CC BY
31
The questions of choosing the optimal parameters of the tops are considered, the calculation algorithm and the main stages of determining the efficiency of the screw shaft with the help of the proposed simplified technique are presented.
Key words: spinning top, grinding of meat raw materials, average grinding,
strength.
Artyomova Ekaterina Igorevna, masters, kat. artl amail. ru, Russia, Tula, Tula state university,
Pantyukhina Elena Viktorovnа, candidate of technical science, docent, elen-davidovaa mail.ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 621.74.045.06
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛАСТИКОВ
Л.Г. Саранин, П.И. Маленко
В статье представлены сравнительные результаты исследования процесса изготовления литейной оснастки двумя способами: ручным - из древесины, и механизированным - из модельного пластика, с применением компьютерного моделирования на базе высокотехнологичного роботизированного комплекса. Установлена и графически показана зависимость плотности древесины и пластиков от предела прочности. Выявлено преимущество использования роботизированного комплекса и модельных пластиков при изготовлении литейной оснастки перед ручным способом.
Ключевые слова: литейное производство, роботизированный комплекс, литейная оснастка, отливка, модельный пластик, древесина.
Литейная оснастка - это комплект приспособлений для получения в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Ключевыми критериями качества литейной оснастки является соответствие фактических геометрических размеров заданным конструктором, а также низкая шероховатость формообразующих поверхностей. Она может иметь любую форму, сложность и изготавливаться из различных материалов [1-3].
Существуют два основных способа получения литейной оснастки: ручной способ; механизированный способ, основанный на применении современных компьютерных технологий для моделирования [4-7], например, на базе высокотехнологичного роботизированного комплекса.
Цель работы - исследование процесса изготовления литейной оснастки на основе использования модельных пластиков с применением компьютерного моделирования на базе высокотехнологичного роботизированного комплекса.
Ручной способ изготовления оснастки является традиционным. Мастер-модельщик при изготовлении оснастки должен полностью повторить конфигурацию отливки, что напрямую зависит от его квалификации. Материал, который используется при ручном способе изготовления оснастки, как правило, древесина (рис. 1). Используют высушенную (5...12 % влажности) древесину следующих пород: сосна, берёза, бук, груша, орех. Сосна, вследствие значительного содержания в ней смолистых веществ, мало впитывает влагу и меньше подвержена короблению, поэтому её применяют для моделей крупных отливок. Модели, при изготовлении которых требуется обработка на токарных станках, чаще всего делают из берёзы, груши, ореха, так как они обладают высокой прочностью и легко обрабатываются на станках. Дерево легко поддаётся обработке, но при этом необходимо учитывать структуру материала, в зависимости от породы (табл. 1) и такие особенности, как направление волокон при расположении заготовок. Оснастка из древесины может выдержать от 100 до 1000 съёмов.
Рис. 1. Оснастка из древесины, изготовленная ручным способом. Деталь «Крышка всасывания»
Таблица 1
Плотности и пределы прочности различных пород дерева
Порода дерева Плотность, кг/см3 Предел прочности, МПа
Вдоль волокон Поперёк волокон
Растяжение Сжатие Статистический изгиб Статистический изгиб
Сосна 500 110 48 85 86
Ель 450 120 44 80 79,5
Пихта 370 70 40 70 68,5
Лиственница 660 125 62 105 111,5
Дуб 700 130 58 106 107,5
Бук 670 130 56 105 108,5
Берёза 630 125 55 110 109
Осина 480 120 42 78 78
На основании вышеизложенных данных можно получить следующую зависимость, приведённую на рис. 2.
Ручной способ изготовления литейной оснастки из древесины применяется всё реже из-за повышенного износа, частых ремонтов и, следовательно, высокой себестоимости получаемых отливок.
Механизированный способ - это изготовление оснастки с применением компьютерного моделирования и использованием, в данном случае, высокотехнологичного роботизированного комплекса. Технология состоит
503
из нескольких этапов: получение математической объёмной модели; выбор материала для будущей оснастки; изготовление оснастки на высокотехнологичном роботизированном комплексе.
800
42 48 55 62
Предел прочности (МПа)
Рис. 2. График зависимости плотности древесины от предела прочности
На первом этапе, с помощью системной ЭБ-программы подготовки просчитывают габариты и технологические нюансы будущей оснастки (рис. Э) [1, 2].
Рис. 3. Математическая модель стержневого ящика для модели «Рабочее колесо» и проверка его собираемости
В настоящее время наиболее перспективным материалом для изготовления литейной оснастки являются пластики в виде полиуретановых плит различных стандартных размеров. Эти пластики имеют широкий диапазон технологических характеристик: плотность от 0,8 до 1,7 г/смЭ; твёрдость по Шору до 90 Б и рабочие температуры до 1Э0 °С. Пластиковые плиты легко обрабатываются (практически также, как фанера, или МДФ), имеют неограниченный срок хранения, обработанная поверхность гидрофобна, инертна к большинству растворителей и кислот, обладает прочностью и стойкостью к истиранию, сравнимой с металлической оснасткой. Количество съёмов может варьироваться от 200 до Э0000. Благодаря повышенной стойкости к ударной нагрузке и абразивному износу, литейная оснастка из пластика может выдержать до 100000 формовок. Основные характеристики модельных пластиков приведены в таблице 2.
