Возможности изготовления деталей металлообрабатывающего оборудования с использованием технологии аддитивного производства

Язык труда и переводы:
УДК:
621.7
Дата публикации:
31 мая 2022, 10:46
Категория:
Инновационные технологии ремонта, реновации и восстановления в машиностроении
Авторы
Камалов Тимур Витальевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Аннотация:
Проведено исследование возможности изготовления аддитивным методом FDM полимерных деталей, работающих в условиях электролитической среды. Подготовлены образцы и проведены прочностные эксперименты. Изготовлены реальные детали и проведено сравнение характеристик изделий, полученных FDM 3D-печатью c деталями, изготовленными классическими методами обработки. На основе полученных данных сделан вывод о влиянии химически-активной среды на изготовленные детали.
Ключевые слова:
аддитивные технологии, электрохимическая обработка, 3D-печать, FDM-печать, металлообрабатывающее оборудование
Основной текст труда

В процессе производства отдельных элементов ракетно-космической техники применяются материалы, которые по своим физико-механическим свойствам могут быть равными или превосходить аналогичные характеристики инструментальных материалов металлообрабатывающего оборудования, что приводит к непродуктивности применения классической обработки резанием.

Одним из решений данной проблемы служит электрохимическая обработка, в основе которой лежит электрохимическое растворение металла заготовки при высоких плотностях постоянного электрического тока, проходящего через раствор электролита [1]. Для обработки материалов, таких как коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т, твердые сплавы ВК6 и Вк8, титановые сплавы ВТ6, ВТ8 и жаропрочные сплавы ЭИ617, ЖС6КП, в качестве электролита обычно используется раствор NaCl с концентрацией, которая составляет 80–200 г/л.

Кроме необходимого анодного растворения заготовки, повышенному износу подвергаются также и узлы самого станка, таким элементом является насос, постоянно прокачивающий электролит. Одним из вариантов повешения безотказности работы рассматриваемого оборудования и уменьшения разброса контролируемых показателей в течение длительного времени, зависящих от объема прокачиваемого электролита, является замена металлического корпуса крышки насоса, а также рабочего колеса на аналогичные, изготовленные из полимера, которые не подвержены коррозии [2].

Поставленную задачу можно решить с помощью аддитивной технологии изготовления корпуса и рабочего колеса насоса из полимера, предварительно убедившись в возможности обеспечения технологией и используемым материалом необходимых нам результатов.

Для изготовления необходимого изделия методом 3D-печати была выбрана технология FDM 3D-печати, также по данной технологии были изготовлены образцы для прочностных испытаний по ГОСТ112–62.

FDM (Fused Deposition Modelling) 3D-печать представляет собой метод аддитивного производства, в основе которого лежит послойное направленное экструдирование расплавленного полимера для создания конечного изделия [3]. Ширина выдавливаемого потока линии материала определяется диаметром сопла, в данном случае оно составляет 0,4 мм, высота слоя и другие параметры печати определяются программно и закладываются в файл печати при «слайсинге» (нарезке) изделия на 2D слои для последующей загрузки файла на 3D-принтер и печати [4, 5].

В качестве материалов для экспериментов были выбраны два пластика ABS (акрилонитрил бутадиен стирол — ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом) и PETg (износостойкий сополиэфир, состоящий из полиэтилентерефталата, модифицированного гликолем) [6, 7]. Эти ударопрочные термопластики с относительно невысокой стоимостью и сравнительной легкостью использования в качестве расходного материала при печати обладает высокими влаго-, масло-, кислото- и щелочестойкостью, устойчивостью к действию органических растворителей.

Испытания проводились по следующей методике: предварительно образцы выдерживались в электролите (соляном растворе), а затем, после определенного времени (одна, две и три недели), производились тесты на прочность на разрывной машине TiraTest-2300 и на малогабаритной разрывной машине. В свою очередь изготовленные детали установки были установлены и протестированы на оборудовании. Результаты исследований, полученные при проведении испытаний, были проанализированы и представлены в работе.

На основании данных, полученных при выполнении экспериментов на разрыв образцов, а также на основе тестирования изготовленных деталей на реальной установке, были сделаны выводы о целесообразности применения аддитивной технологии FDM для изготовления деталей металлообрабатывающего оборудования.

Литература
  1. Кугультинов С.Д., Ковальчук А.К., Портнов И.И. Технология обработки конструкционных материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, 672 с.
  2. Минькова А.А., Бояршинов М.В., Гринев М.А., Зимнюков И.А., Попова А.Г. Термопластичные композиционные материалы. Особенности технологических процессов. Применяемость, возможности и ограничения. Термопластичные материалы и функциональные покрытия: матер. Всерос. науч.-техн. конф., Москва, НИЦ «Курчатовский институт», 2019, с. 44–54.
  3. Кондрашов С. В., Пыхтин А.А., Ларионов С.А., Сорокин А.Е. Влияние технологических режимов FDM-печати и состава используемых материалов на физико-механические характеристики FDM-моделей (обзор). Труды ВИАМ, 2019, № 10 (82). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-10-34-49
  4. Гибсон Я., Розен Д., Стакер Б. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое производство. Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2016, 656 с.
  5. Никонов Вячеслав КОМПАС-3D: создание моделей и 3D-печать. Санкт-Петербург, Питер, 2020, 208 с.
  6. Шкуро А.Е., Кривоногов П.С. Технологии и материалы 3D-печати. Екатеринбург, Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2017, 100 с.
  7. Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные технологии в машиностроении. Санкт-Петербург, Изд-во политехнического университета, 2013 , 222 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.