Разработка комплекса технико-технологических решений для аддитивного производства моделей с целью повышения качества фасонных отливок ответственного назначения при литье по выплавляемым моделям
- Autores: 1, 1, 1, 1
-
Afiliações:
- Самарский государственный технический университет
- Edição: Volume 1 (2022)
- Páginas: 394-396
- Seção: Цифровые технологии в машиностроении: материаловедение и металлообработка
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr/article/view/107720
- ID: 107720
Citar
Texto integral
Resumo
Обоснование. Фасонные отливки ответственного назначения из черных и цветных сплавов находят широкое применение в основополагающих отраслях промышленности; машиностроении, авиа- и ракетостроении. При этом с развитием техники к отливкам предъявляются все более высокие требования по геометрической точности, прочности и надежности в эксплуатации. Наряду с повышающейся конкуренцией в производстве фасонного литья, важное значение приобретает себестоимость литой продукции и сроки ее изготовления [1].
Поэтому актуальными становятся задачи по разработке комплекса технологических решений, направленных на обеспечение требуемого качества с одновременным снижением себестоимости и сроков производства отливок ответственного назначения за счет использования аддитивных технологий в качестве инструмента для создания разовых моделей и модельной оснастки на этапе подготовки производства [2].
Цель — разработка и внедрение комплекса технико-технологических решений для получения моделей с применением аддитивных технологий для подготовки производства фасонных отливок ответственного назначения литьем по выплавляемым моделям.
Методы. С целью определения зольного остатка в условиях прямого выжигания моделей из огнеупорной керамической формы разработан тестовый образец, имеющий следующие конструктивные особенности: наличие охватываемых и охватывающих поверхностей керамической оболочкой; наличие радиусов скруглений и острых углов на образце для оценки напряжений в керамической оболочке; образцы изготавливаются на 3D-принтере модели DesignerXL по FDM-технологии с варьируемой степенью заполнения (плотностью) 5–15–30 (%) для анализа влияния внутренних опорных структур модели на величину зольного остатка. Выжигаение модели производится при температуре 600 °С в течении 4 ч, затем оболочку вскрывают и взвешивают зольный остаток.
Результаты. При анализе зольности полимерных композиций (график зольности представлен на рис. 1) наименьшие значения получены у композиций на основе полилактида (PLA) и полиметилметакрилата (PMMA).
Рис. 1. Графическая зависимость зольного остатка от плотности опорных структур
Таким образом, перспективными материалами для аддитивного производства моделей в технологическом процессе литья по выплавляемым моделям можно считать материалы на основе полилактида и полиметилметакрилата с соблюдением следующих условий:
- плотность опорных структур в диапазоне 5–15 %;
- отсутствие пластификаторов и красителей при непосредственном производстве филамента;
- использование специально разработанных ступенчатых режимов выжига полимерных моделей, совмещенных с прокалкой керамической оболочки.
Однако в современном литейном производстве зачастую используются комбинированные модельные блоки, состоящие из полимерных моделей и стандартизированных элементов литниково-питающих систем, выполненных из модельных восков, таким образом, при производстве керамических огнеупорных форм провести операцию выжига не представляется возможным без предварительной операции вытопки воскового модельного состава [3].
Для получения крупногабаритных фасонных моделей наиболее целесообразно использование комбинации материалов, где в качестве материала опорных структур и внутренней оболочки применяется воско-полимерная композиция из наполненного воска с добавлением полимерных материалов на основе полилактида и полиметилметакрилата, а для создания внешней оболочки используются наполненные воски, близкие по составу к литейным и имеющие температуры начала каплепадения от 80 °С. На рис. 2 и 3 показано расположение внутреннего каркаса вместе с опорной структурой модели из тугоплавкой воско-полимерной композиции и внешней оболочки, выполненной из наполненного модельного воска.
Рис. 2. Внешний вид комбинированной воско-полимерной модели с поддерживающими структурами в программной среде PolygonX (фрагмент)
Рис. 3. Внутренняя структура воско-полимерной модели в программной среде PolygonX (фрагмент)
Выводы. Использование воско-полимерных моделей, полученных средствами аддитивных технологий, в стандартном технологическом процессе предприятия позволяет:
- снизить тепловую нагрузку на рабочие механизмы машин аддитивного производства;
- упростить ручное удаление поддерживающих структур;
- сохранить взаимодействие в системе «модель – огнеупорная керамическая оболочка» подобно классическому процессу на этапе вытопки модельных блоков [4];
- проводить регенерацию воско-полимерных композиций для последующего повторного использования благодаря однородности поддерживающих структур [5].
Palavras-chave
Texto integral
Обоснование. Фасонные отливки ответственного назначения из черных и цветных сплавов находят широкое применение в основополагающих отраслях промышленности; машиностроении, авиа- и ракетостроении. При этом с развитием техники к отливкам предъявляются все более высокие требования по геометрической точности, прочности и надежности в эксплуатации. Наряду с повышающейся конкуренцией в производстве фасонного литья, важное значение приобретает себестоимость литой продукции и сроки ее изготовления [1].
Поэтому актуальными становятся задачи по разработке комплекса технологических решений, направленных на обеспечение требуемого качества с одновременным снижением себестоимости и сроков производства отливок ответственного назначения за счет использования аддитивных технологий в качестве инструмента для создания разовых моделей и модельной оснастки на этапе подготовки производства [2].
