Thread for Screw Tutorial/fr

Introduction
Ce tutoriel est un ensemble de techniques pour modéliser un filetage avec FreeCAD.

This tutorial is a collection of techniques to model screw threads in FreeCAD.

La modélisation de filets n'est pas recommandée car elle surcharge le noyau de modélisation. Les formes filetées prennent beaucoup de mémoire, et un seul filetage dans un projet FreeCAD peut faire exploser la taille du fichier. Toutefois, il est des situations où il est essentiel de modéliser un filetage dans le détail, et c'est l'objet de ce tutoriel.

Thread shapes take a lot of memory, and having just one thread in a FreeCAD project can increase the file size significantly. However, with the popularization of additive manufacturing (3D printing), there is a real need to model threads, in order to print them exactly as designed. This is what this tutorial is for.

See also helpful videos.
 * Introducing a strategy for designing a bolt without the commonly found problems.

Méthode 0. Récupération depuis une bibliothèques d'objets
La réutilisation de modèles créés par d'autres est facile et rapide. Regardez Macro BOLTS, qui est une interface pour l'insertion de pièces standards à partir de la bibliothèque BOLTS.

Using models that other people have made is easy and saves time. See the external workbenches page for information on external tools.

In particular, two resources are recommended that can be installed from the Addon Manager:
 * Fasteners Workbech, to place parametric screws and washers that follow ISO standards. The screws and nuts by default don't show a thread, but this can be controlled with an option.
 * BOLTSFC, to place standards parts from the BOLTS library, which also follow ISO standards.

Méthode 1. Utilisation de macros.
Il y a une fameuse macro Screw Maker, écrite par ulrich1a, et un Atelier Visserie complet écrit par shaise (lien vers GitHub). Ces derniers ont des options pour générer des filets. Ils ciblent les filets de profil standard (triangulaire ou approchant).


 * In the past, the Macro BOLTS was used to insert the parts from the BOLTS library. This is now deprecated. Use the BOLTSFC workbench instead.


 * In the past the stand-alone Screw Maker macro, by ulrich1a, was used to create individual bolts, screws, and washers. This is now deprecated. The Fasteners workbench, by shaise, includes the screw maker macro completely, together with a toolbar to select the right component.

Méthode 2. Tricher en empilant des disques.
C'est une très bonne méthode de visualisation des filets, tout en gardant une géométrie simple.

In many cases we don't need real threads, we just need a visual indication that the threads will be there.

L'idée est de créer un filetage non hélicoïdal (qui est juste une révolution d'un profil en dent de scie, ou un empilement de disques chanfreinés). Un filetage factice de ce type est difficile à distinguer d'un vrai filetage hélicoïdal au premier abord. Cela peut également marcher pour de l'analyse de résistance de matériaux. Par contre, pour de l'impression 3D, cela ne fonctionnera pas.



Revolving sawtooth profile

 * 1) Click on.
 * 2) Click on . Select.
 * 3) Draw a closed sketch with the required inner diameter, outer diameter around , pitch , number of teeth , and total height.
 * 4) Select the sketch, then click on . Select, and press.



Stacking discs

 * 1) Repeat the first two steps from the previous section.
 * 2) Draw a closed sketch with the required inner diameter, outer diameter, and pitch, but draw only a single tooth of the sawtooth.
 * 3) Select the sketch, then click on . Select, and press.
 * 4) Select the revolution, then click on . Select . For a fake thread with a pitch of, set the  to , and  to , then press.
 * 5) You can add more discs by increasing the value of  in the linear pattern, and by raising the, which is the total length of the fake thread.

The and  are related. If the length is too large, but the number of occurrences is not high enough, you will have disconnected discs, and the Body computation will fail, as the resulting object must always be a single contiguous solid. If you wish, you may add a with a diameter equal to the inner diameter of the discs, and as high as the total thread height. This will join all discs into a single solid, thus guaranteeing that there will not be disconnected discs.



Idée
Cette idée est assez simple: dessiner le profil du filetage, et le balayer le long d'une hélice. Lors du balayage, assurez vous de cocher les boites de dialogues Solide et Frenet. Solide est la clé pour permettre de opérations d'union ou de soustraction. Frenet empêchera le profil de se tordre (plus d'info à ce sujet est disponible dans la documentation sur le Balayage).

