Оборудование для литейного производства

 

Содержание

Литейное производство: оборудование для литейной лаборатории и контроля литья металла

Литейное производство позволяет производить заготовки и детали различной конфигурации и массы. Получению готовых изделий предшествует множество операций, некоторые их которых происходят при высокой температуре, и предполагает работу с материалами в различных агрегатных состояниях: твердом, газообразном и жидком.

В литейном цехе используется разнообразное технологическое и транспортное оборудование, а получение качественных отливок невозможно без контроля различных параметров на всех этапах производства, поэтому оснащению лаборатории уделяется особое внимание. В арсенале этого подразделения предприятия должны быть приборы для проведения требуемых исследований, в том числе экспресс-анализа химического состава металлов и сплавов.

Технологический процесс литейного производства

Представление о технологии получения отливок дает возможность понять проблемы, которые стоят перед литейщиками. Контроль качества на каждом участке литейного цеха оказывает влияние на качество готовой продукции и производительность, поэтому снижение внимания на каким-либо этапе технологического процесса — недопустимая ошибка со стороны технологов.

Отдельные производственные процессы литейного производства представляют собой целостный технологический комплекс, который можно разбить на следующие основные этапы:

  • Технологическая подготовка. Определяется способ получения отливки, разрабатывается ее чертеж, проектируется оснастка и технология.
  • Изготовление формы. По чертежам осуществляется изготовление модели, стержней и оснастки, которые необходимы для формовки изделия. Процесс формовки происходит параллельно с плавкой сплава заданного химического состава и определенной температурой.
  • Заливка и охлаждение. Литейные формы заливают расплавленным металлом с помощью ковша или литейной машины.
  • Извлечение отливок и их обработка. После охлаждения отливки до определенной температуры ее удаляют из формы, а также извлекают стержни. Затем она подвергается обработке для придания товарного вида.

Основное технологическое оборудование

Литейное производство

При рассмотрении структуры оборудования, входящего в состав литейного цеха, можно выделить специализированное оборудование и оборудование общего назначения. К первой группе относятся агрегаты, без которых невозможен основной технологический процесс — получение из металла готового изделия.

  • подъемники,
  • питатели,
  • крановое хозяйство,
  • бункеры,
  • трансформаторы,
  • конвейеры и ряд других.

Основное технологическое оборудование отличается большим разнообразием, и подбирается в соответствии со спецификой производства, особенностями номенклатуры изделий и материалов, используемых для их получения. Эта группа агрегатов требует более детального рассмотрения.

Плавильные печи

Плавильная печь — основной технологический агрегат литейного цеха, который предназначен для получения сплава заданного химического состава. Это оборудование различается по способу нагрева, и может работать с использованием различных шихтовых материалов.

Печи бывают следующих типов:

  • Индукционные. Принцип действия агрегата основан на индукционном расплавлении металла при прохождении через него вихревых токов. Для создания электромагнитного поля используется индуктор. Печи этого типа отличаются высокой скоростью расплавления шихты, удобством обслуживания, экономичностью и экологичностью. Кроме этого, имеется возможность быстрого перехода от одного сплава к другому.
  • Электродуговые. Нагрев металла осуществляется электрической дугой постоянного или переменного тока. Агрегат позволяет вести плавку с окислением для получения конструкционных сталей или предусматривает безокислительный процесс для производства легированных марок.
  • Газовые. Источником тепла служит газовоздушная смесь. Эти устройства обеспечивают точный контроль температуры, поэтому находят применение для плавки цветных и ценных металлов.

Литейные машины

В зависимости от способа прессования бывают литейные машины горячего и холодного прессования. Последние имеют довольно узкую специализацию, и предназначены для сплавов на основе меди, алюминия и магния.

Формовочное оборудование предназначено для получения литейных форм. Оно позволяет получать уплотненные формы и обеспечивает высокое качество отливок.

Ковши

Литейные ковши предназначены для транспортировки и разливки сплава в жидком состоянии. Они могут принимать различную форму, а их объем подбирается в зависимости от особенностей технологического процесса.

Система контроля качества

Получение качественной и конкурентоспособной продукции литейного производства невозможно без контроля на всех этапах различных характеристик и свойств материалов, используемых в технологическом процессе. Система контроля качества подразумевает:

  • Контроль состава песка, определения технологических характеристик формовочных материалов и стержней применяются измерительные приборы разнообразных моделей.
  • Контроль качества литья осуществляется различными неразрушающими методами исследования, которые позволяют определить соответствие изделий требованиям стандартов.
  • Ведение плавки для получения сплава заданного химического состава — важнейшая задача, стоящая перед литейщиками. Для ее решения используются современные аналитические приборы — спектрометры, которые позволяют максимально оперативно с высокой степенью точности результатов выполнить анализ металла.

Спектральные анализаторы. Виды и требования к приборам

Особенности ведения технологического процесса в плавильных печах требует постоянного контроля химического состава на всех стадиях получения металла. Основные требования, предъявляемые к приборам, используемым для этих целей:

  • экспрессность;
  • высокая точность;
  • возможность проведения контроля неразрушающими методами;
  • простота проведения анализа;
  • возможность автоматизации;
  • приспособленность к эксплуатации в производственных условиях.

Оптико-эмиссионные анализаторы

На производстве находят широкое применение оптико-эмиссионные спектроскопы с искровым и дуговым возбуждением спектра (или их комбинацией), у которых рабочей средой служит аргон или воздух. Наиболее простой из них — стилоскоп, который имеет невысокую стоимость и позволяет быстро проводить визуальный анализ химического состава металлов и сплавов. Прибор не отличается высокой точностью, так как для регистрации спектра используется глаз оператора, поэтому литейщики прибегают к использованию более совершенных устройств, которые исключают недостатки стилоскопов.

К преимуществам современных оптико-эмиссионных приборов относят:

  • Возможность обнаружения даже незначительных примесей в сплавах. Это имеет особенную важность в литейном производстве, так как для ведения плавки необходимо знать содержание таких элементов, как углерод, сера и фосфор.
  • Высокая точность результатов исследования. Метод используется не только для экспресс-анализа, но и для проведения сертификационного анализа.
  • Анализ осуществляется бесконтактным способом.
  • Нет необходимости отбора массивных проб.
  • Экспрессность. Фактор времени при получении в плавильной печи сплава заданного состава имеет исключительную важность.

Оптико-эмиссионные приборы требуют проведения калибровки. Потребитель получает устройство с загруженными аналитическими программами, что может привести к затруднению при работе со сплавом, имеющим неизвестный химический состав, который отличен от состава стандартного образца. Для получения точных результатов перед исследованием проба нуждается в подготовке.

Рентгенофлуоресцентные анализаторы

Рентгенофлуоресцентный анализ металлов и сплавов позволяет провести количественный и качественный анализ металлов и сплавов. Приборы отличаются компактными размерами и простотой использования. Несмотря на универсальность, они не могут определять присутствие элементов с атомным номером менее 11. Таким образом, РФА не позволяют определить содержание углерода в стали и чугуне — наиболее распространенных материалов для производства отливок.

Тем не менее, метод широко используется в литейном производстве, и дополняет АЭСА, благодаря ряду преимуществ:

  • Высокая точность результатов исследований.
  • Анализ проводится без разрушения образца.
  • Низкий предел обнаружения.
  • Простая пробоподготовка.
  • Возможность анализа пробы много раз.
  • Высокая производительность.

Интересные предложения для литейщиков

фото кокиль для анализатора металлов производстве

Рынок приборов для анализа металлов и сплавов, и других материалов насыщен различными моделями анализаторов, которые могут быть использованы в системе контроля качества литейного производства. Среди них можно найти стационарные, мобильные и портативные устройства, позволяющие решать различные аналитические задачи.

Искролайн 100

Искролайн 100 — настольный спектрометр для анализа химического состава металлов и сплавов. Способен распознавать более 70 элементов, в том числе углерод, серу и фосфор. Прибор используется для входного контроля, сертификационного анализа и экспресс-анализа плавки.

Искролайн 300

Искролайн 300 — атомно-эмиссионный спектрометр, относящийся к лабораторному классу. Прибор способен выполнять экспресс-анализ металлов и сложных сплавов на любых основах в диапазоне спектров 174–930 нм. Находит применение как для решения рутинных аналитических задач, так и проведения сертификационного анализа.

SciAps серия X

Эта серия портативных рентгенофлуоресцентных анализаторов оснащена инновационным аппаратным обеспечением, что позволяет проводить исследование любых проб. Библиотека-марочник насчитывает более 1200 марок с возможностью неограниченного расширения. Параметры прибора оптимизируются в автоматическом режиме.

СПАС-01

СПАС-01 — универсальный оптический эмиссионный спектрометр, который предназначен для решения различных аналитических задач. В состав оборудования входит генератор, способный работать в различных режимах. Прибор способен распознавать спектры в диапазоне 185 – 930 нм, что делает его незаменимым в лаборатории литейного цеха.

ГОСТ 31335-2006 Оборудование технологическое для литейного производства. Оборудование для дробеметной, дробеструйной и дробеметно-дробеструйной обработки. Требования безопасности

Текст ГОСТ 31335-2006 Оборудование технологическое для литейного производства. Оборудование для дробеметной, дробеструйной и дробеметно-дробеструйной обработки. Требования безопасности

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ДЛЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДРОБЕМЕТНОЙ, ДРОБЕСТРУЙНОЙ И

Требования безопасности

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0—92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2—97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации и сертификации в машиностроении (ФГУП «ВНИИНМАШ») и ОАО «Научно-исследовательский институт литейных машин, материалов и технологий» (ОАО «НИИЛ ИТМАШ», Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 252 «Литейное производство»

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 30 от 7 декабря 2006 г.)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по MK (ИСО 3166) 004—97

по МК (ИСО 3166) 004—97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Казахстан

Федеральное агентство по техническому регулированию

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 сентября 2007 г. № 234-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 31335—2006 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2008 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменения — в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

1 Область применения. 1

2 Нормативные ссылки. 1

3 Термины и определения. 2

4 Общие требования безопасности. 3

5 Специальные требования безопасности. 3

5.1 Дробеметный аппарат. 3

5.2 Дробеструйный аппарат. 4

5.4 Транспортная система. 5

5.5 Загрузочные и разгрузочные устройства. 5

5.6 Абразивный материал, устройства сепарации и хранения. 5

5.7 Система управления и контроля. 6

5.8 Санитарно-гигиенические требования. 6

6 Информация, предохранительные и предупредительные устройства. 7

6.1 Требования к информации. 7

6.2 Предупреждения о потенциальных опасностях. 7

6.3 Маркировка. 7

6.4 Руководство по эксплуатации. 7

7 Требования к уходу, содержанию и обслуживанию. 7

7.1 Требования к обслуживающему персоналу. 7

7.2 Требования к техническому обслуживанию. 7

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ДЛЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДРОБЕМЕТНОЙ, ДРОБЕСТРУЙНОЙ И ДРОБЕМЕТНО-ДРОБЕСТРУЙНОЙ

ОБРАБОТКИ

Требования безопасности

Technological foundry equipment. Equipment for shot shooting, shot blasting and shot shooting-blasting treatment.

Дата введения — 2008—01—01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на проектируемое, поступающее в эксплуатацию и действующее оборудование для дробеметной, дробеструйной и дробеметно-дробеструйной обработки поверхностей отливок, поковок, профилей, л иста и других заготовок и деталей потоком дроби или другим абразивным материалом, установленных стационарно и не вызывающих увлажнения абразивного материала.

Требования настоящего стандарта являются обязательными при сертификации.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 12.0.002—2003* Система стандартов безопасности труда. Термины и определения

ГОСТ 12.1.003—83 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.004—91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.005—88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.1.010—76 Система стандартов безопасности труда. Взрывобезопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.012—2004** Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.019—79 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.1.030—81 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление

ГОСТ 12.1.041—83 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования

ГОСТ 12.2.007.0—75 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.007.1—75 Система стандартов безопасности труда. Машины электрические вращающиеся. Требования безопасности

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 12.0.002—80. ** На территории Российской Федерации действует ГОСТ 12.1.012—90.

