CC BY
15СЕКЦИЯ 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 621.74.07
А.А. Афошин
Луганский государственный университет имени Владимира Даля,
Луганск, 91034 e-mail: 80508862369@mail.ru
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ВАКУУМНО-ПЛЕНОЧНОЙ ФОРМОВКИ ПО АДДИТИВНОМУ ПРОЦЕССУ ПОСЛОЙНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ НИТИ
Приведены результаты экспериментальных исследований литейной оснастки, полученной процессом 3D-печати по технологии послойного нанесения полимерной нити. Проанализировано влияние технологических параметров на качество изготавливаемых литейных моделей. Проведено технологическое обоснование эффективности производства оснастки для условий серийного производства литья.
Ключевые слова: вакуумно-пленочная формовка, литейная оснастка, литейная модель, аддитивный процесс, 3D-печать, технология послойного нанесения полимерной нити, параметры режима печати, качество послойной модели.
A.A. Afoshin
Lugansk State University named after Vladimir Dahl, Lugansk, 91034 e-mail: 80508862369@mmail.ru
PROVISION OF TECHNOLOGY OF CASTING TOOLING FOR VACUUM-FILM FORMING BY ADDITIVE PROCESS OF LAYER APPLICATION OF POLYMER THREAD
The results of experimental studies of foundry equipment obtained by the 3D printing process using the technology of layer-by-layer application of polymer filament are presented. The influence of technological parameters on the quality of manufactured casting models is analyzed. The technological substantiation of the efficiency of production of tooling for the conditions of batch production of casting has been carried out.
Key words: vacuum-film forming, foundry equipment, foundry model, additive process, 3D printing, polymer filament layering technology, printing mode parameters, quality of layered model.
Одним из основных направлений технологического прогресса в машиностроении является отработка конструкций новых изделий на технологичность. Для самых сложных по конфигурации деталей после их обработки на технологичность в большинстве случаев наиболее тождественными оказываются литые заготовки [1].
Для производства литых заготовок необходима оснастка. В массовом производстве технологичность литейной оснастки отличается от технологичности серийного производства. В массовом производстве часто можно отступить от простоты технологического процесса и оснастки, поскольку даже при их высокой сложности разделение сложных операций, принятое в технике массового производства, обеспечивает требуемую точность конечного продукта при минимальной трудоемкости. Для серийного производства, тесно связанного с опытным, упрощение оснастки и технологического процесса обязательны.
На современном этапе развития литейного производства с точки зрения простоты использования оборудования и доступности материалов аддитивную технологию, известную как FDM, целесообразно применять для изготовления модельной оснастки по вакуумно-пленочному методу
Третья международная научно-техническая конференция
формовки (ВПФ), где отсутствуют повышенные требования к качеству поверхности, прочности, чистоте поверхности, и будут обеспечены необходимые требования к изделию при низкой себестоимости [2].
Цель работы - разработка технологии 3D-печати литейной оснастки, удовлетворяющей условиям вакуумно-пленочной формовки и проведение технологического обоснования эффективности внедрения в серийное производство.
Конструкция литейной оснастки всегда будет технологичной, если совокупность ее конструктивных элементов выполнена в полном соответствии с техническими условиями ее работы в сборке изделия и дополнительно согласована с требованиями оптимальных серийных процессов ее формообразования [3].
Литейная модель и модельная оснастка для вакуумно-пленочной формовки изготавливается на обрабатывающих станках по технологическим режимам, включающим в себя удаление режущим инструментом поверхностного слоя заготовки (болванки). Заключительной операцией механической обработки литейной модели является сверловка сквозных вентиляционных цилиндрических каналов диаметром 0,2-0,3 мм в тех местах, где есть возможность их выполнения.
Общеизвестно, что к малым отверстиям принято относить круглые отверстия диаметром менее 0,5 мм, прямоугольные и фасонные отверстия площадью менее 1 мм2 [1]. Подобные отверстия используются в литейной технологической оснастке, в частности для технологии вакуумно-пленочной формовки.
Существенное преимущество от внедрения аддитивных процессов в подготовку литейной оснастки для ВПФ заключается в 3D-печати готовой оснастки, практически не требующей доработок механическими операциями.
На данный момент в научной и технической литературе нет обоснованных рекомендаций по технологическим параметрам для режимов печати литейной оснастки по технологии послойного нанесения полимерной нити. В связи с этим возникает актуальная потребность в определении оптимальных технологических параметров для получения модельной оснастки по 3D-технологии с характеристиками, обеспечивающими требуемое качество.
