CC BY
23
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-523-526
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧЕРВЯЧНОГО КОЛЕСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
А.О. Чечуга
В работе изложен технологический процесс изготовления червячного колеса методом механообработки и его основные этапы. Проанализированы различные виды дефектов, появляющихся в процессе изготовления, а также их причины. Рассмотрены возможности переориентации имеющихся технологических решений на аддитивные методы производства, описаны особенности и преимущества аддитивных технологий. Приведены варианты программных продуктов для реализации поставленной задачи. Представлен вариант технологического процесса изготовления червячного колеса методом аддитивных технологий, с учетом особенностей конструкции изделия, производственных сложностей, а также используемого материала.
Ключевые слова: червячное колесо,графитонаполненный полиамид, технология FDM, пятно контакта, шероховатость поверхности.
Мотокультиватор "Тарпан", производимый ООО «Софт-Т» представляет собой устройство, предназначенное для рыхления и вскапывания земли в сельскохозяйственных условиях. Целевой аудиторией данного продукта являются частные потребители, поэтому производство мотокультиватора подразумевает среднесерийный выпуск продукции. Основным узлом "Тарпана"является червячная передача, обеспечивающая вращение главного рабочего элемента и состоящая из: червяка, вала с червячным колесом, барабана сцепления и корпуса редуктора. Поскольку рабочий процесс мотокультиватора подразумевает серьезные нагрузки, прочностные характеристики его вращающихся элементов должны обеспечивать достаточный уровень надежности, чтобы обеспечить работоспособность устройства на длительной дистанции эксплуатации.
С целью облегчения и удешевления конструкции матокультиватора, было принято решение изготавливать червячное колесо из графитонаполненногополиамида, поскольку это наиболее распространенный и доступный синтетический производственный материал, часто использующийся для изготовления различных элементов и конструкций в машиностроении. Формой заготовки является вал, длинной 400 мм и диаметром 100 мм. Главными достоинствами этого материала можно назвать: низкий коэффициент трения, устойчивость перед различными воздействиями внешней среды и агрессивными средами, абразивная устойчивость, а также малый вес изделия.
Червячное колесо из данного материала работает в зацеплении с зубьями стального червячного вала. Как показывает практика, такой узел отличается высокой работоспособностью и долговечностью, что позволяет эксплуатировать оборудование без возникновения риска необходимости ремонта.
Таблица 1
Характеристики графитонаполненного полиамида_
Плотность 1140-1170 кг/м3
Напряжение при деформации сжатия 25% 120-140 МПА
Ударная вязкость 40 кДж/м2
Температура плавления 215-225 С
Коэффициент трения 0,20-0,25
Процесс изготовления червячного колеса из полиамида методом механообработки состоит из следующих этапов:
1.Установка заготовки в вертикально-фрезерный зуборезный станок.
2. Процесс нарезания зубьев по всей поверхности вала фрезой.
3. Снятие заготовки и ее перемещение на отрезной станок.
4. Разрезка полученного изделия на червячные колеса.
В ходе процесса механообработки возникает риск получения дефектов изделия, а именно сколов, нарушений геометрии зубьев, а также отклонений шероховатости поверхностей от заданных требований, что, в дальнейшем, приводит к браку и списыванию изготовленной продукции [1]. Основными причинами возникновения брака в данном технологическом процессе являются:
1. Неправильно заданные режимы резания.
2. Ошибка установки заготовки оператором станка.
3. Износ рабочего инструмента, а именно - фрезы.
4. Несоответствие фактического химического состава полиамида с заявленным заводом изготовителем. Следствием чего является изменение физико-химических свойств заготовки.
5. Неравномерное распределение графита в заготовке, что приводит к нарушению целостности изделия.Следствием такого дефекта будетпоявление сколов или излишняя сыпучесть изделия в ходе процесса обработки [2].
Применение аддитивных технологий для производства червячных колес является прогрессивным и высокоточным способом формообразования. Точность 3D-принтера доходит до сотых долей миллиметра, что позволяет создавать изделие точно повторяющее исходную 3D-модель. Существует мировой многолетний опыт изготовления зубчатых колес различной конфигурации аддитивным способом. Такие изделия показывают высокую работоспособность и применяются во многих отраслях промышленности для работы таких узлов, как коробки передач, гидронасосы, транспортные механизмы и многое другое [3]. В данном случае, применение аддитивной технологии послойного синтеза позволит:
1. Упростить технологический процесс производства колеса.