ГОСТ 12.2.007.9—93 (МЭК 519-1—84) Система стандартов безопасности труда. Безопасность электротермического оборудования. Часть 1. Общие требования

ГОСТ 12.2.007.13—2000 Система стандартов безопасности труда. Лампы электрические. Требования безопасности

ГОСТ 12.2.022—80 Система стандартов безопасности труда. Конвейеры. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.046.0—2004 Оборудование технологическое для литейного производства. Требования безопасности

ГОСТ 12.2.049—80 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие эргономические требования

ГОСТ 12.2.062—81 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Ограждения защитные

ГОСТ 12.2.072—98 Система стандартов безопасности труда. Роботы промышленные. Роботизированные технологические комплексы. Требования безопасности и методы испытаний

ГОСТ 12.3.027—2004 Работы литейные. Требования безопасности

ГОСТ 17.1.3.13—86 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения

ГОСТ 17.2.3.02—78 Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями

ГОСТ ЕН 1070—2003 Безопасность оборудования. Термины и определения

ГОСТ 10580—2006 Оборудование технологическое для литейного производства. Общие технические условия

ГОСТ 11046—87 Камеры очистные дробеметные непрерывного действия. Основные параметры и размеры

ГОСТ 18111—93 Оборудование технологическое для литейного производства. Термины и определения

ГОСТ 18521—83 Аппараты дробеметные. Основные параметры и размеры. Технические требования

ГОСТ 31277—2002 (ИСО 3746—95) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности источников шума по звуковому давлению. Ориентировочный метод с использованием измерительной поверхности над звукоотражающей плоскостью

ГОСТ 31169—2003 (ИС011202:1995) Шум машин. Измерение уровней звукового давления излучения на рабочем месте и в других контрольных точках. Ориентировочный метод измерений на месте установки

ГОСТ МЭК 60204-1—2002* Безопасность машин. Электрооборудование машин и механизмов. Часть 1. Общие требования

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по указателю «Национальные стандарты», составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 12.0.002, ГОСТ 12.2.046.0, ГОСТ ЕН 1070, ГОСТ 18111, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 эксплуатация оборудования: Использование оборудования по назначению, техническое обслуживание и ремонт.

3.2 абразивный материал: Металлические или неметаллические частицы, используемые для обработки поверхностей.

3.3 дробеметная обработка: Процесс обработки поверхности потоком абразивного материала (дробью), создаваемым механическим устройством.

3.4 дробеструйная обработка: Процесс обработки поверхности потоком абразивного материала (дробью), создаваемым сжатым воздухом.

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р МЭК 60204-1—99.

3.5 дробеметно-дробеструйная обработка: Процесс обработки поверхности потоками абразивного материала (дробью), создаваемыми механическим устройством и сжатым воздухом.

3.6 дробеметный аппарат; ДМА: Аппарат, в котором абразивный материал, подаваемый на лопатки вращающегося ротора, разгоняется до рабочей скорости и направляется на обрабатываемую поверхность.

3.7 дробеструйный аппарат; ДСА: Аппарат, в котором абразивный материал разгоняется сжатым воздухом до рабочей скорости и направляется на обрабатываемую поверхность.

3.8 пооперационное (ручное) управление: Управление, при котором команды на выполнение операций цикла подаются оператором.

Примечание — Пооперационное управление не должно допускать никаких переключений или операций, сверхвключаемых оператором.

3.9 полуавтоматическое управление: Управление, при котором часть операций цикла включает оператор, а часть осуществляется в автоматической последовательности.

3.10 автоматическое управление: Управление, при котором все операции цикла осуществляются в автоматической последовательности, а весь цикл инициируется предыдущим циклом.

4 Общие требования безопасности

4.1 Оборудование для дробеметной, дробеструйной и дробеметно-дробеструйной (ОДО) обработки должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.046.0, ГОСТ 10580, а также требованиям безопасности, установленным в стандартах и технических условиях (ТУ) на оборудование конкретных типов или моделей.

4.2 Общие эргономические требования — поГОСТ 12.2.049.

4.3 Требования к пожарной безопасности — по ГОСТ 12.1.004.

4.4 Требования к взрывобезопасности — поГОСТ 12.1.010, ГОСТ 12.1.041.

4.5 Общие санитарно-гигиенические требования — по ГОСТ 12.3.027 и Санитарным правилам организации технологических процессов и гигиеническим требованиям к производственному оборудованию [1].

4.6 Воздух рабочей зоны (на рабочих местах) — по ГОСТ 12.1.005.

4.7 Отходы, удаляемые от ОДО, должны проходить очистку в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.3.13, ГОСТ 17.2.3.02 и Санитарных норм проектирования промышленных зданий [2].

4.8 Требования к шумовым характеристикам — по ГОСТ 12.1.003, ГОСТ 31277 и ГОСТ 31169.

4.9 Параметры вибрации на рабочих местах — поГОСТ 12.1.012 и Санитарным нормам вибрации на рабочих местах [3].

4.10 Требования безопасности к промышленным роботам — по ГОСТ 12.2.072.

4.11 Грузоподъемные машины, механизмы и приспособления, входящие в ОДО, должны соответствовать требованиям правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов [4] и лифтов [5].

4.12 Требования к конвейерам — по ГОСТ 12.2.022.

4.13 Электрооборудование — по ГОСТ 12.1.019, ГОСТ 12.1.030, ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.1, ГОСТ 12.2.007.9, ГОСТ 12.2.007.13, ГОСТ МЭК 60204-1.

4.14 ОДО должно отвечать требованиям безопасности в течение всего срока эксплуатации при выполнении работающими требований, установленных в ТУ и эксплуатационных документах.

4.15 Конструкцией ОДО должна быть предусмотрена возможность исключения ошибки соединения и подключения при монтаже узлов и элементов, которые могут стать источником опасности.

5 Специальные требования безопасности

5.1 Дробеметный аппарат

5.1.1 ДМА —по ГОСТ 18521.

5.1.2 Конструкцией ДМА должны быть предусмотрены:

— быстросменное и удобное крепление лопаток и обеспечение надежности их крепления;

— крепление крышки ДМА к корпусу крепежными изделиями, отвинчиваемыми и завинчиваемыми только с помощью инструмента;

— блокировка, предотвращающая пуск аппарата при открытой крышке;

— блокировка, исключающая работу ДМА при выключенной вентиляции (выполняется потребителем литейного оборудования);

— надпись: «Не открывать до полной остановки ротора!» на крышке дробеметного аппарата или в его непосредственной близости.

5.2 Дробеструйный аппарат

Конструкцией ДСА должны быть предусмотрены:

— включение ручного струйного сопла только при воздействии на его рукоятку рук рабочего;

— автоматическое прекращение подачи сжатого воздуха и дроби в дробеструйное сопло в случае прекращения воздействия или ослабления усилия на рукоятку;

— блокировка, исключающая работу ДСА при выключенной вентиляции (выполняется потребителем ПО).

5.3 Камера

5.3.1 Конструкция дробеметных камер непрерывного действия — по ГОСТ 11046.

5.3.2 Конструкцией камер должны быть предусмотрены:

— полное укрытие рабочей зоны;

— исключение травмирования персонала, попадания частей тела в зазоры, неплотности, направляющие элементы притвора дверей, ворот и крышек;

— ограждения, шторы и уплотнения, предотвращающие вылет дроби и пыли из рабочего пространства;

— блокировка дверей, ворот, передвижных стенок в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.062, если возможно их открытие или удаление без помощи инструмента;

— освещение камеры, позволяющее определить местоположение двери во время максимального запыления;

— исключение возможности пуска ДМА и ДСА, пока дверь в камеру плотно не закрыта;

— исключение возможности открывания двери снаружи, пока роторы всех ДМА не остановились и не снято давление в ДСА;

— блокировки, предотвращающие вход персонала во внутреннее рабочее пространство во время очистки отливок или разрешающие доступ после создания в рабочем пространстве безопасных условий;

— блокировка, исключающая запуск дробеметного аппарата во время дробеструйной очистки вручную внутри камеры;

— беспрепятственный выход изнутри камеры через любую из дверей;

— автоматически срабатывающая фиксация, обеспечивающая удерживание подъемных дверей и ворот в верхнем положении в случае перерыва подачи энергоснабжения приводному механизму ил и при сбоях в системе управления, позволяющих подать сигнал на закрытие до выполнения предыдущих операций или выполнения условий безопасности;

— невозможность самопроизвольного движения дверей или ворот вниз при включении привода на подъем в случае разрыва трубопровода или троса, перебоя в энергоснабжении или по другой причине;

— открытие ворот и дверей, не имеющих блокировок, только спомощью инструмента или ключей;

— упоры и другие средства фиксации тележки в крайних положениях внутри и вне камеры.

5.3.3 Материалы внутренней обшивки рабочего пространства не должны вызывать появления на них электростатического заряда при воздействии струи абразива, или элементы, накапливающие статическое электричество, должны быть заземлены.

5.3.4 Места входа и выхода отливок из рабочего пространства, где вылет дроби не может быть полностью исключен, должны быть недоступны для посторонних лиц. Работающие, находящиеся у входа и выхода из рабочего пространства, должны использовать индивидуальные средства защиты лица.

Читать статью  Почему ветрогенератор не работает майнкрафт

5.3.5 В рабочих пространствах, где места входа и выхода отливок или других обрабатываемых изделий закрыты резиновыми шторами, дробеметные аппараты размещают так, чтобы при поломке лопаток ротора осколки не отлетали в сторону резиновых штор. Если такая установка дробеметных аппаратов не возможна, то доступ в опасную зону во время работы дробеметных аппаратов запрещается.

5.3.6 Камеры, предусматривающие возможность ручной дробеструйной очистки внутри рабочего пространства, оснащают:

— смотровым окном для наблюдения за работой внутри камеры. Окно должно выдерживать удары дроби, препятствуя вылетанию ее из внутреннего пространства камеры, а также иметь защиту, позволяющую сохранять прозрачность стекла;

— сигнальными лампочками, извещающими о работе внутри камеры вручную;

— системой управления дробеструйным аппаратом только изнутри камеры. При этом дверь в рабочее пространство не должна препятствовать выходу из него во время работы дробеструйного аппарата.

5.3.7 Камеры, в которых проводят ручную дробеструйную очистку отливок два или более работающих, должны быть снабжены стационарными или передвижными экранами, исключающими попадание абразива на соседнего работающего, или должно быть предусмотрено расстояние между работающими не менее 3 м.

5.3.8 В малогабаритных камерах, где очистку вручную осуществляет оператор, находящийся снаружи камеры, должны быть предусмотрены специальные рукава, надежно изолирующие рабочее пространство и исключающие выход струи наружу при отсутствии оператора.

5.3.9 Освещенность рабочего пространства, в котором проводят ручную очистку отливок дробеструйным методом, или пространства, в котором необходимо вести наблюдение за ходом очистки, должна быть не менее 150 лк.

5.4 Транспортная система

5.4.1 Устройства, несущие обрабатываемые предметы, должны:

— заменяться ранее, чем их грузоподъемность вследствие абразивного износа станет меньше паспортной;

— иметь сопроводительную техническую документацию, содержащую требования по эксплуатации подвесных и строповочных средств.

Применение сварки при монтаже и ремонте таких устройств не допускается. Предпочтительно использование кованых элементов.

5.4.2 Конструкцией тележки должны быть исключены ее самопроизвольное движение и поворот стола во время очистки.

5.4.3 Цепной конвейер очистных камер должен иметь выключатель для останова и пуска конвейера в местах подвешивания и снятия отливок. Конвейеры циклического движения должны быть оснащены блокировкой, обеспечивающей их пуск при наличии разрешающих сигналов на рабочих местах.

5.4.4 Подъемные приспособления для навешивания (снятия), погрузки (разгрузки) обрабатываемых предметов на грузонесущие устройства должны исключать опускание или падение этих предметов под действием собственной массы. Движение вниз должно происходить под действием силы или команды.

5.4.5 Позиции ручного навешивания и снятия обрабатываемых предметов, загрузки и разгрузки должны быть оборудованы, расположены и ограждены так, чтобы опасность травмирования персонала случайно сорвавшимися или упавшими деталями была исключена.