Под требуемым качеством изготовления литейной оснастки понимаем соблюдение размеров, чистоту поверхности и отсутствие на ней дефектов в тех пределах, которые заданы в технических условиях на чертеже. Для производства литейной оснастки применялись:
- аддитивная технология послойного нанесения полимерной нити (известная как FDM-технология);
- механическая обработка на станке с ЧПУ.
После чертежи литейной оснастки для отливки «поводок» подвергались проработке в программах:
- для ЗД-печати на 3D-принтере модели «TEVO Tarantula i3» - программа Simplify 3D, параметры печати задавались по следующему режиму: толщина укладываемого слоя нити принималась за ксп = 100 мкм, скорость движения сопла экструдера (Vc) принималась за 70 мм/с, температура окружающей среды комнатная;
- для обработки на станке с ЧПУ модели CNC 1212 - программа ArtCAM 2018.
После напечатанную на 3D-принтере и обработанную на станке с ЧПУ литейную оснастку подвергали замерам. Линейные размеры замерялись штангенциркулем ШЦЦ-1-125-0,01 ГОСТ 166-89, радиальные - микрометром МК25-1 ГОСТ 6507-90, шероховатость поверхности моделей контролировалась профилометром Н-141. Контроль размеров литейной оснастки показал полное соответствие заданным по чертежу размерам. Шероховатость поверхностей, полученных после 3Д-печати и на станке с ЧПУ, удовлетворяет условиям вакуумно-пленочной формовки.
Сравнительный технологический анализ производства модельной оснастки на примере литейной модели для отливки типа «поводок», изготовленной двумя способами, - с применением станка с ЧПУ и аддитивным способом 3D-печати, представлен в таблице.
Основные параметры изготовления литейной оснастки по двум технологиям
№ Наименование критерия Аддитивный способ изготовления Обработка на станке с ЧПУ
Расход / ед. изм.
1 Материал Полиамид белый Фанера ФК, сорт 2/2
44 г 130 г
2 Машинное время работы станка 1 ч 20 мин 2 ч 14 мин
3 Качество обработки поверхности Удовлетворяет условиям ВПФ
Испытания литейной оснастки проходили в лабораторных условиях вакуумно-пленочной формовки. Литейная модель, напечатанная на SD-принтере, не нуждаясь в обработке, беспрепятственно обтянулась синтетической пленкой, а уже после формовки также беспрепятственно извлекалась из формы. Литейной модели, изготовленной на станке с ЧПУ, потребовалась доработка -выполнение вентиляционных отверстий. Однако после их выполнения обтяжка синтетической пленкой и последующее извлечение литейной модели показали хорошие результаты.
В результате проведенных исследований сделаны выводы:
1. Проведен технологический анализ производства литейной оснастки для вакуумно-пленочной формовки, изготовленной аддитивным способом послойной укладки полимерной нити, в сравнении со способом механической обработки на станке с ЧПУ.
2. Установлено, что литейная модель, изготовленная аддитивным процессом, удовлетворяет всем техническим и эксплуатационным требованиям получения качественного литья, присущим способу вакуумно-пленочной формовки. Литейная модель, полученная механической обработкой на станке с ЧПУ, также показала хорошие эксплуатационные свойства, однако вызвала затруднения при выполнении сквозных вентиляционных каналов.
3. Внедрение аддитивного процесса позволяет сократить сроки изготовления литейных моделей, тем самым снизить себестоимость отливок и подготовку производства в целом.
4. Проведенные экспериментальные испытания напечатанных на SD-принтере литейных моделей показали их технологическую целесообразность для дальнейшего внедрения в производство литья различной серийности.
Литература
1. Амиров Ю.Д. Технологичность конструкции изделия. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 768 с.
2. Сыровой Г.В., Афошин А.А. Возможность использования аддитивных технологий для изготовления оправок // Ресурсосберегающие технологии производства и обработки давлением материалов в машиностроении: Сб. науч. тр. - Луганск: ЛНУ им. В. Даля, 2019 - № 2 (27). -С.47-54.
3. Корбанов В.Д., Вальтер А.И. Изготовление модельной оснастки в литейном производстве с применением аддитивных технологий // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2018. -№ 10. - С. 334-338.
