Изготовление модельной оснастки в литейном производстве с применением аддитивных технологий

УДК 621.744.07

ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНОЙ ОСНАСТКИ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В.Д. Корбанов, А.И. Вальтер

Рассмотрен способ изготовления модельной оснастки с применением аддитивных технологий. В качестве примера был спроектирован и напечатан стержневой ящик из ABS пластика отечественного производства. Приведена зависимость времени изготовления модели от скорости печати.

Ключевые слова: литейное производство, модельная оснастка, стержневой ящик, аддитивные технологии, FDM (Fused Deposition Modeling), ABS.

Аддитивные технологии имеют широкое применение в литейном производстве, от изготовлении модельной оснастки до одноразовых прототипов из различных материалов, используемых в литье по выплавляемым и выжигаемым моделям [1-3]. Однако, на территории Российской Федерации, эксплуатируется всего около 1,5% аддитивных комплексов всего мира [4]. Для сравнения, лидером потребления аддитивных технологий является США, которые эксплуатируют около 40% всех установок.

Для оформления отверстий в отливках применяются стержни, изготовленные с использованием модельной оснастки, а именно - стержневого ящика. Стержневые ящики могут быть выполнены из различных материалов, таких как дерево, металл, пластмасса. Обычно их изготавливают традиционными, вычитающими технологиями, с использованием станков с ЧПУ, но в этих случаях стоимость такой оснастки велика, т.к. данные способы обладают небольшим коэффициентом использования материала

[5].

Аддитивными, называют такие технологии, которые позволяют изготовить модель путём добавления материала, с применением компьютерных технологий. Само слово «аддитивный» происходит от английского слова «add», которое переводится как добавлять.

Существует множество технологий «выращивания» моделей, таких как лазерная стереолитография, основанная на отверждении фотополимерной смолы под воздействием лазера, технологии послойного наплавления материала, часть из которых описана в работе [6].

Рассмотрим для примера изготовление стержневого ящика с помощью аддитивных технологий, основанной на послойном наплавлении материала, FDM (Fused Deposition Modeling). В данном случае необходимо выполнить вертикальное отверстие в отливке типа «Кольцо» (рис. 1).

Стержень (рис. 1) имеет несложную конфигурацию, а также два стержневых знака - верхний и нижний, которые используются для надёжной фиксации стержня в полость литейной формы.

По данным размерам стержня необходимо спроектировать стержневой ящик, состоящий из двух частей, центрирование которых осуществляется за счет специальных выступов, а крепление - с помощью двух болтов с барашковыми гайками. Для проектирования используется программа «KОМПAС-3D». Результаты проектирования показаны на рис. 2.

Для того чтобы напечатать модели половин стержневого ящика, использовалась программа оболочка «Repetier-Host», а для разделения моделей на слои - «Cura Engine». На рис. 3 представлена модель половины стержневого ящика до и после разделения на слои.

Рис. 1. Пример использования стержня при изготовлении отливки типа «Кольцо»

Рис. 2. Результаты проектирования стержневого ящика в программе ««КОМПАС-3D»

Рис. 3. Разбиение модели стержневого ящика на слои с использованием программ «Repetier-Host» и «Cura Engine»

Для печати использовался 3D принтер «ZAV MAX PRO». Параметры печати представлены в табл. 1.

Таблица 1

Пластик ABS

Диаметр сопла 0,4 мм

Высота слоя 0,2 мм

Скорость печати 50 мм/с

Температура экструдера 230 °С

Температура стола 110 °С

Толщина стенки 1,2 мм

Толщина верха и низа 1,2 мм

Заполнение 10%

Тип сцепления Плот

Время печати составило 3 часа 49 минут 45 секунд для одной половины стержневого ящика, соответственно, для двух частей - около 8 часов.

335

После окончания печати и отделения от модели элементов, используемых для сцепления с рабочей поверхностью стола, было получено две половины стержневого ящика. Для скрепления данных частей стержневого ящика было использовано два болта и две барашковые гайки с шайбами. Результаты печати представлены на рис. 4, 5.

11

Рис. 4. Результат печати стержневого ящика

V

Рис. 5. Сборка стержневого ящика

Для уменьшения времени, затраченного на изготовления моделей можно увеличить скорость печати, уменьшить заполнения, а также изменить конфигурацию модели. Результаты изменение скорости печати, при прочих равных условиях, для одной половины стержневого ящика представлены в табл. 2.

Зависимость времени от скорости печати

Таблица 2

Скорость печати, мм/с Время

50 3 ч 49 мин 45с

60 3 ч 00 мин 22 с

70 2 ч 29 мин 29 с

80 2 ч 08 мин 00 с

90 1 ч 52 мин 05 с

100 1 ч 39 мин 46 с

Однако, печать на слишком высоких скоростях может привести к потере качества и даже браку модели. Подбор параметров печати индивидуален для каждой модели и оказывает значительное влияние на качество, а также скорость её изготовления.