5.5 Загрузочные и разгрузочные устройства

5.5.1 Крышки смотровых и монтажных люков должны быть оснащены блокировкой, выполненной в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.062, если возможно их открытие или удаление без помощи инструмента.

5.5.2 Подвижные элементы системы сбора, транспортирования абразивного материала должны быть снабжены:

— ограждениями, исключающими доступ персонала в опасные места;

— блокировками, обеспечивающими остановку всей системы при снятии или смещении любого из ограждений и остановку всего оборудования. Последующий пуск возможен только с пульта после устранения нарушений блокировок и вызвавших их неисправностей.

5.5.3 Конструкцией конвейеров и элеваторов системы оборота абразива должны быть исключены опускание нагруженной ветви под действием массы материала и сползание (соскальзывание) последнего вниз при внезапной или преднамеренной остановке.

5.6 Абразивный материал, устройства сепарации и хранения

5.6.1 Применяемые в ОДО абразивные материалы не должны содержать нижеперечисленных химических элементов и соединений свыше указанных пределов по массе:

— сурьмы, свинца, кадмия, олова, мышьяка, бериллия, хроматов, кобальта и никеля (в сумме) — 2 %;

— мышьяка, бериллия, хроматов, кобальта, никеля — 0,2 %;

— металлических соединений в пересчете на металл и хроматы (СЮ3) — 2 %;

— свободной окиси кремния (Si02) — 2 %.

5.6.2 В устройствах для хранения абразива, сбора пыли, в вентиляционных трубах, шлангах и камерах должно быть исключено:

— искрение частей машины;

— накопление статического электричества;

— разведение открытого огня;

— скопление пыли в трубопроводах.

Пылеуловители мокрого типа должны быть снабжены взрывозащитными панелями.

Электропроводящие и накапливающие заряд части должны быть заземлены.

5.6.3 Подвижные элементы системы очистки и хранения абразивного материала должны быть снабжены:

— ограждениями, исключающими доступ персонала в опасные места;

— блокировками, обеспечивающими остановку всей системы при снятии или смещении любого из ограждений и остановку всего оборудования. Последующий пуск возможен только с пульта после устранения нарушений блокировок и вызвавших их неисправностей.

5.7 Система управления и контроля

Система управления и контроля ОДО должна обеспечивать:

— возможность экстренной остановки с каждого рабочего места;

— невозможность выполнения пооперационным (ручным) управлением любых операций, переходов, движений механизмов сверхвключаемых оператором, а также нарушение их установленной последовательности, приводящей к опасности для персонала и оборудования;

— невозможность включения каких-либо операций или движений при выполнении группы операций (всего цикла в автоматическом режиме) при полуавтоматическом и автоматическом управлениях;

— возможность выполнения наладочных операций в специальном режиме в обход или при блокировке устройств безопасности. При этом операции должны выполняться только при воздействии оператора на орган управления (кнопку, рычаг и т.д.) и немедленно отключаться при прекращении воздействия, включение других режимов должно быть невозможным;

— автоматическое обесточивание или (и) снятие давления в приводах затворов, управляющих потоком абразива при отключении ОДО с приведением затворов в положение «Закрыто»;

— блокировку приводов дверей, ворот, крышек загрузочных люков, исключающую включение их одновременно с приводами загрузочных или разгрузочных устройств;

— сигнализацию на пульте оператора об открытой двери (воротах) при проведении ремонтных работ, обслуживании или при уборке в рабочем пространстве.

5.8 Санитарно-гигиенические требования

5.8.1 Система вытяжной вентиляции ОДО должна обеспечивать:

— минимум 60-кратный воздухообмен в рабочем пространстве с вакуумом не менее 40 Па и скоростью воздуха в открытых проемах не менее 1 м/с, если другие значения не установлены в стандартах и ТУ на ОДО конкретных типов или моделей;

— автоматическую задержку открытия двери (ворот, люка) после окончания цикла для обеспыливания рабочего пространства.

5.8.2 Количество отсасываемого воздуха в расчете на работу одного сопла дробеструйной установки следует принимать, м 3 /ч, не менее [6]:

Похожие записи:

  1. ГОСТ 18111-93 Оборудование технологическое для литейного производства. Термины и определения
  2. Оборудование для изготовления чугунной посуды. Оборудование для производства чугуна
  3. Печи и литейное оборудование
  4. Изготовление модельной оснастки

Оборудование для литейного производства

Для того чтобы наладить успешное литейное производство сегодня, необходимо современное литейное оборудование, которое обеспечит высокую технологичность, продуктивность и экономичность всех производственных процессов.

В литейных цехах разных отраслей промышленности используется оборудование общего применения и специализированное технологическое оборудование, необходимое исключительно для литейного производства.

Непосредственно литейным оборудованием являются:

  1. Плавильные печи.
  2. Литейные машины.
  3. Заливочные устройства, механизмы, манипуляторы, средства транспортирования и системы управления, датчики предназначенные для изготовления отливок
  4. Литейные автоматы, установки, комплексы.
  5. Ковши литейные.

К общему оборудованию относятся

  1. Аспирационные системы,
  2. Смесители,
  3. Тиристоры,
  4. Трансформаторы,
  5. Конденсаторы,
  6. Различные типы конвейеров,
  7. Монорельсовый транспорт,
  8. Крановое хозяйство,
  9. Подъемники,
  10. Системы бункеров,
  11. Питатели,
  12. Магнитные сепараторы,
  13. Вентиляционные,
  14. Калориферные установки.

Современное литейное оборудование значительно отличается от оборудования прошлого. В основном это установки с программным обеспечением, механизированные, автоматизированные системы, использующие высокие и высокоточные технологии в производстве.

Плавильные печи

Виды литейных печек

Основным литейным оборудованием является плавильная печь. Она производится из высокопрочной стали, с использованием теплоизоляторов и огнеупорных материалов повышенной стойкости.

По способу литья печи делятся на индукционные, элекродуговые, газовые и муфельные. Рассмотрим устройство и принцип работы каждой из них отдельно.

Индукционная плавильная печь

См. на рис. 1 а. Построена на принципе экономичного индукционного нагрева — расплавления металла в результате прохождения через него вихревого электрического тока. Электромагнитное поле создается посредством индуктора.

Печь состоит из плавильного тигеля, сделанного из огнеупорного графита, куда помещается металлическая шихта. Тигель, как правило, имеет цилиндрическую форму. Он находится внутри индуктора, который подключен к источнику переменного тока. Благодаря явлению электромагнитной индукции за счет теплового воздействия электромагнитного поля, шихта нагревается и расплавляется. Одним из преимуществ индукционных печей является высокая гомогенность (однородность) сплава, которая достигается благодаря электродинамической циркуляции, перемешивания во время индукционного плавления. Это один из самых быстрых способов плавки. Имеют преимущества в быстроте процесса, малой загрязненности воздуха, экономичности. Тигли графитовые (для бронзы, латуни, меди золота, серебра), чугунные и стальные (для алюминия) или керамические (для чугуна, стали)

В зависимости от объема расплавляемого материала и размера тигля, индукционные плавильные печи делятся на:

  • Индукционные печи от 5 до 200 кг для золотодобывающей, инструментальной и ювелирной промышленности, стоматологии, художественной и экспериментальной плавки. Самые мобильные печи для плавки золота, серебра, платины, цветных и черных металлов. ИПП-15,25,35,45,70,90,110,160 (в цифрах указана мощность печи) имеют массу от 34 до 130 кг и способны перерабатывать от 5 до 200 кг металла.
  • Индукционный печи от 100 до 1000 кг для плавки цветных металлов. Максимальная температура 1400 °C . Свойства аналогичные, увеличивается размер печи и объем тигля.
  • Индукционные плавильные печи от 100 до 20 000 кг. Используются для плавки стали, чугуна, иногда цветных металлов токами средней частоты. Это печи производственного назначения, которые используются на металлургических промышленных предприятиях. Например, в производстве стального проката. Их производительность до 150 тысяч тонн сортового проката в год.

Индукционные печи позволяют быстро переходить от одного вида сплава к другому, делать перерывы между процессами, удобны в обслуживании и эргономичны, имеют большие возможности для автоматизации процессов. В печи может быть создана любая атмосфера (нейтральная, окислительная, восстановительная) и любое давление. Возможность управлять плавкой, регулировать мощность и нагрев тигля позволяет использовать разные режимы работы для разных сплавов. Высокое значение удельной мощности на средних частотах позволяет достичь высокой производительности печи.

Электрическая дуговая плавильная печь

См. на рис. 1 б. Металл нагревается электродугой переменного или постоянного тока, которая возникает между тремя цилиндрическими графитовыми электродами и металлическим шихтом. Такие печи вмещают от 0,5 до 400 тонн металла. Внутри цилиндрической печи используется футировка основным или кислым кирпичом. Во время плавки технологически осуществляется покачивание и перемешивание металла. В дуговой печи используется

  • Плавка шихты из легированных отходов без окисления, в этом случае удаляется сера, проводится диффузное раскисление с помощью ферросилиция, молотого кокса, алюминия. И получают легированные стали.
  • Плавка на углеродистой шихте с окислением. В качестве шихты – старый чугун, стальной лом, электродный лом, кокс, известь. Во время плавления происходит окисление под воздействием воздуха. Затем месь раскисляют осаждением и диффузным методом, алюминием и силикокальцием. Таким образом выплавляют конструкционные стали.

Электрическая дуговая печь используется для производства жаростойкой, инструментальной и конструкционной высококачественной углеродистой и легированной стали .

Газовые плавильные печи

См. на рис. 1 в. Тепло образуется от горения газово-воздушной смеси, с помощью которого нагревается жаростойкий тигель, в таких печах плавят алюминий, медь, олово, драгоценные металлы, свинец. Газовая печь позволяет достичь максимально точного температурного контроля, что важно для выплавки цветных и ценных металлов.

Муфельная печь

См. на рис. 1 г. В муфельной печи используется защитный материал муфель, который выдерживает температуру не больше 950 °C. Это ограничивает сферу применения.

Современные машины для литья

В соответствии со способом прессования в камере машины для литья делят на два вида:

  • Литейные машины с горячим прессованием. Под слабым давлением поршня или сжатого воздуха камера погружается в горячий расплав, который вытесняется в пресс-форму. Так отливаются сплавы с цинком.
  • Литейные машины с холодным прессованием.Тут используется высокое давление. Используются преимущественно для медных, магниевых и алюминиевых сплавов.

Использование современных способов автоматизации процесса литья, позволяет создать машины высокой точности и качества сплавов. Рассмотрим это на примере нескольких современных машин для литья алюминия.

Наклоняющиеся литейные машины – новейшее технологическое решение с точным заполнением формы и полным контролем над дозированием и поведением расплава с помощью электрического сервопривода. Стержни вставляются автоматически или вручную. После закрытия заливается расплав. Сервопривод контролирует движение, наклон, процесс литья качанием, предупреждает перекос при открытии формы. Машина обеспечивает идеальный доступ к форме, эргономичность и для заполнения формы, и во время очистки (гидравлический способ выталкивания компонента).

Машины для литья головок цилиндров

Литейная форма закрывается актюаторным элементом стационарного характера после того, как туда вставлены стержни. Алюминий заливают в форму, после усадки форма открывается, деталь извлекается. Литейная машина вновь готова к заливке. Все происходит быстро, очень удобно, точно. Кабели и настройки надежно защищены, ремонт очень простой, доступ к форме идеальный. Конструкция прочная, максимально функциональная для проведе

ния четких последовательных операций.

Литейные машины для 3х форм

В литейных машинах используется метод гравитационного литья с единовременным участием 3 форм. Значительно повышается продуктивность и эргономичность процесса, зона обслуживания минимальна, все происходит на одной машине: и установка стержней, и заливка, и извлечение отливок

Для отлива алюминия используются роторно-линейные машины, работающие под низким давлением и стабилизированным заполнением за счет регулируемого наклона формы, а также машины с противодавлением, использующиеся для создания высококачественных отливок из алюминия, где под давлением находится печь и пресс-форма внутри, создается перепад давлений, значительно повышающий качество продукции. Это еще более автоматизированный и оптимизированный, по сравнению с гравитационным, способ литья, который используется для отливок с прочными равномерно утолщенными стенками.