2. Создать однородную структуру, тем самым уменьшив вероятность возникновения брака.
3. Добиться высокой точности рабочей поверхности, тем самым увеличив эксплуатационный
срок.
4. Увеличить физико-механические свойства изделия.
5. Уменьшить экономические издержки производства.
Рис. 1. Пример дефектов червячного колеса
Методика изготовления червячного колеса аддитивным методом подразумевает применение технологии печати FDM.Эго наиболее распространённый способ 3D-печати полимерами, заключающийся в послойном нанесении расплавленного материала экструдером, и его дальнейшем застывании в монолитную конструкцию [4]. Данный метод подходит под поставленные технологические задачи, поскольку позволяет создавать изделия из полиамида [5].Основными преимуществами этого метода являются:
- доступность оборудования, его ремонтопригодность;
- широкий выбор материалов для производства;
- простота эксплуатации оборудования;
- сравнительно малая себестоимость производимых изделий.
Технологический процесс изготовления червячного колеса методом послойного наплавления будет состоять из немногочисленных этапов, и задействовать меньшее число работников, нежели процесс механообработки [6]. Первым этапом будет разработка 3D-модели колеса и конвертация ее в про-грамму-слайсер.
В качестве программного продукта для работы в аддитивной среде следует использовать Си-1^Исегили KisSlicer. Оба решения адаптивны, работают с большинством 3D-принтеров и находятся в свободном доступе.
Достоинством KisSkicerявляется широкий перечень настроек оборудования и самого процесса печати, а также возможность получить отчет по установленным параметрам, в котором можно будет получить сведения о времени печати, расходе материала и себестоимости готовой продукции. В свою очередь Сш^Исег имеет возможность более детально работать с моделью. Имеется возможность послойного моделирования процесса печати, а также расширенная настройка поддерживающих структур с визуальной составляющей [7].
После загрузки модели в программу необходимо задать параметры и режимы печати.
Таблица 2
Основные параметры печати_
Количество экструдеров 1
Диаметр сопла 0,4 мм
Материал Полиамид
Скорость нанесения материала 45 мм/с
Скорость перемещения экструдера 120 мм/с
Поддержки Отсутствуют
Тип сцепления со столом По всей поверхности
Высота слоя 0,1 мм
Наполненность 100%
Охлаждение Постоянное
Температура печати 200 °С
По завершению процесса печати перед извлечением готового изделия из рабочей камеры 3D-принтера необходимо дать изделию остыть, с целью предотвращения возможности появления усадок и иных деформаций поверхности.
Завершающим этапом является проверка качества изготовленного червячного колеса. Необходимо осмотреть визуально поверхность на наличие неровностей или несоответствий изначальной модели. В случае, если имеются заусенцы или иные структуры, нарушающие точность поверхности, следует удалить их механическим путем с использованием подходящего инструмента. Если дефектов не обнаружено, производится процесс обкатки колеса в специализированном стенде [8].
Таким образом, можно сказать, что разработка технологического процесса изготовления червячного колеса с использованием аддитивных технологий позволит предприятию уменьшить экономические издержки при производстве, произвести модернизацию уже существующих процессов, а также откроет новые перспективы применения данной технологии в других проектах.
Список литературы
1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. №5. С.7-17.
2. Гиршов В.Л., Котов А.А., Цеменко В.Н. Современные технологии в порошковой металлургии: учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2010. 385 с.
3. Валетов В.А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы). Учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 63 с.
4. Вальтер А.В. Послойный синтез армированных объёмных изделий // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. Т.2. №12.
5. Чечуга А.О. Использование пластмасс, как альтернативу металлам, при изготовлении изделий// XVII Региональная магистерская научная конференция (25 - 29 апреля 2022 года): сб. докладов: в 2 ч. Ч. I / под науч. ред. канд. техн. наук, доц. О.А. Ткач. Тула: Изд-во ТулГУ, 2022. С. 111-113.
6. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб.для ВТУЗов / Н.М. Капустин, П.М. Кузнецов, А.Г. Схиртладзе и др. Под ред. Н.М. Капустина. М.: Высшая школа, 2004. 415 с.
7. Чечуга А.О Использование металлических порошков в аддитивном производстве // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2021. Вып. 12. С. 457-459.
8. Чечуга А.О. Параметры качества изделий, изготавлеваемых методом аддитивных технологий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 4. 2022. С. 501-504.
Чечуга Антон Олегович, магистр, chechugaanton@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF MANUFACTURING A WORM WHEEL USING ADDITIVE TECHNOLOGIES
A.O. Chechuga 525
The paper describes the technological process of manufacturing a worm wheel by mechanical processing and its main stages. Various types of defects appearing in the manufacturing process, as well as their causes, are analyzed. The possibilities of reorientation of existing technological solutions to additive production methods are considered, the features and advantages of additive technologies are described. Variants of software products for the implementation of the task are given. A variant of the technological process of manufacturing a worm wheel using additive technologies is presented, taking into account the design features of the product, production difficulties, as well as the material used.
Key words: worm wheel, graphite-filled polyamide, FDM technology, contact spot, surface roughness.
Chechuga Anton Olegovich, master, chechugaanton@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 628.517.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-526-530
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ШУМОЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОГО ПРЕССА НА ОСНОВЕ ВЫБРАННЫХ МОДЕЛЕЙ ИСТОЧНИКОВ
Е.П. Чубарь, В.В. Козлюк, И.Г. Переверзев
В статье рассматриваются аналитические исследования спектров шума, создаваемых несущей системой данного типа прессов. Компоновка прессов представляет собой совокупность прямоугольных пластин ограниченных размеров. Для теоретического расчета спектров вибраций и шума использованы энергетические методы. Обосновано применение рассчитанной системы для создания безопасных условий труда по виброакустическим факторам.
Ключевые слова: шумообразование, несущая система, электрогидроимпульсныйпресс, виброакустические факторы, безопасные условия труда
Введение. Кузнечно-прессовое производство - одно из наиболее шумо- и виброопасных в машиностроительной отрасли. Уровни шума на рабочих местах операторов кузнечно-прессового оборудования намного превышают санитарные нормы. Это отрицательно отражается на состоянии здоровья обслуживающего персонала и производительности его труда. Шумовое загрязнение, при этом, присутствует не только в цехах, но и в административных помещениях [1, 2].
Проводимые в нашей стране, а также за рубежом работы по реконструкции таких станков не устраняют проблемы. Вопросы снижения вибраций и шума кузнечно-прессового оборудования сохраняют свою актуальность и в настоящее время.
Обладающие компактностью, широкими технологическими возможностями, высокой производительностью электрогидроимпульсные пресса все больше используются на производстве. Однако, при всех преимуществах, они обладают существенными недостатками: исходящий от них шум превышает санитарные нормы на 20 - 40 дБ.
Детальные исследования акустических характеристик такого оборудования практически не проводились. Поэтому, задача снижения шума в рабочей зоне электрогидроимпульсных прессов является еще не решенной и весьма актуальной. Соответственно, имеет архиважное научно-техническое и социально-экономическое значение.
Методика исследования. Аналитические изыскания спектров шума, формирующихся несущей системой электрогидроимпульсных прессов типа Т1228 проводятся в несколько этапов.
Принимаем модели источников шума этих прессов:
- плоская пластина ограниченных размеров для всех элементов несущей системы и листа, из которого изготавливаются заготовки;
- точечный источник для штампового инструмента, габариты которого меньше длины звуковой волны в воздухе;
- цилиндр для вертикальных направляющих ограниченной длины.
Звуковая мощность (Щ и звуковое давление (Р) для таких источников определяются следующими зависимостями [3, 4, 5]:
К=р0-С0-Б-и2тп , (1)
где ро - плотность воздуха, кг/м3; Со - скорость звука в воздухе, м/с; - площадь пластины, м2; итп -скорость колебаний источника шума, м/с.
р_ 430 • утп (2)
где 430 - числовой коэффициент для стальных пластин, кг/мс; г - расстояние от источника до расчетной точки, м.