336

Правильны подбор данных параметров во многом зависит от квалификации оператора аддитивного комплекса, что в свою очередь указывает на необходимость подготовки таких кадров.

На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Современные аддитивные установки бюджетного класса позволяют в кратчайшие сроки и относительно невысокой себестоимостью получать модельную оснастку, пригодную для использования в литейном производстве;

2. Данным способом можно получить модельную оснастку любой сложности, изготовление которой, другими способами, невозможно.

Список литературы

1. Применение RP-технологии для изготовления малогабаритной оснастки в мелкосерийном производстве литья / И.О Леушин, В.А. Решетов, А.Д. Романов, А.А. Большаков // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2013. Т. 2. № 2(16). С. 229-232.

2. Баринов А.Ю., Тукабайов Б.Н., Демин А.А. Получение металлических отливок литьем по выплавляемым моделям с применением реверс-инжиниринга и аддитивных технологий // Сб. науч. ст. 2-й междунар. науч.-конф. перспективных разработок молодых ученых. «Наука молодых - будущее России»: в 5 т. 13-14 декабря 2017 / под ред. А.А. Горохов. Курск: Изд-во ЗАО «Университетская книга», 2017. Т. 5. С. 18-20.

3. Использование аддитивных технологий при литье по выжигаемым моделям / Г.Н. Митраков, С.Н. Евдокимов, Е.Г. Лавриков, В.С. Сазонов // Омский научный вестник. 2015. № 2 (140). С. 80-84.

4. Дресвянников В.А., Бунимович И.Д. Состояние и перспективы использования аддитивных технологий для производства товаров потребительского назначения // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Экономические науки. 2017. № 2 (6). С. 35-43.

5. Щелконогов А.Е., Дворниченко А.А., Загребина Е.С. Оптимизация параметров оборудования для производства модельной оснастки с помощью аддитивных технологий // Сб. науч. тр. междунар. науч. прак. конф. «Актуальные направления научных исследований: перспективы развития»: 23 апреля 2017 / под ред. О.Н. Широков. Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2017. № 1. С. 316-321.

6. Гладков В.И., Кулагин В.В., Круглов С.М. Создание технологических систем оперативной подготовки производства новой техники на базе современных средств быстрого прототипирования // Известия МГТУ «МАМИ» № 1(5). 2008. С. 169-175.

Корбанов Владимир Дмитриевич, бакалавр, магистрант, kor. 6@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Вальтер Александр Игоревич, д-р техн. наук, проф., valter.alekarambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

MANUFACTURING MODEL TOOLS IN CASTING PRODUCTION USING ADDITIVE

TECHNOLOGIES

V.D. Korbanov, A.I. Valter

The article describes a method of manufacturing model equipment using additive technologies. As an example, a core box made of domestic-made ABS plastic was designed and printed. The dependence of the model production time on the printing speed is given.

337

Key words: foundry, model equipment, core box, additive technology, FDM (Fused Deposition Modeling), ABS.

Korbanov Vladimir Dmitrievich, bachelors, masters, kor. 6@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Valter Alexander Igorevich, doctor of technical sciences, professor, valter. alekarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 628.168

К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НЕБОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Е.К. Злобин, Р.А. Ковалев, Р.О. Белоусов, Д.Е. Злобин, Т.Е. Злобина

Об особенностях организации процесса очистки природных вод при использовании гипохлорита натрия.

Ключевые слова: гипохлорит натрия (ГПХН), железо, марганец, сероводород, перманганатная окисляемость.

На территории ЦФО РФ большое количество водопотребителей для целей водоснабжения используют воду из подземных источников. Многие потребители (население небольших населенных пунктов, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, больницы, школы и т. п.) обеспечиваются водой из одной или нескольких скважин, которая направляется в систему централизованного водоснабжения конкретного объекта. При этом, если единственная скважина располагается в непосредственной близости от объекта водопотребления, то система централизованного водоснабжения может превратиться в автономную систему водоснабжения.

Особый интерес вызывает очистка подземных вод, содержащих большое количество железа, марганца, сероводорода, растворенных органических соединений и характеризующихся значениями рН<7,0. Современные технологии водоподготовки рекомендуют использовать для очистки таких вод несколько технологических схем:

1) предварительная аэрация, фильтрование через слой каталитической загрузки и обеззараживание;

2) фильтрование через слой каталитической загрузки, регенерируемой с использованием перманганата калия, и обеззараживание;

3) предварительная обработка воды сильным окислителем, фильтрование через слой каталитической или некаталитической загрузки и фильтрование через слой сорбцион-ной загрузки.

Третья технологическая схема может применяться с баком для отстаивания после предварительной обработки воды сильным окислителем или без бака. Схема с баком используется для очистки воды, характеризующейся очень высокими концентрациями примесей вышеперечисленных загрязнений.

В качестве сильных окислителей могут применяться хлорсодержащие реагенты, перманганат калия и озон.