Литейные автоматы, установки, комплексы.

В литейном производстве сегодня могут активно использоваться новейшие элементы автоматизации, которые представлены такими устройствами:

  • Поворотными столами
  • Литейными роботами
  • Роботами манипуляторами

Современное литейное производство использует сегодня автоматизированные литейные комплексы

  • Литейные карусели для крупносерийного и массового производства с поворотным столом, роботами-съемщиками отливок, роботами-установщиками стержней, конвейером охлаждения и плавильными печами.
  • Роботизированная литейная ячейка состоит из литейных машин, стола для ручной установки стержней, робота литейного, робота, снимающего отливки, конвейера охлаждения, станции перемены захватов, плавильно-раздаточных печей.
  • Литейная автоматизированная линия – комплекс, в который входят литейные машины, манипуляторы для транспортировки и установки стержней и пакетов, манипуляторы для извлечения и перемещения готовых отливок, роботы-съемщики, плавильно-раздаточные печи.

Ковши литейные

Литейные ковши – необходимый элемент литейного производства, который позволяет хранить, транспортировать и производить безопасную разливку расплавленного металла для дальнейшего литья.

Ковши перемещают на специальных тележках или с помощью гибкого производственного модуля. В общем, литейный ковш – это емкость для металла. Различаются ковши

Аддитивные технологии и литейное производство

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 вакуумного литья форм и моделей, полученных с помощью аддитивных технологий, дало возможность уменьшить время изготовления пилотных, опытных образцов и в ряде случаев серийной продукции – в десятки раз.

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 синтез-форм и синтезмоделей 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) 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 2, на машинах типа ExOne.

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+сушка формы (1-2 дня); прокалка формы и собственно литье (1-2 дня).

Блок цилиндров Quick-Сast-модель и чугунная отливка

(Предоставлено ФГУП «НАМИ»)

Рисунок 1. Блок цилиндров: а – Quick-Сast-модель; б – чугунная отливка.

Блок цилиндров: фрагменты песчаной формы

(Экспонат выставки Euromold 2012, ExOne)

Рисунок 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.

Одним из перспективных направлений применения AMтехнологий является изготовление технологической оснастки – приспособлений и инструментов для серийного производства. В частности, изготовление вставок для термопласт-автоматов (ТПА), рисунок 3, для последующего литья пластмассовых изделий.

Выращенная металлическая пресс-форма для литья на ТПА

(Экспонат выставки Euromold 2012, 3D Systems)

Рисунок 3.Выращенная металлическая пресс-форма для литья на ТПА

1. Технологии литья металлов с использованием синтез-моделей и синтез-форм

В рамках одной работы невозможно привести описание всех технологий и машин для послойного синтеза для целей литейного производства. Здесь мы ограничимся лишь теми технологиями, которые имеют наибольший интерес применительно к задачам машиностроения, опуская из рассмотрения довольно обширную тему технологий и машин, предназначенных для решения специальных задач общей медицины, биологии и стоматологии, электронной или ювелирной промышленности.

Особое значение AM-технологии имеют для ускоренного производства отливок. AM-машины используются для получения: литейных моделей; мастер-моделей; литейных форм и литейной оснастки.

Литейные модели могут быть получены («выращены») из следующих материалов:

  • 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.

1.1 Синтез-модели из порошковых полимеров

SLS-технология. Полистирол широко используется в качестве модельного материала для традиционного литья по выжигаемым моделям. Однако в связи с бурным развитием технологий послойного синтеза приобрел особую популярность в области прототипирования, а также для промышленного изготовления штучной и малосерийной продукции. Полистирольные модели изготавливаются на AM-машинах (рисунок 4), работающих по SLS-технологии. Данную технологию часто применяют для изготовления отливок сложной формы относительно больших размеров с умеренными требованиями по точности.

SLS-машина sPro 60, полистирольная модель и алюминиевая отливка головки цилиндра ДВС

Рисунок 4. SLS-машина sPro 60 (а); полистирольная модель (б); и алюминиевая отливка головки цилиндра ДВС (в)

SLS-технология относится к категории Powder Bed Fusion согласно классификации ASTM (см. Гл. 1 и рисунок 1 а) и заключается в следующем. Модельный материал – полистирольный порошок с размером частиц 50-150 мкм накатывается специальным роликом на рабочую платформу, установленную в герметичной камере с атмосферой инертного газа – азота. Лазерный луч «пробегает» там, где компьютер «видит» в данном сечении CAD-модели «тело», как бы «заштриховывая» сечение детали, как это делает конструктор карандашом на чертеже. В этом случае лазерный луч является источником тепла, под воздействием которого происходит спекание частичек полистирола (рабочая температура около 120°С). Затем платформа опускается на 0,1-0,2 мм, и новая порция порошка накатывается поверх отвержденного – формируется новый слой, который также спекается с предыдущим. Процесс повторяется до полного построения модели, которая в конце процесса оказывается заключенной в массив неспеченного порошка. Далее модель извлекают из машины и очищают от порошка. Преимуществом данной технологии является отсутствие поддержек, поскольку во время построения модель и все её строящиеся слои удерживаются массивом порошка.

Имеющиеся на рынке машины фирм 3D Systems и EOS (таблица 1) позволяют строить достаточно крупные модели размерами до 550х550х750 мм без необходимости склейки отдельных фрагментов, что повышает точность отливки и надежность, особенно вакуумного литья. При этом возможна высокая детализация построения моделей: могут быть построены поверхностные элементы (номера деталей, условные знаки, надписи и пр.) с толщиной фрагментов до 0,6 мм; гарантированная толщина стенки модели – до 1,5 мм.

Технологии литья по восковым и полистирольным моделям принципиально не отличаются, поскольку используются одинаковые формовочные материалы, литейное и вспомогательное оборудование. Отличия заключаются в том, что восковая модель – «выплавляемая», а полистирольная модель – «выжигаемая», а также в нюансах формования и термообработки опок, имеющих немаловажное значение.

Читать статью  Линии чугунного литья

При работе с полистирольными моделями выделяются требующие нейтрализации горючие газы: материал частично выгорает в самой форме, в результате чего возникает опасность образования золы и засорения формы, поэтому необходимо предусмотреть возможность стекания материала из застойных зон. Безусловным требованием является использование прокалочных печей с программаторами, так как программа выжигания полистирола существенно отличается от программы вытапливания воска. При определенном навыке и опыте литье по выжигаемым полистирольным моделям дает хороший результат (рисунок 5).

Таблица 1. Машины для технологии послойного синтеза моделей из полимерных порошковых материалов

К недостаткам технологии надо отнести следующее. Процесс спекания порошка – это тепловой процесс, характеризующийся неравномерностью распределения тепла по рабочей камере и массиву материала, короблением вследствие температурных деформаций. В результате того, что порошок полистирола не сплавляется, как например, порошки полиамида или металла, а именно спекается: структура модели – пористая, похожая на структуру пенопласта. Это в дальнейшем облегчает удаление материала модели из формы с минимальными внутренними напряжениями при нагревании. Построенная модель требует весьма аккуратного обращения при очистке и при дальнейшей работе в подготовке к формованию.

Полистирольная модель

Рисунок 5. Полистирольная модель: а – после «выращивания»; б – после инфильтрации; в – чугунная отливка

Для придания прочности и хорошего соединения с литниковой системой и формовки модель пропитывают специальным составом на восковой основе – этот процесс называется инфильтрацией. После этого модель помещают в специальную печь и при температуре около 80°С пропитывают специальным воскообразным составом (инфильтрированные модели красного цвета, из машины же извлекаются полистирольные модели снежно-белого цвета). Это также несет в себе опасность деформирования модели и требует определенных навыков персонала.

Использование инфильтрата в виде воска имеет и свои преимущества: он расплавляется в опоке при выжигании раньше полистирола и, когда полистирол приобретает текучесть, удаляет его из формы, тем самым уменьшая массу «выжигаемой» части полистирола и снижая вероятность образования золы.

В последние годы появляются новые модельные материалы. Например, в машинах EOS используется полистирол, не требующий инфильтрации воском после построения модели (рисунок 6). Однако это ослабляет, но не устраняет присущий SLS-технологиям недостаток. Таким образом, когда мы говорим об «умеренных требованиях к точности» при использовании SLS-технологии, то имеем в виду

Полистирольная модель и отливка детали двигателя

Рисунок 6. Полистирольная модель и отливка детали двигателя

Следовательно, когда мы говорим об «умеренных требованиях к точности» при использовании SLS-технологии, то имеем в виду отмеченные объективные причины, по которым точность изделий, полученных SLS-технологией, не может быть выше, чем при использовании других технологий, не связанных с температурными деформациями. Таковой является технология фотополимеризации (например, SLA или DLP).

Ink-Jet-технология. В последние годы успешно применяется и другая технология получения выжигаемых синтез-моделей – Ink-Jet от компании Voxeljet Technology (Германия). В качестве модельного материала используется порошковый акриловый полимер (PMMA – полиметилметакрилат – «оргстекло», modified acrylic glass). Модельный ряд машин Voxeljet представлен на рисунке 7 и в таблице 1.

Модельный ряд машин Voxeljet

Модельный ряд машин Voxeljet

Рисунок 7. Модельный ряд машин Voxeljet

В процессе работы жидкий связующий состав впрыскивается через многосопловую головку и связывает (склеивает) основной модельный материал в соответствии с параметрами текущего горизонтального сечения CAD-модели. Один слой формируется примерно за 30 с, и таким методом при шаге построения 0,2 мм машина может строить модели со скоростью от 12 до 48 мм в час по высоте.

В базовой версии машины VX500 и VX800 оснащаются распылительной головкой GSH 768, имеющей 768 пьезоэлектрических форсунок. В этом случае достигается разрешение 250 dpi (точек на дюйм). В качестве опции может быть установлена головка C-VKH 2656, обеспечивающая разрешение до 600 pi и возможность уменьшения шага построения до 80 мкм. Предусмотрена также опция быстрой смены контейнера, на установку которого требуется около 30 с. Машины Voxeljet позиционируются как более производительные и дешевые альтернативы машинам 3D Systems и EOS.

Модель VX1000 оснащена мощной печатающей головкой с 10624 форсунками, которая позволяет получить разрешение до 600 dpi. Толщина слоя за один проход составляет 100 мкм при ширине печати 450 мм, время создания слоя – менее 30 с.

Машины VX 2000 и VX 4000 с полным основанием можно отнести к классу индустриального технологического оборудования. Многими компаниями они рассматриваются как реальная альтернатива традиционным литейным технологиям.

В ОАО «НИАТ», ФГУП «НАМИ» (Россия) имеется опыт работ с моделями от Voxeljet для литья по выжигаемым моделям (рисунки 8, 9). К достоинствам технологии следует отнести то, что процесс построения модели ведется при комнатной температуре, что снижает риск тепловых деформаций, характерных для SLS-технологии. Модели также подвергаются инфильтрации воском, но сам процесс проходит в более щадящем режиме, чем при инфильтрации полистирольных моделей.

Говоря об SLS-технологии, отметим ещё одно, не связанное с полистиролом, но «родственное» направление, иногда используемое в литейном деле. Это «выращивание» литейной формовочной оснастки из порошкового полиамида. Полиамид широко применяется для функционального прототипирования, полиамидные модели достаточно прочные и во многих случаях позволяют воспроизвести прототип максимально близко к конечному изделию.

Отливка и модель кронштейна

Рисунок 8. Отливка и модель кронштейна

Модели Voxeljet и алюминиевые отливки

Рисунок 9. Модели Voxeljet и алюминиевые отливки: а – крышка; б – впускная труба; в – головка цилиндров ДВС

В ряде случаев экономически целесообразно применять полиамидные модели в качестве альтернативы деревянным. Пример такой «быстрой» технологической оснастки для формовки распределительного вала ДВС показан на рисунке 10.

