Современное проектирование и изготовление оснастки для литья по газифицируемым моделям

Литье по газифицируемым моделям (далее – ЛГМ) относиться к точным видам литья, его суть состоит в заливке сплава непосредственно в куст моделей из пенополистирола, которые газифицируются под действием тепловой энергии металла. Технология ЛГМ позволяет получать точные отливки (качество поверхности ок. 12,5 Rz) при сравнительно небольших затратах.

Еще одно преимущество ЛГМ – возможность в кратчайшие сроки получить первую партию отливок, ниже перечислены основные этапы работ от получения чертежа до годной отливки:

1.      Получение технического задания от заказчика.

2. Построение трехмерной модели отливки в специализированной программе компьютерного моделирования и согласование ее с заказчиком.

3. Построение трехмерной модели пресс-формы для получения моделей из пенополистирола.

4.  Разбивка модели пресс-формы на части для изготовления ее из алюминиевого проката.

5.      Составление программы управления для фрезерного станка с ЧПУ для каждой части пресс-формы.

6.      Фрезерование заготовок на фрезерных станках с ЧПУ.

7.      При наличии в пресс-форме частей в форме тел вращения – токарные работы.

8. Финишная обработка заготовок пресс-формы, полирование формообразующих поверхностей.

9.      Сборка пресс-формы.

10.  Получение автоклавным методом пробных моделей для проверки геометрии.

11. Изготовление необходимого количества моделей из пенополистирола заданной плотности.

12.  Покраска моделей противопригарным покрытием, сборка в блоки (кусты).

13.  Формовка кустов моделей в вакуумируемых контейнерах с сухим кварцевым песком.

14.  Заливка сплавом, охлаждение и выбивка контейнеров.

15.  Проверка качества отливок, измерение их геометрии.

16.  При удовлетворительных результатах – запуск серийного производства отливок.

Иногда бывает так, что заказчику необходима партия отливок (срок – неделя), а у него нет ни чертежа, ни трехмерной модели детали, в наличии только деталь и чаще всего уже механически обработанная. В таком случае самая ответственная часть – это точное снятие геометрических размеров детали, назначение припусков на механическую обработку и построение трехмерной модели отливки.

Рассмотрим такой вариант проектирования оснастки на примере деталей «Звездочка №1» и «Звездочка №2» (Рис. 1). Данные детали предназначены для импортной сельскохозяйственной техники, они подлежат периодической замене из-за износа рабочих поверхностей зубьев, техническая документация на данные изделия отсутствует по понятным причинам.

Рис. 1 – Звездочка №1 (слева) и Звездочка №2

Профиль зуба, количество зубьев, высота и внешний диаметр у звездочек №1 и №2 идентичны, единственное отличие – это диаметр внутреннего отверстия (№1 – 35 мм, №2 – 30 мм). Материал звездочек – чугун марки СЧ25, припуски на все обрабатываемые поверхности – 2,5 мм на сторону, шпоночный паз глушится.

Замеры геометрических размеров звездочек производились с помощью штангенциркуля с ценой деления 0,1 мм, профиль зуба строился согласно ГОСТ 591-69 -  «Звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям. Методы расчета и построения профиля зуба и инструмента. Допуски». Для расчетов были приняты следующие данные:

·         шаг цепи по результатам измерений был выбран равным 44,45 мм согласно ГОСТ 13568-97;

·         количество зубьев – 8;

·         диаметр ролика цепи – 12,7 мм согласно ГОСТ 13568-97;

·         ширина цепи – 25,4 мм согласно ГОСТ 13568-97;

·         профиль зуба – со смещением центров дуг впадин.

По результатам расчетов профиля зуба, делительного диаметра, диаметра впадин и вершин зубьев звездочки в специализированной программе твердотельного моделирования были построены трехмерные модели отливок звездочек (Рис. 2). Из трехмерной модели был создан чертеж отливки, который был направлен на согласование с заказчиком.

Рис. 2 – Трехмерная модель звездочки (отливка)

Для проектирования пресс-формы необходимы трехмерные модели моделей звездочек, которые получаются применением операции масштабирования с коэффициентом 1,01 для моделей отливок (усадочный коэффициент был принят 1% для чугуна СЧ 25). В одной пресс-форме будет изготавливаться сразу две модели звездочек (№1 и №2), т.е. пресс-форма двухместная. Линия разъема пресс-формы выбрана согласно рис. 3, на вертикальных стенках высотой более 20 мм был дан уклон 0,5⁰. Материал пресс-формы - дюралюминий Д16 (листовой прокат), толщина стенок пресс-формы – 8 мм, центральное отверстие в моделях выполняется отдельным стержнем, изготовленным точением из заготовки.

Рис. 3 – Линия разъема пресс-формы

Спроектированная пресс-форма представляет собой две половинки габаритными размерами 270х150х40 мм каждая и два стержня, выполняющих внутреннее отверстие в модели (Рис. 4). При сборке половинки пресс-формы центрируются с помощью замка – бурт высотой 2,5 мм по периметру нижней части и соответственно углубление в верхней части. Соединение частей пресс-формы выполняется с помощью стержней, на одном конце которых нарезана резьба под гайку.

Рис. 4 – Трехмерная модель пресс-формы (верхняя часть и стержни прозрачны)

После окончательной проверки модели пресс-формы для каждой ее половинки была написана управляющая программа для фрезерного станка с ЧПУ и подобрана соответствующая заготовка. Каждая деталь обрабатывалась на фрезерном станке около четырех часов, стержни были изготовлены в течение часа точением. Финишная обработка деталей заняла смену, готовая пресс-форма показана на рис. 5. Для свободного прохождения воздуха при задувке вспененным полистиролом в пресс-форме установлены венты.

Рис.5 – Готовая пресс-форма

      Пробная партия моделей была изготовлена автоклавным способом из пенополистирола плотностью 24 кг/м³ (Рис. 6). После проверки всех геометрических размеров пресс-форма была отправлена в белый цех на предприятие, которое изготавливает отливки.

Рис. 6 – Готовые модели из пенополистирола

      Время, затраченное на разработку и изготовление пресс-формы, составило три рабочих дня – день на проектирование отливки, ее согласование и проектирование пресс-формы; два дня – на ее изготовление, финишную доводку и проверку моделей. В тот же день, как пресс-форма попала на предприятие-изготовитель отливок, была изготовлена, окрашена противопригарным покрытием и склеена в блоки партия моделей, которые были залиты сплавом в ночную плавку.

      Итого общее время от получения образца детали до производства опытной партии отливок составило пять рабочих дней, что подтверждает эффективность применения метода литья по газифицируемым моделям.