranno originate le superfici inclinate a 10°. Per farlo è sufficiente utilizzare un comando per calcolare la cosiddetta “linea d’acqua” rispetto ad un piano inclinato a 10°. La Figura 3 spiega il significato di questo importante termine.

 

A questo punto si può procedere con l’eliminazione della faccia laterale verticale (che dovrà essere sostituita con una superficie inclinata) e della porzione del raccordo al di sotto dello spigolo che definisce la “linea d’acqua”. I passaggi successivi sono la modellazione di una superficie inclinata a 10°, l’estensione della superficie di base per poterla intersecare, infine l’accorciamento di tutte le superfici per generare un solido dal volume racchiuso (Figura 4).

Figura 4 – Viene eliminata la faccia laterale piana e la porzione del raccordo al di sotto della linea d’acqua. Il modello da solido passerà a superfici 2. Viene modellata la superficie laterale con una inclinazione di 10°. 3. Viene estesa la superficie di base per poterla intersecare con la superficie inclinata. 4. Vengono accorciate tutte le superfici intersecanti generando un solido dal volume racchiuso. 5. Una analisi degli sformi rivela che ci sono alcune facce che non rispettano l’angolo di inclinazione desiderato (colore giallo e rosso). 6. Una analisi dell’estetica tramite strisce di zebra evidenzia che la superficie inclinata non è ovunque tangente al raccordo perché in alcune zone dello spigolo le strisce non si corrispondono.

Il risultato è decisamente migliore del precedente ma non è ancora ottimale in quanto, analizzando il modello, si rileva che sono ancora presenti delle porzioni di superficie che non rispettano l’angolo di sformo di 10° e la superficie inclinata in alcune zone non è tangente al raccordo.  Per ottenere un risultato soddisfacente è possibile utilizzare una tecnica avanzata (ma molto rapida ed efficace) che non richiede la modellazione di superfici. Si sfrutta una procedura molto simile a quella precedentemente illustrata per determinare la curva che definisce il punto di tangenza teorico delle superfici inclinate, ma in questo caso la curva viene calcolata in maniera esatta (Figura 5). In questo caso viene utilizzato un comando per calcolare in maniera esatta la posizione dello spigolo da cui verranno originate le superfici inclinate a 10° (la linea d’acqua): tale comando richiede che l’utente specifichi un angolo di inclinazione rispetto al piano terra e selezioni le facce su cui verrà creato lo spigolo.

Figura 5 – La tecnica di sformo “con linea di divisione” richiede la selezione della linea d’acqua e di specificare il valore dell’angolo di sformo (10°): il software applica uno sformo a tutte le porzioni di faccia che si trovano al di sotto della linea d’acqua. Dalla figura si può notare che tali facce hanno ora una inclinazione. tranne la faccia piana (colore giallo) che non è intersecata dalla linea d’acqua e quindi il software non applica alcuno sformo e non ne modifica la geometria. È necessario quindi utilizzare un comando “cancella faccia” per sostituire la faccia con una patch che estende la superficie limitrofa. L’analisi di sformo mostra che tutte le superfici rispettano l’angolo di sformo. Inoltre, tutte le superfici sono tangenti al raccordo, come testimoniato dalle strisce di zebra che sono ovunque corrispondenti.

La linea d’acqua è molto più ampia rispetto al caso precedente ed interessa anche la superficie cilindrica perché il software non la calcola rispetto a un singolo piano, ma rispetto all’inviluppo dei piani tangenti allo spigolo di base ed inclinati di 10° rispetto al piano terra. Una opzione dello sformo, denominata “linea di divisione“, permette di sformare solo le facce al di sotto della curva, ed infine si corregge la superficie laterale con una patch applicata automaticamente per seguire l’inclinazione e la tangenza delle facce circostanti. La geometria che si ottiene rispetta tutti i criteri richiesti perché tutte le superfici hanno una inclinazione di 10° e il raccordo mantiene la tangenza.