Полиамидная SLS-модель распределительного вала Полиамидная модель - формовочный ящик

Рисунок 10. Полиамидная модель: SLS-модель распределительного вала и формовочный ящик

Модель «выращивают», так же, как и полистирольную. При этом по возможности делают её полой с минимально возможной толщиной стенок (с целью минимизации указанных выше температурных деформаций). Затем полость модели для придания прочности и жесткости заполняют эпоксидной смолой. После этого закрепляют в обычном формовочном ящике, красят и далее – по традиционной технологии формования. Ввиду большой длины модель «выращена» из двух частей: части склеены, заполнены эпоксидной смолой и закреплены в формовочном ящике; продолжительность операций два дня.

1.2 Синтез-модели из светоотверждаемых смол

Суть технологии заключается в использовании специальных светочувствительных смол, которые отверждаются избирательно и послойно в местах подвода по заданной программе луча света. Способы засветки слоя различны (лазер, ультрафиолетовая лампа, прожектор видимого света, светодиоды). Наибольшее распространение для литья металлов получили SLA, Poly-Jet и DLP-технологии. Первый способ предполагает последовательное «пробегание» лазерного луча по всей поверхности формируемого слоя там, где в сечении «тело» модели. Согласно второму способу отверждение производится лучом в виде линии в процессе формирования слоя за счет излучения от управляемой ультрафиолетовой лампы. Третий способ предполагает засветку всего слоя одновременно за счет создания так называемой маски – «фотографии» текущего сечения CAD-модели.

Различие в способах формирования слоев обусловливает и различие в скорости построения модели. Скорость «выращивания» по DLP- и Poly-Jet-технологиям выше. Но стереолитография по-прежнему остается самой точной технологией и применяется там, где требования к чистоте поверхности и точности построения модели являются основными и определяющими.

Технологии нелазерной «засветки» с заданной экспозицией, используемые, например, фирмами Stratasys и Envisiontec, во многих случаях успешно конкурируют со стереолитографией, оставляя за собой явное преимущество в скорости построения и стоимости моделей. Ряд производственных задач может быть успешно решен с помощью AM-машин разного уровня.

Итак, рациональный выбор технологии получения моделей и, следовательно, АМ-оборудования должен проводиться с учетом конкретных производственных условий и реальных требований к моделям. В тех случаях, когда решаются разнообразные задачи целесообразно иметь две машины: одна для изготовления изделий с повышенными требованиями, вторая – для выполнения «рутинных» задач и тиражирования моделей.

SLA – лазерная стереолитография. Фирма 3D Systems – пионер в области практического освоения технологий быстрого прототипирования, в 1987 г. представила для коммерческого освоения первую стереолитографическую машину SLA-250 с размерами зоны построения 250х250х250 мм.

Основой в SLA-процессе является ультрафиолетовый лазер (твердотельный или СО2). Лазерный луч в данном случае – не источником тепла, как в SLS-технологии, а источник света. Луч «штрихует» текущее сечение CAD-модели и отверждает тонкий слой жидкого полимера в местах прохождения. Затем платформа, на которой производится построение, погружается в ванну с фотополимером на величину шага построения, и новый жидкий слой наносится на затвердевший слой, и новый контур «обрабатывается» лазером. При «выращивании» модели, имеющей нависающие элементы, одновременно с основным телом модели из того же материала строятся поддержки в виде тонких столбиков, на которые укладывается первый слой нависающего элемента, когда приходит черед его построения. Процесс повторяется до завершения построения модели. Затем модель извлекают, остатки смолы смывают ацетоном или спиртом, поддержки удаляют. Для повышения прочности модели помещают в специальную камеру дополимеризации – шкаф с ультрафиолетовой лампой.

Качество поверхности стереолитографических моделей весьма высокое, и часто модель не требует последующей обработки. При необходимости чистота поверхности может быть улучшена – «зафиксированный» фотополимер хорошо обрабатывается и поверхность модели может быть доведена до зеркальной. В некоторых случаях, если угол между строящейся поверхностью модели и вертикалью меньше 30, модель может быть построена без поддержек. Так могут быть построены модели, для которых не возникает проблем удаления поддержек из внутренних полостей, что позволяет получать модели, которые невозможно изготовить традиционными методами (рисунок 11).

Ювелирное изделие: SLA-выжигаемая модельЮвелирное изделие: серебряная отливка

Рисунок 11. Ювелирное изделие: а – SLA-выжигаемая модель; б – серебряная отливка

Стереолитография широко применяется в следующих направлениях:

  • выращивание литейных моделей;
  • изготовление мастер-моделей (для последующего получения силиконовых форм, восковых моделей и отливок из полиуретановых смол);
  • создание дизайн-моделей, макетов и функциональных прототипов;
  • изготовление полноразмерных и масштабных моделей для гидродинамических, аэродинамических, прочностных и других видов исследований, но в контексте данной работы отметим первые два направления, которые важны для непосредственного получения литейных деталей.

Для изготовления литейных деталей применяют так называемые Quick-Cast-модели (рисунок 12), т. е. модели для «быстрого литья», по которым, по аналогии с восковыми моделями, могут быть быстро получены металлические отливки (рисунок 13, 14). Quick-Cast-модели используют в технологических процессах аналогично применению восковых и полистирольных моделей. Но есть важный нюанс. Модели Quick-Cast имеют сотовую структуру массива: внешние и внутренние поверхности выполняют сплошными, а само тело формируют в виде набора сот. Это, во-первых, на 70% снижает общую массу модели, а, следовательно, меньше модельного материала нужно выжигать при подготовке формы к заливке металлом. Во-вторых, в процессе выжигания любой модельный материал расширяется и оказывает давление на стенки формы, при этом форма с тонкостенными элементами может быть разрушена. Сотовая же структура позволяет модели при расширении «складываться» внутрь, не создавая внутренних напряжений и не деформируя стенки формы. Это важнейшее преимущество Quck-Cast-технологии.

Quick-Сast модель после выращиванияQuick-Сast модель оснащенная литниковой системой

Рисунок 12. Quick-Сast модель: а – после выращивания; б – оснащенная литниковой системой

Алюминиевая отливка головки цилиндров

(Предоставлено ФГУП «НАМИ»)

Рисунок 13. Алюминиевая отливка головки цилиндров

Если сравнить две отливки, полученные по выжигаемым моделям: Voxeljet – представленную выше на рисунке 9 б, и SLA – показанную на рисунке 15, то нетрудно заметить, рисунок 16, разницу в чистоте поверхности отливки в пользу отливки, полученной по выжигаемой SLAмодели (рисунок 16 б).

Quick-cast-модель с литниковой системой алюминиевая отливка цилиндра ДВС

Рисунок 14. Quick-cast-модель с литниковой системой и алюминиевая отливка цилиндра ДВС

SLA-Quick-Cast-модель, оснащённая литниковой системойКорпусная деталь – алюминиевая отливка

Рисунок 15. Корпусная деталь: а – SLA-Quick-Cast-модель, оснащённая литниковой системой; б – алюминиевая отливка

Сравнение чистоты поверхности отливки – полученная по модели VoxeljetСравнение чистоты поверхности отливки – полученная по SLA-модели по технологии Quick-Cast

Рисунок 16. Сравнение чистоты поверхности отливки: а – полученная по модели Voxeljet; б – полученная по SLA-модели по технологии Quick-Cast

Однако Quick-Cast-модели – это теряемые, разовые литейные модели, полученные без специальной оснастки. Такой способ применяют, когда требуется изготовить одну-две отливки. В тех случаях, когда необходимо получить партию (10 – 100) отливок применяют другой, более экономичный способ. «Выращенную» на SLA-машине модель используют в качестве мастер-модели. По мастер-модели делают так называемую эластичную форму (чаще всего из силикона). В эту форму заливают расплавленный воск (обычно в вакуумной камере) и получают требуемое количество восковых моделей – «восковок», которые затем используют в качестве литейных моделей, применяя известные способы литья по выплавляемым моделям (рисунок 17). С помощью данной технологии могут быть изготовлены литейные восковые модели с весьма сложной геометрией, рисунок 18.

Для получения силиконовых форм, восковых моделей и для заливки металла используют вакуумные литейные машины. Применение качественных формовочных материалов позволяет получить отливки с высокой чистотой поверхности на уровне Rz 20-40.

Формование восковок производят как в монолитные, например, гипсо-керамические, так и в оболочковые формы. В отдельных случаях SLA-модели могут быть использованы в качестве оснастки – формовочной

Получение отливок SLA-мастер-модели Получение отливок с использованием SLA-мастер-модели – силиконовая форма

Получение отливок с использованием SLA-мастер-модели – восковая модель Получение отливок с использованием SLA-мастер-модели – отливка

Рисунок 17. Получение отливок с использованием SLA-мастер-модели: а – мастер-модель (SLA); б – силиконовая форма; в – восковая модель; г – отливка

Мастер-модель и восковка турбинного колеса автомобильного турбокомпрессора

Рисунок 18. Мастер-модель и восковка турбинного колеса автомобильного турбокомпрессора

модели для литья «в землю». В этом случае в конструкции модели предусматривают усадочный коэффициент – литейные уклоны и радиусы для извлечения модели без повреждения формы (рисунок 19). Однако такой способ формовки используется редко из-за недостаточной прочности SLAмодели.

Передняя крышка ДВС: CAD-модель, SLA-модель в качестве формовочной модели и алюминиевая отливка «в землю»

Рисунок 19. Передняя крышка ДВС: а – CAD-модель, б – SLA-модель в качестве формовочной модели; в – алюминиевая отливка «в землю»

К преимуществам технологии Quck-Cast относится точность построения модели. Поскольку процесс построения происходит при комнатной температуре, то факторы термического напряжения и деформаций отсутствуют. Малый диаметр пятна лазерного луча (0,1-0,05 мм) позволяет четко «прорабатывать» тонкие, филигранные фрагменты модели, что сделало стереолитографию популярной технологией и в ювелирном деле.

В России имеется опыт применения технологии Quck-Cast в авиационной промышленности («НИАТ», «Салют», «Сухой», УМПО, «Рыбинские моторы»), в энергетическом машиностроении (ОАО «ТМЗ» – Тушинский машиностроительный завод), рисунок 20, 21. Некоторый опыт имеется и в научных организациях автомобильного профиля. В ФГУП «НАМИ» по этой технологии впервые в России были получены отливки таких сложных деталей, как головка и блок цилиндров автомобильного двигателя. Однако, для многих отечественных предприятий эта технология остается практически неосвоенной.

Рабочее колесо турбины: SLA-модель; оболочковая форма; отливка, полученная по технологии Quick-Cast

Рисунок 20. Рабочее колесо турбины: а – SLA-модель; б – оболочковая форма; в – отливка, полученная по технологии Quick-Cast

Стереолитография – «конек» фирмы 3D Systems, и фактически в этой области она является монополистом в Европе и США. Модельный ряд машин 2014 года показан на рисунке 22 и в таблице 2.

Рабочее колесо турбины: выжигаемая SLA-модель и отливка из нержавеющей стали, полученная по технологии Quick-Cast

Рисунок 21. Рабочее колесо турбины: а, б – выжигаемая SLA-модель; в – отливка из нержавеющей стали, полученная по технологии Quick-Cast

Стереолитография позволяет получать отливки методом «direct manufacturing». SLA-машины серий ProJet 6000 и 7000 активно используются для решения задач НИОКР в университетах, применяются в ювелирной и медицинской промышленности. Точность построения 0,025- 0,05 мм на 25 мм линейного размера модели. Машины могут строить модели с толщиной стенки 0,05-0,2 мм, время построения модели зависит от

загрузки рабочей платформы и от шага построения и в среднем составляет 4-7 мм в час по высоте модели.

Для литейного производства в мировой промышленности достаточно активно используются машины серии iPro (новое название серии – ProX). По требованию заказчика машины могут оснащаться ваннами различного размера. Это позволяет экономить дорогостоящий модельный материал – для построения невысоких моделей можно выбрать ванну с меньшей глубиной. В этом случае затраты для первичного наполнения ванны могут быть существенно снижены.

