Разработка средства технологического оснащения для изготовления отливок с помощью аддитивных технологий

Введение……………………………………………………………………… 4
1 Цели и задачи исследования……………………………………………….. 7
1.1 Анализ аддитивных методов изготовления литейной оснастки…...….. 7
1.2 Аддитивное изготовление выжигаемых моделей из порошковых полимеров……………………………………………………………………… 9
1.3 Аддитивное изготовление выжигаемых моделей из свето-отверждаемых смол………………………………………………………….. 15
1.4 Аддитивное изготовление песчаных форм……………………………… 24
1.5 Выводы, цель и задачи исследования……………….…………………… 28
2 Разработка средства технологического оснащения для изготовления отливок с помощью аддитивных технологий……………………………….. 31
2.1 Характеристика детали «Фланец»………………………….……………. 31
2.2 Разработка конструкции литейной песчаной формы для изготовления отливки «Фланец»…………………………………………………………….. 32
2.3 Выбор программы для моделирования процесса литья.……………….. 38
2.4 Моделирование 2D сетки…………………..……………………………... 39
2.5 Создание 3D сетки………………………………………………………… 42
2.6 Назначение коэффициента теплопередачи……………………………… 44
2.7 Назначение граничных условий………………………………………….. 46
2.8 Выводы по главе………………………………………………………….. 48
3 Моделирование процесса литья..................................................................... 49
3.1 Анализ результатов……………………………..………………………… 49
3.1.1 Распространение температуры в отливке …………..………………… 49
3.1.2 Распространение температуры в форме …..………………………….. 52
3.1.3 Оценка внутренних усадочных дефектов отливки…………………… 57
3.2 Выводы по главе………………………………………………………….. 59
4 Разработка технологии и проведение экспериментальных
исследований…………………………………………………………………... 60
4.1 Разработка технологического процесса изготовления с помощью аддитивных технологий отливки «Фланец»………………………………..
60
4.2 Исследование свойств песчаной формы, изготовленной аддитивным методом………………………………………………………………………... 62
4.2.1 Исследование прочности формы………………………………………. 62
4.2.2 Исследование газопроницаемости формы…………………………….. 65
4.3 Рекомендации по оснащению литейного участка для эффективного использования аддитивных технологий……………………………………. 67
4.4 Выводы по главе………………………………………………………….. 72
Заключение……………………………………………………………………. 73
Список литературы…………………………………………………………… 74

Весь текст будет доступен после покупки

При разработке и создании новой промышленной продукции особое значение имеет скорость прохождения этапов НИОКР, которая в свою очередь существенно зависит от технологических возможностей опытного производства. В частности, это касается изготовления литейных деталей, которые часто являются самой трудоемкой и дорогостоящей частью общего проекта. При создании новой продукции, особенно на этапе ОКР, в опытном производстве, для которого характерны вариантные исследования, необходимость частых изменений конструкции и, как следствие, постоянной коррекции технологической оснастки для изготовления опытных образцов – проблема быстрого изготовления литейных деталей становится ключевой.
В опытном производстве преимущественно остаются традиционные методы изготовления литейной оснастки (в основном – деревянные модели) вручную или с использованием механообрабатывающего оборудования. Это связано с тем, что на этапе ОКР в условиях неопределенности результата, когда конструкция изделия ещё не отработана, не утверждена. Для изготовления образцов нецелесообразно создавать «нормальную» технологическую оснастку под серийное производство. В этих условиях весьма дорогостоящая продукция – литейная оснастка – оказывается, по сути разовой, которая в дальнейшей работе над изделием не используется в связи с естественными и существенными изменениями конструкции изделия в ходе ОКР. Поэтому каждая итерация, каждое приближение конструкции детали к окончательной версии требует зачастую и новой технологической оснастки, поскольку переделка старой оказывается чрезмерно трудоемкой или вообще не возможной. И в этой связи традиционные методы оказываются не только дороги в плане материальных потерь, но и чрезвычайно затратны по времени.
Использование аддитивных технологий в литейном производстве позволяет «выращивать» литейные модели и формы, которые невозможно было изготовить традиционными способами, а также значительно сокращает сроки изготовления модельной оснастки. Использование в процессе литья форм и моделей, полученных с помощью аддитивных технологий, дает возможность уменьшить время изготовления пилотных, опытных образцов и в ряде случаев серийной продукции – в десятки раз [18].