Таблица 2
Основные характеристики модельных пластиков_
Плотность пластика, г/см3 Твёрдость по Шору, Б Прочность на изгиб, МПа Модуль упругости, МПа Сопротивление сжатию, МПа Сопротивление удару, МПа Критическая температура тепловой деформации, °С
580 58 18 700 17 5 85
600 58 18-20 750 16-18 8 75-80
700 66 26 1000 25 7 90
1000 78 52 1900 50 12 90
1200 78-84 80-110 2200-2550 70-105 25-30 78-80
1300 83 100 3400 94 25 78
1350 86 145 4000 120 35 85
1750 88 92 8500 125 14 78
На основании вышеизложенных данных (табл. 2), можно получить следующую зависимость, приведённую на рис. 4.
Предел прочности (МПа)
Рис. 4. График зависимости плотности модельного пластика
от предела прочности
Изготовление литейной оснастки из модельных пластиков производится на современных 3-5 координатных станках с ЧПУ, например, высокотехнологичном роботизированном комплексе (рис. 5).
Рис. 5. Высокотехнологичный роботизированный комплекс: 1 - станок-робот; 2 - пульт управления; 3 - контроллер
505
Использование такого оборудования значительно сокращает время изготовления оснастки, повышает точность геометрических размеров до 0,01 мм и позволяет получить низкую шероховатость поверхности, не требующую дополнительной обработки (рис. 6).
Рис. 6. Литейная оснастка из модельного пластика для детали «Рабочее колесо»
Использование высокотехнологичного роботизированного комплекса при изготовлении оснастки из модельных пластиков имеет ряд неоспоримых преимуществ: минимальные сроки изготовления (от проекта до готового результата за несколько часов), полная ремонтопригодность, стабильность размеров на всём сроке службы оснастки, возможность адаптации к любому виду формовки. В настоящее время большое количество оснастки изготовлено именно таким способом. Для различных отраслей литейного производства, в том числе в авиа- и вертолетной промышленности, получены детали, оснастку для которых невозможно получить другими способами.
Список литературы
1. Гастров Г., Линднер Э., Унгер Л. Конструирование литьевых форм в 130 примерах / под ред. А.П. Пантелеева, А. А. Пантелеева. СПб: Профессии, 2006. 336 с.
2. Исагулов А.З., Кузембаев С.Б., Канунникова С.Г. Проектирование литейной оснастки: учебное пособие. Караганда: КарГТУ, 2003. 138 с.
3. Белоусов В. А. Проектирование литейной оснастки и технологии изготовления отливок в песчаных формах. Тула: ТулГУ, 2003. 44 с.
4. Сабиров Д.Х., Абрамов A.A., Денисов Л.Ю. Современные методы проектирования и изготовления литейной оснастки // Литейное производство. 2004. №7. С. 25-29.
5. Тринева Т.Л. Проблемы литейной оснастки и современные способы их решения // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2011. Т. 6. №5 (54). С. 26-30.
6. Компьютеризация и автоматизация процесса проектирования отливок и изготовления оснастки / В.П. Кузнецов [и др.] // Литейное производство. 1997. №4. С. 45-47.
7. Бакурова Ю.А., Моногаров М.О. Компьютерное моделирование процесса создания литейной оснастки // Молодые ученые - основа будущего машиностроения и строительства: сб. науч. тр. Международ. науч .техн. конф. Курск: ЗАО «Университетская книга», 2014. С. 43-47.
Саранин Леонид Геннадьевич, студент, saranin53@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Маленко Павел Игоревич, канд. техн. наук, доцент, malenko@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE STUDY OF THE PROCESS OF MANUFACTURE OF FOUNDRY EQUIPMENT
WITH THE USE OF MODEL PLASTICS ON THE BASIS OF HIGH-TECH
ROBOTIC COMPLEX
L.G.Saranin, P.I.Malenko
The article presents the results of a study of the manufacturing process of casting equipment based on the use of model plastics with the use of computer simulation based on high-tech robotic complex. This technology consists of several stages: obtaining a mathematical volumetric model, the choice of material for the future casting equipment, production of equipment on a high-tech robotic complex. It is shown that the use of high-tech robotic complex significantly reduces the production time of tooling, increases the accuracy of geometric dimensions and allows to obtain a low surface roughness that does not require additional processing.
Key words: foundry, robotic system, foundry tooling, casting, plastic model,
wood.
Saranin Leonid Gennadievich, student, saranin53@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Malenko Pavel Igorevich, candidate of technical science, docent, malen-ko@,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
