CC BY
45
УДК 621.74.041
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ЛИТЬЯ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ CAD/CAM СИСТЕМ
В. Д. Шапорев, П. А. Иванов, Н. Ф. Янковская, Н. А. Амельченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: shaporev.victor@yandex.ru
Рассмотрены особенности технологии проектирования и изготовления модельной оснастки для литья в песчаные формы. Показано, что применение CAD/CAM систем значительно сокращает трудоемкость подготовительных работ и способствует повышению точности получаемых отливок.
Ключевые слова: модельная оснастка, отливка, формовочные смеси, древесноволокнистая плита, шлакоуловитель, питатель, фрезерование.
DESIGNING AND MANUFACTURING MODELING EQUIPMENT FOR MOLDING FORMS WITH CAD/CAM SYSTEMS
V. D. Shaporev, P. A. Ivanov, N. F. Yankovskaya, N. A. Amelchenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: shaporev.victor@yandex.ru
The features of the technology of designing and manufacturing model rig for casting in the sand forms. It is shown that the using of CAD and CAM systems significantly reduces the laboriousness of the preparatory work and contributes to increasing the accuracy of the resulting castings.
Keywords: model rig, casting, molding compounds, Medium Density Fibreboard, slag trap, feeder, milling.
Основной задачей заготовительного производства является повышение геометрической точности и качества заготовок, получаемых литьем, штамповкой и другими методами. Применение CAD/CAM систем при проектировании и изготовлении модельной оснастки значительно сокращает сроки технологической подготовки при производстве заготовок.
В данной работе рассматриваются вопросы проектирования и изготовления оснастки для получения заготовок методом литья в песчано-глинистые формы. Сущность способа литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, изготовленных из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта. После затвердевания залитого металла и охлаждения отливки производят ее выбивку, очистку и обрубку [1].
С целью повышения эффективности и автоматизации производства процесс проектирования модельных комплектов для литья в песчано-глинистые формы начинается с разработки твердотельной 3D модели будущей заготовки. При этом можно использовать любую CAD систему среднего или высокого уровня, например, SolidWorks, CreoParametric, AutoDesk Inventop, Catiya (V5/V6), T-Flex CAD 3D, SprutCAD, КОМПАСА (V17) и другие программы более поздних версий.
На основании технологического анализа чертежа конструктор учитывает особенности конструкции будущей заготовки, назначает припуски на обработку в зависимости от требуемой точно-
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
сти, литейные уклоны и радиусы [2; 3]. При построении твердотельной 3D модели заготовки следует учитывать степень усадки материала, из которого она изготавливается. Во избежание чрезмерной усадки материала, с целью получения требуемого контура заготовки, все размеры 3D-модели сознательно увеличивают с учетом коэффициента усадки, зависящего от марки литейного материала. Для серого чугуна этот коэффициент равен 1,01; для легированного чугуна он может достигать до 1,02 [2].
На рис. 1 приведены две твердотельные 3D модели заготовок деталей, по которым будут отформованы полости для заливки металла в литейную форму.
Рис. 1. Твердотельные 3D-модели изделий
Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость для заливки расплавленного металла. Как правило, литейная форма состоит из верхней и нижней модельных плит, которые изготавливают в литейных опоках и фиксируют с помощью металлических штырей или специально сформованных замков. Для подвода расплавленного металла в полости литейной формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании изготавливают литниковую систему. Далее рассчитывают дополнительные площади для стояка, шлакоуловителя и питателей в соотношении [3; 4]: Sпит : Sшлак : Sст = 1 : 1,25 : 1,5.
В процессе проектирования модельных плит, как правило, верхней и нижней, важно правильно выбрать линию их разъема и стыковки. Для правильной ориентации верхней и нижней модельных плит в большинстве случаев линией разъема является горизонтальная плоская поверхность, в которой сформированы замки, исключающие их смещение. После проектирования 3D-моделей модельных плит их накладывают друг на друга и контролируют процесс совмещения в замок. При обнаружении неточностей в полостях для заготовок производится доработка 3D-моделей.
На рис. 2 показ процесс совмещения модельных плит в замок.
«Л"_ __г—Л ^СтЗЩ/
а б
Рис. 2. Вертикальное зацепление модельных плит в замок на 3D-модели: а - процесс наложения; б - совмещенная модельная оснастка
При создании 3D-геометрии деталей и модельных плит в CAD-системе, которая не является «родной» для САМ-системы, необходимо использовать конвертор. Конвертор, как правило, используется для преобразования графического файла одного формата в графические файлы друго-
го, который распознается САМ-системой. Для этого файлы, созданные в CAD-системе следует сохранить с расширением, например DWG, DXF, IGS, STL или SAT и провести все операции с САМ-системой с целью разработки управляющей программы для станков с ЧПУ, которые используются для изготовления модельных плит.
После разработки управляющей программы и передачи ее на станок с ЧПУ приступают к изготовлению модельной оснастки. В качестве основного материала для формообразования модельных комплектов для литейных форм можно использовать дерево крепких пород или древесноволокнистую плиту средней плотности типа МДФ (Medium Density Fibreboard). Можно также использовать модельный пластик, который обладает достаточной жесткостью и хорошо поддается обрабатывается.
Для обработки МДФ или модельного пластика можно использовать фрезы и сверла из быстрорежущих сталей. При изготовлении модельной оснастки устанавливали следующие режимы резания: частота вращения шпинделя от 6500 до 8000 мин-1, подачу регулировали в зависимости от этапа обработки от 300 мм/мин при черновой обработке и до 3500 мм/мин. при чистовой. После фрезерования идет процесс доработки модельных плит, выполняются слесарные операции. Для упрочнения оснастку из МДФ рекомендуется покрыть слабым раствором клея и воды с целью повышения жесткости плит. Затем необходимо покрыть лаком или краской по дереву для дальнейшего хранения и использования.
На рис. 3 показаны модельные плиты после обработки и покраски.
Рис. 3. Верхняя (а) и нижняя (б) плита после формовки и покраски
Описанная методика проектирования и изготовления модельной оснастки с применением CAD/CAM систем достаточно хорошо отработана и применяется в реальных условиях на производстве.
Таким образом, на основании анализа возможностей СAD/CAM систем можно сделать следующие выводы:
- применение современных технологий способствует повышению эффективности в заготовительном производстве и сокращению сроков технологической подготовки;
- повышает уровень автоматизации производства и качество выпускаемых изделий.
Библиографические ссылки
1. Дальский, А. М. Механическая обработка материалов : учебник для вузов / А. М. Дальский, В. С. Гаврилюк, Л. Н. Бухаркин и др. М. : Машиностроение, 1981. 263 с.
2. ГОСТ 3212-92. Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров. М. : Изд-во Госстандарта России, 1992. 24 с.
3. Малов А. Н. Справочник металлиста. В 5 т. Т. 3 / под ред. А. Н. Малова. М. : Машиностроение, 1977. 752 с.
4. Зубарев Ю. М. Методы получения заготовок в машиностроении и расчет припусков на обработку : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2016. 256 с.
© Шапорев В. Д., Иванов П. А., Янковская Н. Ф., Амельченко Н. А., 2019