Как уже отмечалось, стереолитография обеспечивает наилучшую чистоту поверхности и наивысшую точность построения моделей. Существенным недостатком технологии является высокая стоимость как покупки, так и владения. Наличие лазера делает SLA-машины относительно дорогими и требует регулярного технического обслуживания. Стоимость расходных материалов находится в пределах 250-300 евро/кг, что сопоставимо со стоимостью модельных материалов других фирм.

SLA-машины компании 3D Systems

Рисунок 22. SLA-машины компании 3D Systems

Стоимость SLA-моделей на аутсорсинге в Европе и России примерно одинаковая, зависит от региона и находится в пределах 1,0-2,0 евро/см 3 . При этом стоимость собственно расходного материала – фотополимера (с учетом дополнительного расхода на поддерживающие структуры) составляет 0,35-0,4 евро/см 3 .

Номенклатура модельных материалов постоянно увеличивается и меняется по качеству. В настоящее время основными материалами являются:

  • VisiJet Flex – полипропилен-подобный, эластичный, белый матовый, оптимальный для прототипирования защелок и пр. гибких элементов;
  • VisiJet Tough – ABS-подобный, с повышенной ударной прочностью для мастер-моделей, функциональных испытаний;
  • VisiJet Clear – поликарбонат-подобный для прототипирования прозрачных изделий;
  • VisiJet HiTemp – с повышенной термостойкостью (до 130°C);
  • VisiJet e-Stone – для применения в зубопротезировании и т. д.

Таблица 2. Основные параметры SLA-машин компании 3D Systems

Технология DLP. Разработчиком технологии является международная компания Envisiontec, которая свои первые машины выпустила в 2003 году. В машинах Envisiontec семейства Perfactory применяется оригинальная технология DLP – Digital Light Procession, разработанная компанией Texas Instruments ® для получения качественной цифровой проекции. Ключевым элементом проекторов, работающих по DLP-технологии, является цифровое мультизеркальное устройство (Digital Micromirror Device, или DMD) – матрица жестких зеркал из алюминиевого сплава, обладающего высоким коэффициентом отражения (рисунок 23).

Зеркала крепятся к подложке, которая через подвижные пластины соединяется с основанием матрицы. Под противоположными углами зеркал размещены электроды, соединенные с ячейками памяти. Под действием электрического поля подложка с зеркалом принимает одно из двух положений, отличающихся на 20° благодаря ограничителям, расположенным на основании матрицы. Два этих положения соответствуют отражению поступающего светового потока соответственно в объектив и светопоглотитель. Площадь каждого зеркала матрицы составляет 16 мкм и менее, расстояние между зеркалами – около 1 мкм. Изменением соотношения времени, в течение которого зеркало находится в разных положениях, регулируется яркость проецируемого изображения. В настоящее время разрешение DMD соответствует SXGA. Весь DMD-элемент имеет среднее время жизни около 6 лет при работе проектора 10 час/день.

DMD – Digital Micromirror Device

Рисунок 23. DMD – Digital Micromirror Device

При построении модели формируется так называемая «маска» каждого текущего сечения CAD-модели, которая проецируется на рабочую платформу через систему DMD-элементов (зеркал) с помощью прожектора с высокой яркостью света. Причем каждый слой (сечение CADмодели) разбивается не на «плоские» пиксели, а на «объемные» – воксели (voxel) размерами XYZ=16х16х15 мкм. Размер вокселя может регулироваться по XY в диапазоне 16-69 мкм, по Z – 15-150 мкм. Таким образом, процесс построения можно представить как сборку модели из мельчайших строительных блоков. Формирование и засветка видимым светом каждого слоя происходит в течение 3-7 с.

Следовательно, если в SLA-машинах применяется «точечный» принцип засветки, то в машинах Envisiontec – «поверхностный», т. е. осуществляется засветка всей поверхности слоя. Этим объясняется весьма высокая скорость построения моделей – в среднем 25 мм/час по высоте при толщине слоя построения 0,05 мм. Материал поддержек – тот же, что и основной материал – акриловый фотополимер.

Модели Envisiontec используют так же, как и SLA-модели, в качестве мастер-моделей и выжигаемых литейных моделей. Качество моделей уступает SLA-моделям только по точности, что связано с применением акриловых фотополимеров, имеющих коэффициент усадки при полимеризации, равный 0,6%, в машинах 3D Systems используют малоусадочные эпоксидные фотополимеры. Модели Envisiontec (рисунок 24) характеризуются достаточно высокой точностью и чистотой поверхности, прочностью и удобством в обращении при весьма умеренной (по сравнению со стереолитографией) стоимости. Преимуществом технологии Envisiontec является высокая скорость построения моделей и, следовательно, производительность AM-машины, хорошая выжигаемость моделей и малая

Модели Envisiontec – выжигаемая литейная модельМодели Envisiontec – функциональная модель

Рисунок 24. Модели Envisiontec: а – выжигаемая литейная модель; б – функциональная модель

зольность. Технология DLP –весьма перспективна и эффективна для литейного производства. Так, например, время построения с учетом подготовительно-заключительных операций впускной трубы высотой 32 мм и ресивера высотой 100 мм составляет 1,5 и 5 часов, соответственно. На сопоставимой по размерам SLA-машине Viper si2 для построение таких моделей необходимо не менее 5,5 и 16 часов, соответственно.

Компания Envisiontec выпускает несколько видов принтеров, ориентированных на применение в медицине, ювелирном деле. Для целей промышленного литейного производства представляют интерес три модели – Ultra, Xtreme и Xede (рисунок 25). Машина Xtreme имеет один цифровой прожектор с разрешением 1400х1050 пикселей, Xede – два прожектора. Модели требуют пост-обработки – удаления поддержек и в ряде случаев, как и стереолитография – дополимеризации.

Эффективная рабочая зона построения и толщина слоя построения регулируются сменой линз оптической системы. Особенностью машин серий Xtreme и Xede является то, что в отличие от других технологий, здесь используется не дискретное, пошаговое, а непрерывное движение платформы вниз с малой скоростью. Такой способ засветки делает поверхность модели более гладкой, без ярко выраженных ступенек, характерных для других технологий послойного синтеза.

АМ-машины компании Envisiontec

Параметры Ultra Xtreme Xede
Размеры зоны построения, мм 266x175x193 254x381x330 457x457x457
Макс. разрешение по XY, мкм 50-100 100 100

Рисунок 25. АМ-машины компании Envisiontec

Большой выбор материалов для мастер-моделей, выжигаемых моделей и моделей для вакуум-формовки (выдерживающих до 150°С), а также для концептуального моделирования делает эти машины особенно привлекательными в тех случаях, когда требуется изготавливать большое количество и широкую номенклатуру моделей в разнообразном спектре назначения. В США и Европе машины Envisiontec широко используются, в частности, в серийном производстве слуховых аппаратов и в изготовлении приспособлений для коррекции зубов.

MJM-технология. По классификации ASTM, технология MJM – Multi Jet Modeling – относятся к категории Material Jetting (см. Гл. 2). Применительно к литейнум-задачам она используется для получения «восковок» — воскоподобные синтез-модели для последующего литья по выплавляемым моделям. Модели строят на 3D-принтерах с использованием специального модельного материала, в состав которого входит светочувствительная смола – фотополимер на акриловой основе и литейный воск (более 50% по массе). Фотополимер является связующим элементом. Материал многоструйной головкой послойно наносится на поверхность рабочей платформы, отверждение каждого слоя производится за счет облучения ультрафиолетовой лампой.

Читать статью  Профессия Инженер по оборудованию в России 

Принтеры серии (рисунок 26) компании 3D Systems специально разработаны для «выращивания» моделей для точного литья металлов в гипсокерамические и оболочковые формы (рисунок 27, 28).

Модель ProJet 3510 HD имеет два режима построения модели – «стандартный» с разрешением (XYZ) 375x375x790 точек на дюйм (шаг построения 32 мкм) и размерами зоны построения 298x185x203 мм и «высокоточный» UHD – Ultra High Definition с разрешением (XYZ) 750x750x890 точек на дюйм (шаг построения 29 мкм) и размерами зоны построения 127x178x152 мм. Принтер ProJet 3500 HDMax имеет еще большее разрешение (XYZ) 750x750x1600 точек на дюйм (режим XHD – Xtreme High Definition, шаг построения 16 мкм), но на всей зоне построения 298x185x203 мм. Принтер ProJet 3510 HDPlus может работать в режиме XHD на уменьшенной до 127x178x152 мм зоне построения (см. также таблицу 3).

MJMмашины компании 3D Systems

Рисунок 26. MJMмашины компании 3D Systems

Литейные моделиЛитейные модели

Рисунок 27. Литейные модели

Особенностью технологии MJM так же, как и стереолитографии, является наличие поддерживающих структур – поддержек, которые строятся для удержания нависающих элементов модели в процессе построения. В качестве материала для поддержек используется восковой полимер VisiJet® S300 с низкой температурой плавления, который после построения модели удаляется струёй горячей воды. Модельные материалы VisiJet М3 и материал поддержек VisiJet® S300 содержится в виде баллонов-картриджей.

Машина ProJet 5000 ориентирована на изготовление дизайн- и функциональные прототипы, отличается большей зоной построения и большей производительностью. Модельные материалы: VisiJet® M5 Back, VisiJet® M5 MX, VisiJet® M5-X – представляют собой ABS- и PPподобные фотополимерные смолы.

Оболочковая форма корпуса турбины, полученные по восковой синтез-моделичугунная отливка корпуса турбины, полученные по восковой синтез-модели

(Предоставлено ФГУП «НАМИ»)

Рисунок 28. Оболочковая форма и чугунная отливка корпуса турбины, полученные по восковой синтез-модели

Таблица 3. MJM-принтеры компании 3D Systems

Принтер ProJet 5000X позволяет производить цветную печать, используя одновременно материалы разного цвета – белый, чёрный, прозрачный и несколько оттенков серого, рисунок 29.

В MJM-принтерах компании 3D Systems точность построения (в зависимости от конфигурации, ориентации и размеров модели) – в пределах 0,025-0,05 мм на длине в один дюйм (25,4 мм). Принтеры позволяют строить модели с толщиной стенок до 1 мм, в отдельных случаях до 0,8 мм. Крупные модели могут быть построены частями и затем склеены.

Литейные модели

Рисунок 29. Литейные модели

Недостаток технологии – относительно высокая стоимость расходных материалов – около 400 евро/кг. Преимущество – скорость получения модели и высокое качество модельного материала с точки зрения собственно технологии литья по выплавляемым моделям (формовки, вытапливания модели).

1.3 Технологии и машины для синтеза песчаных литейных форм

Общие сведения о технологиях синтеза песчаных форм

В последние годы динамично развивается направление непосредственного «выращивания» песчаных форм для литья металлов. Для производства песчаных литейных форм используется AM-технологии послойного спекания плакированного песка лазерным лучом (фирма EOS) и послойного нанесения связующего состава, или Ink-Jet-технология (ExOne).

Технология фирмы EOS (Германия) представляет собой разновидность SLS-технологии. Различие состоит в том, что в качестве модельного материала используется литейный (силикатный или циркониевый) предварительно плакированный полимером песок. Плакирование песка производят в специальном смесителе, где песок смешивают с жидким связующим, и таким способом, каждая частичка песка покрывается тонким слоем связующего. При построении модели в АМ-машине тепловое воздействие лазера приводит к расплавлению связующего, и частички песка «склеиваются». После спекания получается «грин-модель», требующая аккуратного обращения при очистке. Для закрепления очищенных мест их сразу обрабатывают вручную пламенем газовой горелки. После завершения очистки фрагменты формы помещают в прокалочную печь и окончательно (при температуре 300-350°С) отверждают массив формы. Затем «выращенные» фрагменты формы собирают и подготавливают к заливке металлом обычными методами.

Технология фирмы ExOne – это технология послойного нанесения связующего состава, или Ink-Jet-технология. Она отличается от MJMтехнологии тем, что на рабочую платформу впрыскивается не строительный материал, а связующий состав, рисунок 30.