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Анализ аддитивных методов изготовления литейной оснастки.
Переход на цифровое описание изделий – CAD и появившиеся вслед за CAD аддитивные технологии произвели кардинальные изменения в литейном производстве, что особенно проявилось в высокотехнологичных отраслях – авиационной и аэрокосмической промышленности, атомной индустрии, медицине и приборостроении, в отраслях, в которых характерным является малосерийное, штучное производство.
Применение методов получения литейных форм и моделей за счет технологий послойного синтеза позволило радикально сократить время создания новой продукции. Например, для изготовления первого опытного образца детали, характерной для автомобильного двигателестроения – блок цилиндров – традиционными методами требуется не менее шести месяцев, при этом основные временные затраты приходятся на создание модельной оснастки для литья «в землю». Использование для этой цели технологии Quick-Cast («выращивание» литейной модели из фотополимера на SLA-машине с последующим литьем по выжигаемой модели, рисунок 1.1) сокращает срок получения первой отливки до двух недель. Эта же деталь может быть получена менее точной, но вполне пригодной для данных целей технологией – литьем в «выращенные» песчаные формы, рисунок 1.2.
Значительная часть отливок, не имеющих специальных требований по точности литья или структуре, может быть получена в виде готовой продукции в течение 4-5 дней с учетом подготовительно-заключительного времени: прямое «выращивание» восковой модели или Quick-Сast-модели (один день); формовка и сушка формы (1-2 дня); прокалка формы и собственно литье (1-2 дня) [17].


а б
Рисунок 1.1 - Блок цилиндров: а – Quick-Сast-модель; б – чугунная отливка.


Рисунок 1.2 - Блок цилиндров: фрагменты песчаной формы

Развитие трёхмерных CAD/CAM/CAE-технологий привело к существенной модернизации современного литейного и, в первую очередь, опытного производства. Цель этой модернизации в создании условий для полноценной реализации принципа «безбумажных» технологий в течение всего процесса построения нового изделия – от проектирования и разработки CAD-модели до конечного продукта – быть неотрывной частью цикла проектирования и изготовления изделий различного назначения с широкой номенклатурой применяемых материалов. Для этого литейные цеха и участки оснащают новым оборудованием, дающим широкие возможности, но требующим освоения новых знаний [9].
Особое значение аддитивные технологии имеют для ускоренного производства отливок. Аддитивные машины используются для получения: литейных моделей, мастер-моделей, литейных форм и литейной оснастки.
Литейные модели могут быть получены («выращены») из следующих материалов [2]:
- порошковых полимеров для последующего литья по выжигаемым моделям;
- фотополимерных композиций, в частности, по технологии Quick-Сast для последующего литья по выжигаемым моделям или по технологии MJ (Multi Jet) для литья по выплавляемым моделям.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Белов В.Д., Белов Н.А., Дрокина В.В. Новые материалы и ускоренная подготовка производства – гарантия успеха на рынке литейной продукции // Литейное производство. – 2009. – № 5. – С. 13-16.
2. Бобцова С.В. Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении: диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.11.14. – СПб, 2005. – 124с.
3. Дорошенко В.А. Цифровые технологии и литье под низким давлением деталей из алюминиевых и магниевых сплавов // Литейное производство. – 2009. – № 8. – С. 16-18.
4. Евсеев А.В., Камаев В.С., Коцюба Е.В., Марков М.А., Но-виков М.М., Панченко В.Я. Лазерная стереолитография // Сборник трудов ИПЛИТ РАН «Современные лазерно-информационные и лазерные технологии. Под. ред. чл.-кор. РАН В.Я. Панченко и проф. В.С. Голубева. – М.: Интерконтакт наука, 2005. – С. 40-42.
5. Евсеев А.В., Камаев С. В., Коцюба Е. В. и др. Изготовление физических моделей методом стереолитографии // Автоматизация проектирования, 1999, № 2. URL: www.osp.ru/ap/1999/02/005.htm.

Весь текст будет доступен после покупки