Цель — разработка и внедрение комплекса технико-технологических решений для получения моделей с применением аддитивных технологий для подготовки производства фасонных отливок ответственного назначения литьем по выплавляемым моделям.
Методы. С целью определения зольного остатка в условиях прямого выжигания моделей из огнеупорной керамической формы разработан тестовый образец, имеющий следующие конструктивные особенности: наличие охватываемых и охватывающих поверхностей керамической оболочкой; наличие радиусов скруглений и острых углов на образце для оценки напряжений в керамической оболочке; образцы изготавливаются на 3D-принтере модели DesignerXL по FDM-технологии с варьируемой степенью заполнения (плотностью) 5–15–30 (%) для анализа влияния внутренних опорных структур модели на величину зольного остатка. Выжигаение модели производится при температуре 600 °С в течении 4 ч, затем оболочку вскрывают и взвешивают зольный остаток.
Результаты. При анализе зольности полимерных композиций (график зольности представлен на рис. 1) наименьшие значения получены у композиций на основе полилактида (PLA) и полиметилметакрилата (PMMA).
Рис. 1. Графическая зависимость зольного остатка от плотности опорных структур
Таким образом, перспективными материалами для аддитивного производства моделей в технологическом процессе литья по выплавляемым моделям можно считать материалы на основе полилактида и полиметилметакрилата с соблюдением следующих условий:
- плотность опорных структур в диапазоне 5–15 %;
- отсутствие пластификаторов и красителей при непосредственном производстве филамента;
- использование специально разработанных ступенчатых режимов выжига полимерных моделей, совмещенных с прокалкой керамической оболочки.
Однако в современном литейном производстве зачастую используются комбинированные модельные блоки, состоящие из полимерных моделей и стандартизированных элементов литниково-питающих систем, выполненных из модельных восков, таким образом, при производстве керамических огнеупорных форм провести операцию выжига не представляется возможным без предварительной операции вытопки воскового модельного состава [3].
Для получения крупногабаритных фасонных моделей наиболее целесообразно использование комбинации материалов, где в качестве материала опорных структур и внутренней оболочки применяется воско-полимерная композиция из наполненного воска с добавлением полимерных материалов на основе полилактида и полиметилметакрилата, а для создания внешней оболочки используются наполненные воски, близкие по составу к литейным и имеющие температуры начала каплепадения от 80 °С. На рис. 2 и 3 показано расположение внутреннего каркаса вместе с опорной структурой модели из тугоплавкой воско-полимерной композиции и внешней оболочки, выполненной из наполненного модельного воска.
Рис. 2. Внешний вид комбинированной воско-полимерной модели с поддерживающими структурами в программной среде PolygonX (фрагмент)
Рис. 3. Внутренняя структура воско-полимерной модели в программной среде PolygonX (фрагмент)
Выводы. Использование воско-полимерных моделей, полученных средствами аддитивных технологий, в стандартном технологическом процессе предприятия позволяет:
- снизить тепловую нагрузку на рабочие механизмы машин аддитивного производства;
- упростить ручное удаление поддерживающих структур;
- сохранить взаимодействие в системе «модель – огнеупорная керамическая оболочка» подобно классическому процессу на этапе вытопки модельных блоков [4];
- проводить регенерацию воско-полимерных композиций для последующего повторного использования благодаря однородности поддерживающих структур [5].
Sobre autores
Самарский государственный технический университет
Email: tlp@samgtu.ru
научный руководитель, доктор технических наук, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта, профессор кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии»
Rússia, СамараСамарский государственный технический университет
Email: ant.barinoff2014@yandex.ru
заведующий лабораторией аддитивных технологий
Rússia, СамараСамарский государственный технический университет
Email: dyachkow@list.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии»
Rússia, СамараСамарский государственный технический университет
Autor responsável pela correspondência
Email: denisoyka@yandex.ru
студент, группа 1-ФММТ-21ФММТ-102М, факультет машиностроения, металлургии и транспорта
Rússia, СамараBibliografia
- Морозова Е.А., Муратов В.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебно-методическое пособие. Самара: СамГТУ, 2012. 296 с.
- Баринов А.Ю., Дьячков В.Н., Никитин К.В. Применение быстрого прототипирования для получения единичных и мелкосерийных отливок литьем по выплавляемым моделям // Материалы III Всероссийской научно-практической конференции «Проектирование и перспективные технологии в машиностроении, металлургии и их кадровое обеспечение». Чебоксары: ЧГУ, 2017. С. 123–127.
- Дьячков В.Н., Никитин К.В., Баринов А.Ю. Технология подготовки керамических форм к заливке при литье по выплавляемым моделям // Литейщик России. 2015. № 10. С. 27–30.
- Дьячков В.Н., Соколов А.В., Никитин К.В., Баринов А.Ю. Влияние состава керамических оболочек на их свойства при литье по выплавляемым моделям // Труды XII съезда литейщиков России. Нижний Новгород, 2015. С. 420–426.
- Дьячков В.Н., Соколов А.В., Никитин К.В., и др. Исследование технологических свойств модельных составов для литья по выплавляемым моделям [текст] // Литейщик России. 2015. № 10. С. 25–27.
Arquivos suplementares