Строительный материал (литейный песок) подают и разравнивают на рабочей платформе послойно с шагом 0,2-0,4 мм аналогично SLSсистемам. После завершения построения рабочий бункер извлекают из машины, модели очищают и подготавливают к сборке. В этом случае дополнительной термообработки «выращенных» песчаных моделей не требуется.

Независимо от метода построения собственно формы алгоритм действий конструктора-технолога практически одинаков – последовательность операций выглядит следующим образом (рисунки 31, 32):

  • создают CAD-модель изделия, назначают припуск на обрабатываемые поверхности, рисунок 31а;
  • согласно рекомендациям технолога, проектируют литниковую систему, которая сочленяется с основной CAD-моделью, модель масштабируют в соответствии с коэффициентом усадки литейного материала, получают технологическую CAD-модель, рисунок 31б;
  • создают CAD-модели стержней (рисунки 31в, г) и внешних форм, рисунок 31д.

Построение литейной формы – многосопловая головка селективно впрыскивает связующее на свежесформированный слой пескаПостроение литейной формы – связующее нанесено, машина готова к формированию следующего слоя песка

Рисунок 30. Построение литейной формы: а – многосопловая головка селективно впрыскивает связующее на свежесформированный слой песка; б – связующее нанесено, машина готова к формированию следующего слоя песка

В завершение процесса проектирования создаются stl-файлы литейной формы, расчлененной на фрагменты в соответствии с размерами рабочей камеры AM-машины, рисунок 31е. На этом завершается основной конструкторско-технологический этап.

Следующим этапом является моделирование процесса литья. Современные программные продукты, такие как:

  • Magma (Magma GmbH, Германия);
  • ProCAST (ESI Group, Франция);
  • QuikCAST (ESI Group, Франция);
  • СКМ ЛП «ПолигонСофт» (ООО «Полигон», Россия);
  • LVMFlow (НПО МКМ, Россия),

позволяют произвести виртуальную заливку металла и рассчитать основные параметры состояния металла как при заливке, так и в процессе кристаллизации и остывания. Такое моделирование позволяет оптимизировать потоки металла в форме, оценить вероятность «замораживания» потока, возникновения газовых пробок, усадочных раковин, внутренних напряжений и т. д. В случае необходимости в конструкцию формы вносят изменения, и процесс повторяют до получения удовлетворительного результата.

Этап расчётного моделирования может быть проведён до проектирования литейной формы и совмещён с процессом создания литниковой системы. После этого в процесс создания отливки подключается AMмашина. Оператор машины формирует задание на построение: располагает фрагменты формы в виртуальном пространстве рабочего бункера; назначает параметры рабочего процесса (шаг построения и пр.) и включает машину в режим работы – начинается послойный синтез.

Проектирование литейной формы

Рисунок 31. Проектирование литейной формы: а – исходная CAD-модель; б – проектирование литниковой системы; в, г – проектирование стержней; д – проектирование внешних формообразующих; е – литейная форма в сборе

процесс спекания плакированного песка (SLS-технология)извлечение фрагментов формы из AM-машины

очистка формыфрагменты, очищенные и предварительно обработанные пламенем горелки

фрагменты, очищенные и предварительно обработанные пламенем горелкисборка формы

Рисунок 32. Изготовление песчаной формы для литья головки цилиндров ДВС: а – процесс спекания плакированного песка (SLS-технология); б – извлечение фрагментов формы из AM-машины; в – очистка; г, д – фрагменты, очищенные и предварительно обработанные пламенем горелки; е – сборка формы

установка формы в опоку и заливка металлаустановка формы в опоку и заливка металла

выбивка формы, очистка отливкиотливка после очистки и обрезки литников

(Предоставлено ФГУП «НАМИ»)

Рисунок 32. Изготовление песчаной формы для литья головки цилиндров ДВС (продолжение): ж, з – установка формы в опоку и заливка металла; и – выбивка формы, очистка отливки; к – отливка после очистки и обрезки литников

После завершения построения фрагменты песчаной формы с известными предосторожностями извлекают из бункера и очищают (рисунок 32 б, в, г, д), если необходимо, проводят пост-обработку, собирают (6.32 е), стыкуют, герметизируют швы, устанавливают холодильники

и т. д., помещают в опоку (6.32 ж) и заливают металл (6.32 з). После остывания форму разбивают, извлекают отливку (6.32 и) и обрезают литники (6.32 к).

Машины для синтеза песчаных форм

Машины компании ExOne, рисунок 33, 34, ранее производились под брендом «ProMetal», отличаются высокой производительностью и ориентированы для производства не только штучной, но и серийной продукции.

Машины ExOne: S-Max и S-Print

Рисунок 33. Машины ExOne: S-Max и S-Print

Выработка всего объема бункера машины S-Max – около 800 кг, при непрерывной работе машины требуется два дня. Скорость построения моделей – 12-28 мм/ч по высоте, на формирование слоя необходимо около 40 с. Машина может работать с тремя видами связующего: фурановым, фенольным и специально разработанным неорганическим (для «экологически чистого» литейного производства). Машина чувствительна к качеству песка – размер частиц не должен превышать 140 мкм. Производительность машины является существенным преимуществом в условиях промышленного производства. Базовая стоимость машины SMax составляет 1,4 млн. евро.

В упомянутых выше машинах Voxeljet VX200, VX500, VXC800, VX 1000, VX 2000 и VX 4000, см. рисунок 7, модельным материалом для послойного синтеза может быть не только полимерный порошок PMMA, но и литейные пески. Машины Voxeljet работают по такому же принципу, что и машины ExOne.

Машина S-Max – процесс очистки и извлечения фрагментов песчаных формМашина S-Max – песчаные стержни для литья головки цилиндров ДВС;

синтезированная песчаная форма для литья головки цилиндров двигателя Ferrari

Рисунок 34. Машина S-Max: а – процесс очистки и извлечения фрагментов песчаных форм; б – песчаные стержни для литья головки цилиндров ДВС; в – синтезированная песчаная форма для литья головки цилиндров двигателя Ferrari

Основным преимуществом машин ExOne и Voxeljet является высокая производительность и возможность построения относительно крупногабаритных форм и стержней (рисунок 35).

В машине EOS S750 (рисунок 36) используется SLS-технология. Возможности машины позволяют строить филигранные фрагменты формы размерами до 1 мм. Рабочая зона построения составляет 720x380x380 мм, шаг построения – 0,2 мм, точность построения – 0,3 мм (на длине 720 мм). Машина отверждает до 2500 см 3 песка в час (S-Max – 7500 см 3 /час). Несмотря на трудоемкость получения моделей и меньшую производительность машины, EOS S750 обладает несомненным преимуществом по точности построения моделей и чистоте поверхности. EOS S750 изготавливает формы и стержни, недоступные по сложности другим технологиям. Эти машины применяются там, где существуют повышенные требования к точности литья и чистоте поверхности отливок (рисунок 36).

Синтезированные песчаные формы (ExOne)Синтезированные песчаные формы (ExOne)

Рисунок 35. Синтезированные песчаные формы (ExOne)

Особенностью технологии является то, что для работы машины необходим плакированный песок, который нужно закупать у фирмыизготовителя машины или создать на месте производственные мощности для плакирования песка. Для увеличения скорости работы в машине используется система с двумя лазерами.

Стоимость машины относительно высокая – от 800 тыс. евро. Стоимость содержания (пост-гарантийного обслуживания) также достаточно высокая – стоимость годового сервисного контракта составляет более 30 тыс. евро.

Машина EOS S750

Рисунок 36. Машина EOS S750

Таблица 4. Машины для послойного синтеза песчаных форм и стержней

Фирма Модель Зона построения, мм Шаг построения, мкм Производительность, см 3 /ч
ExOne S-Max 1800x1000x700 280-500 60000-85000
S-Print 800x500x400 280-500 20000-36000
Voxoljet VX500 500x400x300 80-150 3000
VXC800 850x500x1500/2000 80-200 18000
VX 1000 1060x600x500 100-300 23000
VX 2000 2060x1060x1000 120-400 47000
VX EOS 4000 4000x2000x1000 120-300 123000
EOS EOS S750 720x380x380 200 2500

2. Литье полимеров с использованием синтезированных мастермоделей

Изготовление высокоточных мастер-моделей — это наиболее динамично развивающаяся ветвь AM-технологий. Синтезированные из фотополимерных композиций модели используются в качестве мастермоделей для изготовления эластичных (силиконовых) форм, посредством которых затем получают восковые литейные модели (восковки) либо отливки из литейных полимеров, например, полиуретановых смол. Использование силиконовых форм чрезвычайно эффективно при штучном и малосерийном производстве восковок. При этом достигается высокое качество восковок (рисунок 37).

Литье в силиконовые формы

Рисунок 37. Литье в силиконовые формы: а, б – силиконовая форма; в – мастер-модель; г – восковая модель; д – металлическая отливка.

Мастер-модели обычно «выращивают» на SLAили DPLустановках, обеспечивающих наилучшую чистоту поверхности и высокую точность построения модели. Достаточно высокое качество для использования в указанных целях имеют также модели, полученные на 3Dпринтерах типа ProJet (3D Systems) и Objet Eden (Stratasys).

Технологии литья в эластичные формы получили широкое распространение в мировой практике. В качестве материала форм используют различные силиконы (смесь двух исходно-жидких компонентов, А и B, которые при смешении в определённой пропорции полимеризуются и образуют однородную относительно твёрдую массу). Силикон – как материал, обладающий малым коэффициентом усадки и относительно высокой прочностью и стойкостью. Эластичные формы получают путём заливки мастер-моделей силиконом в вакууме. Мастер-модель располагают обычно в деревянной опоке (рисунок 38 б, в), опоку помещают в вакуумную литейную машину, где предварительно в специальной ёмкости производят смешение компонентов A и B, затем силикон выливают в опоку. Вакуум применяют с целью удаления воздуха из жидких компонентов и обеспечения высокого качества формы и отливок. После заливки в течение 20-40 мин силикон полимеризуется.

В комплект поставки оборудования для вакуумного литья, как правило, входит собственно вакуумная машина (одноили двухкамерная) и два термошкафа. Один термошкаф предназначается для хранения расходных материалов при температуре около 35°С. Второй термошкаф, в котором поддерживается температура около 70°С, используется для предварительной термоподготовки силиконовой формы непосредственно перед заливкой. Размеры второго термошкафа должны соответствовать размерам вакуумной камеры машины. После заливки полиуретановой смолы форму возвращают в печь, где происходит полимеризация смолы в оптимальных условиях.

Используя специальные технологические приёмы, форму разрезают на две или несколько частей, в зависимости от конфигурации модели, затем модель извлекают из формы. После этого форму снова собирают и используют для заливки воска – получения «восковок», рисунок 1 г. Обычно стойкость формы – до 100-500 циклов, что достаточно для изготовления отливок опытной серии деталей. Эти технологии весьма эффективны для производства опытно-промышленных партий и малосерийной продукции в авиационной, медицинской и приборостроительной отраслях. Широкий спектр силиконов и полиуретановых смол позволяет изготавливать отливки с ударо- и термостойкими свойствами, различной жёсткости в разнообразной цветовой гамме.

Технологический процесс получения металлической отливки методом быстрого прототипирования

Рисунок 38. Технологический процесс получения металлической отливки методом быстрого прототипирования: а – SLA-мастер-модель; б – мастер-модель окрашена и подготовлена к заливке силиконом; в – заливка силиконом; г – силиконовая форма; д – восковка, полученная заливкой воска в силиконовую форму; е – алюминиевая отливка; ж – увеличенный фрагмент отливки

Современные предприятия, изготавливающие металлические отливки по выплавляемым моделям для целей опытного и мелкосерийного производства, обычно имеют в составе технологического оборудования AM-машину для «выращивания» мастер-моделей и машину для вакуумного литья в силиконовые формы (рисунок 39).

Литейные машины SLM Solutions

Рисунок 39. Литейные машины SLM Solutions

AM-технологии позволяют получать детали сложной конфигурации, которые в принципе невозможно изготовить традиционными методами, например неразъемные пресс-формы с внутренними каналами охлаждения.

