CC BY
16
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2009 р. Вип. № 19
УДК 621.744.072.2:681.3
Дан Л.А.1, Трофимова Л.А.2, Величко A.A.3
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОПЛОТТЕРА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗИФИЦИРУЕМЫХ ЛИТЕЙНЫХ МОДЕЛЕЙ
На основании анализа технических возможностей термоплоттера разработан и опробован технологический процесс изготовления с его помощью пенополистиро-ловых моделей для литья по газифицируемым моделям
Литейные предприятия с мелкосерийным и единичным характером производства, например, специализирующиеся на поставке заготовок ремонтного назначения, сталкиваются с проблемами быстрого изготовления модельной оснастки, а затем - ее хранения. Первая проблема связана с требованиями заказчика - необходимостью быстрого получения литых заготовок, вторая часто связана с непредсказуемостью рынка, недостаточным маркетинговым исследованием. Стоимость модели зачастую составляет 50 % и более себестоимости отливки, и производитель старается как можно дольше хранить ее в расчете на повторение заказа. Хранение деревянных моделей требует значительных материальных затрат на содержание здания, отопление и освещение, оплату труда персонала склада. Даже утилизация моделей в случае их ненужности требует значительных затрат.
В последние годы большое распространение получило литье по моделям из пенополи-стирола - литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) [1 - 3]. Применение этого способа упрощает процесс изготовления отливок, позволяет получать заготовки повышенной точности, приближающиеся по размерам и конфигурации к готовым деталям.
В отличие от деревянных, металлических, пластмассовых (многоразовых) пенополисти-роловые модели используют один раз. При заливке жидкого металла непосредственно на модель, она газифицируется, образовавшаяся в форме полость заполняется расплавом, воспроизводящим конфигурацию заготовки. Таким образом, из технологического цикла изготовления отливки исключается операция хранения модельного комплекта.
В условиях крупносерийного и массового производства модели получают в пресс-формах путем тепловой обработки гранул полистирола. Длительность изготовления пресс-форм сопоставима со сроком изготовления, а стоимость зачастую превышают стоимость изготовления деревянной модельной оснастки.
В условиях единичного и мелкосерийного производства модель изготовляют путем механической обработки стандартных плит и блоков из пенополистирола. Модель представляет собой копию отливаемой детали и отличается от нее припусками на механическую обработку. Однако, сам процесс вырезания модели из блока пенополистирола, как правило, вручную, характеризуется большой трудоемкостью, а сама модель не отличается высокой точностью.
Целью настоящей работы было исследование возможности применения термоплоттера при изготовлении пенополистироловых литейных моделей для технологии ЛГМ.
В настоящее время термоплоттеры (другие названия подобных станков - termocutter, станок ЧПУ для резки пенопласта, станок компьютерной резки пенопласта) используют для фигурной резки пенопласта с целью получения фасадных элементов, архитектурных изделий, упаковки, сэндвич панелей, утепления для труб, несъемной опалубки, рекламных элементов (логотипы, буквы, муляжи крупных размеров, колонны, арки, балясины, молдинги и т. д.).
ПГТУ. канд. техн. наук, доц.
2ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
3ПГТУ, студент
Термоплоттер представляет собой аппаратно-программный комплекс, включающий в себя персональный компьютер, контроллер и исполнительный механизм. Режущим элементом является нагретая нихромовая струна. Струна перемещается в вертикальной плоскости, а относительно нее двигается пенополистироловый блок - заготовка.
Исследования проводили на термоплоттере модели «Евро -21», со следующими характеристиками: высота подъема струны 1000 мм, длина струны 1000 мм, горизонтальный ход рамы 2000 мм. дополнительный элемент - поворотный стол. Материалом для изготовления моделей служил блочный пенополистирол марки ПСБС - 25.
В качестве примера представлен технологический процесс изготовления на термоплоттере пенополистироловой модели для отливки методом ЛГМ детали «головка».
На первом этапе выполнили объемное моделирование отливки. На рис. 1 представлен 3D - образ пенополистироловой модели литой заготовки рассматриваемой детали, созданный в графическом редакторе Solid Works. На модели были предусмотрены припуски на механическую обработку, а также компенсация усадки рабочего сплава при кристаллизации. В отличие от обычных деревянных или металлических
пенополистироловую модель, учитывая особенности ЛГМ, выполнили без литейных уклонов.
Для трансформирования 3D - модели в рабочие файлы на следующем этапе произвели разбивку цельного объемного образа на его составные элементы, как это показано на рис. 2.
Рис. 1 - 3D - модель литой заготовки
Рабочие файлы для работы термоплоттера данного типа создаются в программе Autocad. Поэтому чертеж каждого элемента модели из редактора Solid Works был импортирован в Autocad в 2D варианте, в отдельный файл. Затем по очереди вырезали все элементы конструкции. При этом точность их выполнения обеспечивала возможность последующей сборки модели без дополнительной подгонки как плоских, так и криволинейных поверхностей. Качество реза контролировали путем изменения
температуры струны и скорости перемещения заготовки относительно струны. Кроме деталей изображенных на рис. 2, аналогичным образом изготовили модели элементов литниково - питающей системы (ЛПС). Завершающей операцией технологического процесса было совмещение и склеивание составных частей модели в единое целое с установкой JII IC На рис. 3 приведен в положении заливки вид собранной модели детали «головка» с установленными прибыльными частями и промывниками.
Рис. 2 - Элементный состав 3D - модели
Рис. 3 - Пенополистироловая модель детали Рис. 4 - Литая заготовка детали «головка» «головка» с элементами ЛПС
Далее для реализации технологии ЛГМ модель снабдили пенополистироловыми стояком и питателями, подвергли сушке, окрашиванию противопригарной краской и повторной сушке. Готовую модель поместили в вакуумируемый контейнер, заполненный кварцевым песком, и залили расплавленной сталью. Расплав к отливке подводили сверху, через прибыли. Это обеспечило оптимальное соотношение скоростей газификации пенополистирола и заполнения жидким металлом образующейся в форме полости. На рис. 4 показана готовая отливка, извлеченная из контейнера после удаления элементов ЛПС.
Выводы
1. Одноразовые пенополистироловые литейные модели для единичного и мелкосерийного производства методом литья по газифицируемым моделям могут быть изготовлены с помощью термоплоттера.
2. Разработана и в опытно - промышленных условиях успешно опробована общая технологическая схема изготовления пенополистироловых моделей на упомянутом виде оборудования.
Перечень ссылок
1. Шуляк B.C. Производство отливок по газифицируемым моделям / B.C. Шуляк, С.А. Рыбаков, К.А. Григорян. - М.: МГИУ, 2001. - 330 с.
2. Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям / B.C. Шуляк. - СПб.: НГЛ «Профессионал», 2007. - 408 с.
3. Чудновский А. Р. Изготовление отливок по моделям из пенопласта / А. Р. Чудновский. - М.: НИИМАШ, 1970.-71 с.
Рецензент: A.M. Скребцов д-р техн. наук, проф., ПГТУ
Статья поступила 17.12.2008