General
Draw the profile of the thread, and then sweep it along a helical path.


 * 1) Click on  to create a . Give it the appropriate values for ,  , and.
 * 2) Click on.
 * 3) Click on . Select.
 * 4) Draw a closed sketch with the required profile for the thread teeth, normally a triangular shape.
 * 5) Select the sketch, then click on . In, click on , and choose the helix object previously created. Then change  to  so that the profile sweeps the path without twisting; then press.
 * 6) When the dialog asks for a reference, choose.
 * 7) The helical coil is created, but there is no central body or shaft.
 * 8) Click on  with the appropriate   and   to touch the rest of the helical thread and automatically fuse to it.
 * 9) Additional boolean operations are needed to shape up the abrupt ends of the coil. For example, you can use additive features to provide a hexagonal head to the screw, and subtractive features to remove the excess material from the tip of the screw.

This process can also be done with the tools of the Part Workbench.
 * 1) In this case, you don't need a PartDesign Body, just create the sketch from the Sketcher Workbench with, and choose the global XZ plane.
 * 2) Then use.
 * 3) Select the appropriate sketch from  and click the arrow to pass it to.
 * 4) Click, and choose all edges of the existing helix in the 3D view. Click.
 * 5) Make sure to tick  and .  is the key to be able to perform Part Boolean operations with the resulting coil.
 * 6) Click  to exit the dialog and create the coil.

Cela génère le filet du filetage, sans la barre ou le trou. Pour faire le filetage sur une barre ou dans un trou, il faudra utiliser unir ou soustraire ce filet avec un cylindre. D'autres opérations booléennes seront nécessaire pour façonner le bout du filet laissé brut.



Les clés du succès
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).

Règle 2. Rappelez vous que dans FreeCAD, l'hélice est imprécise. Ainsi, un cylindre créé pour se superposer précieusement 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 face tangentes, les arrêtes tangentes à des faces auxquelles elles ne sont pas connectées, les arrêtes coïncidentes et tangentes, etc...

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 mais 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.


 * Tip 3. For 3D visualization and 3D printing it may be okay to leave the cylinder and the thread unfused, that is, with intersections between the two solids.

Avantages et inconvénients
+ Une manière très naturelle de faire des filetages

+ Facile à comprendre

- à cause de l'invalidité des balayage qui s'intersectent, il est quasi impossible de générer un filet uniforme (c'est à dire, sans face cylindrique sur les face internes ou externes du filetage).

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



Si on utilise un cercle en guise de profil horizontal (le cercle doit être décentré par rapport à son origine, ce décentrement 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.

Figuring out the horizontal profile to obtain a certain vertical profile is not easy. For simple cases like triangular or trapezoidal it can be constructed manually. Alternatively, it can be constructed by creating a short thread with method 3, and getting a slice of it by doing a Part Common between a horizontal plane face and the thread.

Profil pour un filetage triangulaire
Terminé!
 * 1) Créer une spirale (d’Archimède) dans le plan XY.
 * 2) fixer le nombre de tours est a 0.5,
 * 3) fixer le rayon du rayon interne du filetage (le rayon externe sera ce dernier plus la profondeur de coupe)
 * 4) fixer et croissance pour doubler la profondeur de coupe du filet.
 * 5) Part Mirror la spirale contre XY plan
 * 6) Part Union la spirale et le miroir pour obtenir un filet fermé, en forme de coeur.


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

Profil pour une section quelconque




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

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.


 * Edit_OK.svg a ready-to-use thread-on-a-rod solid shape is created by the sweep directly.
 * Edit_OK.svg fewer or even no boolean operations are required, so generation speed is very high compared to Method 3.
 * Edit_OK.svg thread ends are nicely cut straight away
 * Edit_OK.svg long threads are not a problem, unless a boolean operation is needed. Otherwise, it is not going to be much better than Method 3.
 * Edit_OK.svg threads without a gap are not a problem.

- la définition du profil du filetage est compliquée

Idée
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.