Для литейного производства эти технологии представляют несомненный интерес, в частности для изготовления литейной оснастки – форм, как для получения восковых моделей в серийном производстве или отливок из пластмасс, так и для непосредственного литья металлов (кокили, формообразующие литейной оснастки).

Таким образом, в зависимости от конкретной ситуации одна и та же деталь может быть получена либо методом «выращивания» «восковки» на принтере типа ProJet 3510 HD, рисунок 40 а; либо используя фотополимерную модель по технологии Quick-Cast, рисунок 40 б, либо с использованием «выращенной» мастер-модели и восковки, полученной через силиконовую форму, рисунок 40 в).

Методы получения металлической отливки, используя синтезированную восковую модель, Quick-cast модель, выращенную мастер-модель и восковку, полученную в силиконовой форме

Рисунок 40. Методы получения металлической отливки, используя: а –синтезированную восковую модель; б –Quick-cast модель; в – выращенную мастер-модель и восковку, полученную в силиконовой форме

Для эффективного использования аддитивных технологий в литейном деле инженер-технолог, помимо знаний нюансов различных видов АМ-технологий и АМ-машин, должен знать:

  • точное число деталей;
  • реальные сроки изготовления деталей;
  • приоритетные требования (точность, чистота поверхности и т. д.);
  • стоимость расходных материалов;
  • стоимость обслуживания и амортизации оборудования;
  • стоимость труда обслуживающего персонала и других производственных затрат.

Точный учёт всех составляющих технологического процесса, умелое сочетание аддитивных технологий и традиционных методов литья позволяют вывести литейное производство на качественно новый уровень.

3. Оснащение литейного участка для эффективного использования аддитивных технологий

Литейное производство – одна из отраслей промышленности, в которой аддитивные технологии нашли практическое применение в самой ранней стадии своего становления. С середины 90-х годов АМтехнологии стали использоваться в опытном и малосерийном производстве, и к настоящему времени именно эта ниша оказалась наиболее благоприятной для дальнейшего развития АМ-технологий как самих по себе, так и в сочетании с традиционными технологиями литья. Как показал опыт, именно такое сочетание дает максимальный экономический эффект. Использование АМ-технологий позволяет создать очень компактные производственные участки, не требующие больших производственных и вспомогательных площадей, многочисленного персонала. Применение АМ-технологий позволяет минимизировать или вовсе исключить труд модельщика, формовщика в привычном понимании. Ручной труд в значительной степени вытесняется квалифицированным интеллектуальным трудом конструкторов-технологов, операторов 3D-принтеров и ЧПУ-станков, разрабатывающих программные средства для управления оборудованием. За рубежом динамичное развитие получили так называемые сервис-бюро или Центры аддитивных технологий, часть из которых ориентирована на изготовление продукции с активным применением аддитивных технологий (Одним из лучших европейских предприятий такого типа является компания ACTech GmbH). Это не значит, что такой Центр оснащен исключительно АМ-машинами. Это значит, что ключевой технологией, позволяющей достичь конкурентного преимущества, является технология послойного синтеза в том или ином её виде. И, как правило, такие Центры ориентированы на изготовление не просто отливки, а конечной детали с необходимой механо-, термообработкой, окраской и т. д., то есть изделия с максимальной добавленной стоимостью. В таких Центрах аддитивные и традиционные технологии дополняют друг друга и усиливают коммерческий эффект.

В оснащение типичного Центра аддитивных технологий входят следующие основные группы оборудования:

  • Аддитивные машины (изготовление литейных и мастер-моделей).
  • Формовочное оборудование (изготовление гипсокерамических монолитных и керамических оболочковых форм).
  • Термическое оборудование (вытапливание восковых и выжигание полистирольных моделей, прокалка форм, термообработка отливок).
  • Литейное оборудование (атмосферное, вакуумное, центробежное и т. д. литьё).
  • Контрольно-измерительное оборудование (контроль химического анализа металла, измерение твердости, контроль геометрии моделей и отливок, контроль внутренней структуры отливок, входной и выходной контроль).
  • Механообрабатывающее оборудование (финишная обработка).

В структуре Центра должны быть предусмотрены также и традиционные вспомогательные службы: склад для хранения металлов и расходных материалов, участок для очистки и сборки моделей, участок для размывки опок и очистки отливок от формомассы, склад готовой продукции и т. д.

В России большой практический опыт в этой области имеет Центр Быстрого Прототипирования ФГУП «НАМИ» (сейчас – Центр Технологий «НАМИ»), Научно-технический комплекс (НТК) «Цифровые технологии» ОАО «НИАТ», компания АБ Универсал – все Москва, а также предприятия из Санкт-Петербурга — «НИИМаштех», СПбГПУ и ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей».

НТК «Цифровые технологии», например, разрабатывает и предлагает производственные комплексы, ключевым звеном которых являются технологии послойного синтеза. Компания проповедует модульный принцип построения комплексов, которые могут быть легко переформатированы под задачи конкретного производства. Комплекс содержит следующие основные модули (рисунки 41-6.45):

  • конструкторско-технологический модуль или CAD-модуль — разработка 3D моделей деталей, отливок, оснастки. Компьютерное моделирование процессов литья. Разработка специальной технологии изготовления литых заготовок различных габаритов;
  • модуль «Песчаные формы» — прямое изготовление песчаных форм и стержней для гравитационного литья, литья под низким давлением и изготовление форм для точного литья заготовок штамповой и кокильной оснастки, рисунок 41;
  • модуль «Силиконовые формы» — создание силиконовых форм для последующего изготовления восковых моделей или литья пластмассовых деталей из полиуретановых композиций, рисунок 42;
  • модуль «Выжигаемые модели» — прямое изготовление выжигаемых моделей для точного литья в керамические формы алюминиевых и титановых сплавов, сталей и чугунов, рисунок 43;
  • модуль «Синтез» — прямое изготовление прототипов, функциональных металлических деталей, формообразующих частей оснастки селективным лазерным плавлением металлических порошков, рисунок 44;
  • модуль «Литье» — литье заготовок деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, сталей, чугуна, титана;
  • модуль «Контроль геометрии» — бесконтактная оптическая оцифровка, контроль геометрии и реверсивный инжиниринг деталей, заготовок и оснастки, рисунок 45;
  • модуль «Неразрушающий контроль» — неразрушающий контроль деталей, литых заготовок и оснастки на основе компьютерной томографии.

Модуль «Песчаные формы» на базе АМ-машины S-Max

Рисунок 41. Модуль «Песчаные формы» на базе АМ-машины S-Max

Модуль «Силиконовые формы» на базе вакуумной машины System 2 (MK Technology)

Рисунок 42. Модуль «Силиконовые формы» на базе вакуумной машины System 2 (MK Technology)

Модуль «Выжигаемые модели» на базе АМ-машины Voxeljet

Рисунок 43. Модуль «Выжигаемые модели» на базе АМ-машины Voxeljet

Модуль «Синтез» на базе АМ-машин компании Concept Laser

Рисунок 44. Модуль «Синтез»

на базе АМ-машин компании Concept Laser

Роботизированный модуль «Контроль геометрии» на базе фотограмметрической системы ATOS Triple Scan

Рисунок 45. Роботизированный модуль «Контроль геометрии» на базе фотограмметрической системы ATOS Triple Scan

Технологический комплекс измерений и инспекционного контроля геометрии на базе системы ATOS Triple Scan позволяет за короткое время с высокой точностью оцифровать объект с поверхностью любой сложности и получить его трёхмерную полигональную модель. При этом решаются задачи, возникающие в производстве и при его подготовке, требующие эффективных измерительных технологий. Состав каждого модуля ПТК сформирован таким образом, что может выполнять свои функции самостоятельно при решении отдельной задачи, а также может интегрироваться с другими модулями и технологиями действующего литейного производства. Такой подход позволяет создавать единое информационное конструктивно-технологическое пространство и реализовать принцип сквозных цифровых технологий.

Для металлургических исследований, дефектоскопии и широкого круга инженерных задач большой интерес представляют системы компьютерной томографии, позволяющие «увидеть» внутреннюю структуру изучаемого объекта (рисунок 46). Компьютерная томография позволяет получать трёхмерное изображение при рентгеновском просвечивании отливок и определять геометрию внутренних поверхностей и каналов, получая объемную картину расположения металлургических дефектов.

Томографы представляют особый интерес для отработки технологии литья ответственных изделий, позволяют оперативно исследовать проблемные места в отливке, объективно оценить степень их значимости, провести вариантные исследования литниковой системы, режимов пред- и пост-обработки отливки и таким методом в сжатые сроки отработать бездефектную технологию получения литых изделий.

Современные компьютерной томографии позволяют идентифицировать объекты (поры, раковины, включения и т. д.) с высоким разрешением, получать по сути трёхмерный скан детали.

По томограмме можно получить наглядное изображение и любого сечения объекта, и трёхмерной модели в целом, которая также может быть сопоставлена с исходной CAD-моделью.

Важным параметром системы является размер пятна фокуса при фокусировании рентгеновских лучей. Чем меньше его размер, тем выше разрешение системы, тем более чёткое и достоверное изображение проецируется на детектор. В современных системах для индустриальных задач размер пятна фокуса составляет 200 и менее нм (0,2 мкм), что позволяет создавать томографы для достаточно габаритных объектов, таких как блоки и головки цилиндров двигателей, корпусные детали энергетических машин и т. д.

Оборудование для литейного производства

Рисунок 46. Инспекционный контроль и анализ качества литейных деталей: CAD-модель, отливка и результаты томографических исследований (с указанием дефектных мест)

Технологический комплекс неразрушающего контроля деталей, литых заготовок и оснастки на основе компьютерной томографии позволяет проводить следующие операции:

  • неразрушающий контроль качества отливок;
  • анализ дефектов и пористости в отливках;
  • определение внутренней геометрии объекта;
  • реверсивный инжиниринг.

Ряд компаний, например, YXLON и Werth (Германия) выпускают специальные томографы YXLON.CT Universal и Tomoscope, имеющие в своем составе макро- и микрофокусные трубки, линейный и плоскопанельный детекторы. Микрофокусные трубки открытого типа с мощностью излучателей 10-225 кэВ/0.01-3.0 mA. Макрофокусные трубки 60 — 450 кэВ/2.0-9.0 mA. Масса инспектируемой детали в модели Y.CT Modular (рисунок 47) – до 65 кг, высота – до 650 мм, диаметр – до 635 мм.

Томограф Y.CT Modular

Рисунок 47. Томограф Y.CT Modular

Томограф имеет гранитное основание и может быть использован в качестве контрольно-измерительной машины. Разрешение до 1 мкм, точность измерений 10 мкм. Томографы позволяют проводить регистрацию и анализ дефектов и внутренней структуры деталей практически всех конструкционных материалов. Эти машины чрезвычайно удобны и полезны для отработки технологии литья, а также для входного и выходного контроля особо ответственных отливок и металлопорошковых изделий с повышенными требованиями на герметичность и качество внутренней структуры материала.

Известными производителями компьютерных томографов являются также: Nikon (Япония, производство в Бельгии), General Electric (подразделение Phoenix, США), Carl Zeiss, Werth, Matrix Technologies (Германия).

Для лабораторных исследований представляют интерес относительно недорогие (80-120 тыс. евро) томографы CTportable (Fraunhofer EZRT) и томографы серии SHR (Shake GmbH) с трубками 50-160 кэВ. Наиболее популярным программным продуктом для обработки данных томографирования, контрольных измерений и анализа является VGStudui Max 1 компании Volume Graphics.

Похожие записи:

  1. Зуботехническая лаборатория
  2. Литейное оборудование для малого бизнеса. Готовый мини-завод – лучшее решение для малого бизнеса. Как можно сэкономить на покупке
  3. Технологическое оборудование — это что такое?
  4. Литейная оснастка для литья металлов и сплавов

Источник https://parkgarten.ru/litejnoe-oborudovanie/litejnoe-proizvodstvo-oborudovanie-dlya-litejnoj-laboratorii-i-kontrolya-litya-metalla/

Источник https://volst.ru/oborudovanie-dlya-litejnogo-proizvodstva/oborudovanie-dlya-litejnogo-proizvodstva/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *