Разработка комплексной технологии изготовления разовых моделей средствами аддитивного производства в стандартном технологическом процессе литья по выплавляемым моделям

Язык труда и переводы:
УДК:
621.74.04
Дата публикации:
19 мая 2022, 13:17
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Константинов Владимир Николаевич
Самарский государственный технический университет
Никитин Константин Владимирович
Самарский государственный технический университет
Баринов Антон Юрьевич
Самарский государственный технический университет
Аннотация:
Рассмотрена интеграция аддитивных технологий в традиционный процесс литья по выплавляемым моделям на этапе подготовки огнеупорных керамических форм к литью. Были рассчитаны технологические параметры получения моделей отливок с применением аддитивных технологий при использовании систем инженерного анализа и CAD-систем. Также, разработан технологический процесс подготовки модели, полученной средствами аддитивного производства, к нанесению керамического огнеупорного покрытия. В результате работ получена малая серия отливок в количестве 30 единиц. Таким образом, актуальными становятся задачи по интеграции технологий аддитивного производства в качестве инструмента для создания разовых моделей в традиционных процессах литья по выплавляемым моделям на подготовительных этапах.
Ключевые слова:
3D-печать, аддитивные технологии, воск, полимер, модель, литье по выплавляемым моделям, огнеупорная керамическая оболочка
Основной текст труда

Введение

Бурное развитие цифровых технологий в конце XX — начале XXI вв. способствовало появлению нового вида производства фасонных изделий сложной конфигурации [1, 2].

Цифровые технологии позволяют разработать не только саму математическую модель отливки, но и провести моделирование средствами инженерного анализа литейных процессов с учетом технологических возможностей конкретного предприятия [3, 4].

Технология изготовления разовых моделей средствами аддитивного производства

При производстве отливок Корпус из сплава АК9ч литьем по выплавляемым моделям были проведены серии моделирований литейных процессов в программной среде LVMFlow 2.92.

По результатам моделирования литейных процессов определена оптимальная конструкция ЛПС и количество моделей в блоке (рисунок 1).

Рисунок 1. Конструкция ЛПС по результатам моделирования с эскизной схемой напайки модельного блока

Модельный блок состоит из 2 моделей, соединенных со стояком литниками с верхней и нижней плоскости по местам расположения припусков на механическую обработку.

Для обеспечения направленной кристаллизации (в стороны расположения  литников и стояка) и обеспечения соблюдения температурного градиента в зонах бокового фланца, отливки расположены под углом 8 ° к вертикальной оси модельного блока. Таким образом, при заливке огнеупорной керамической формы расплав подается через нижние литники в формообразующие стенки и боковой фланец с выделением твердой фазы, исключая тем самым появление дефектов усадочного характера в тепловых узлах отливки.

На рисунке 2 представлены результирующие поля дефектов в программной среде LVMFlow 2.92.

Рисунок 2. Результирующее поле «Усадка 2D» в программной среде LVMFlow 2.92

При моделировании литейных процессов использовались теплофизические данные сплава АК9ч и огнеупорной керамической формы верифицированные в ходе проведения работ в центре литейных технологий Самарского Государственного Технического Университета.

Выжигаемые модели, полученные средствами аддитивного производства (рисунок 4), изготовлены из полимера на основе полиметилметакрилата (PMMA) с пластифицирующими агентами.

Рисунок 4. Модели отливок из полимера с двумя нанесенными покрытиями

Модели изготовлены с вариативным разрешением печати 0,05÷0,15 мм и объемной долей заполнения 10 % в соответствии с математической моделью. С целью снижения шероховатости и удаления возможной несплошности моделей полученных по FDM-процессу на формообразующую поверхность произведено нанесение полимерного покрытия с тиксотропирующими  свойствами.

Для обеспечения адгезии облицовочных слоев огнеупорного керамического покрытия к формообразующей поверхности модели произведено нанесение дополнительного разделительного покрытия на основе модельных восков высокой вязкости.

На рисунке 5 представлена отливка «Корпус», полученная по разработанному технологическому процессу.

Рисунок 5. Отливка «Корпус» полученная в условиях ЦЛТ СамГТУ

Заключение

В ходе выполнения работы были рассчитаны технологические параметры получения модели отливок с применением аддитивных технологий при использовании систем инженерного анализа и CAD-систем. Разработан технологический процесс подготовки модели, полученной средствами аддитивного производства к нанесению керамического покрытия. В результате получена малая серия отливок в количестве 30 единиц.

Литература
  1. Коротченко А.Ю., Хилков Д.Э., Тверской М.В., Хилкова А.А. Об использовании в литейном производстве аддитивных и гибридных технологий. Литейное производство, 2019, № 6, с. 26–28
  2. Баева Л.С., Маринин А.А. Современные технологии аддитивного изготовления объектов. Вестник МГТУ, 2014, т. 17, № 1, с. 7–12.
  3. Вольнов И.Н. Системы автоматизированного моделирования литейных процессов — состояние, проблемы, перспективы. Литейщик России, 2007, № 6, с. 14–17.
  4. Монастырский А.В. О современных методах разработки и оптимизации технологических процессов в литейном производстве. Литейное производство, 2010, № 5, с. 19–22
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.