CC BY
45УДК 621.923.01
ФИНИШНАЯ ОБРАБОТКА АДДИТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ
Д. И. Савин, В. А. Левко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены проблемы, возникающие при внедрении моделей для литья, получаемых с помощью аддитивных технологий. Приведен краткий обзор процесса получения аддитивных моделей. Рассмотрены особенности процесса финишной обработки прототипов таких моделей. Предложено в качестве метода обработки аддитивных моделей применять обработку абразивным потоком (абразивно-экструзионную обработку). Представлен современный уровень исследований в области обработки абразивным потоком аддитивных моделей. Предложено дальнейшее направление исследований.
Ключевые слова: финишная обработка, аддитивные технологии, абразивный поток, шаговая поверхность, 3D-модели, литье по выплавляемым моделям.
FINISHING ADDITIVE MODELS FOR CASTING
D. I. Savin, V. A. Levko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The feature problems arise in the implementation of models for casting produced using additive technologies. The research performs a brief overview of the process of producing additive models. The authors study features of the process of finishing prototypes of these models. The research proposes a method to process additive models used abrasive flow processing (abrasive extrusion process). It presents current level of research in the treatment of abrasive flow additive models. The future direction of research is defined.
Keywords: finishing, additive technology, abrasive flow, step surface, 3D-models, investment casting.
При производстве деталей авиационно-космической техники применяется литье по выплавляемым моделям. Существует проблема изготовления мастер-моделей, выплавляемых моделей, выжигаемых моделей. Их изготавливают из парафина, стеарина, церезина. Процесс изготовления моделей является достаточно трудоемким и требует высококвалифицированного ручного труда или применения 5-координатного фрезерования.
Однако прогресс не стоит на месте, и появляются новые технологии, которые позволяют значительно упростить и ускорить процесс подготовки производства. Для получения моделей применяют аддитивные технологии - это производственный процесс добавления, который строит физический прототип компьютерной модели путем присоединения нового слоя с предыдущим слоем. Лазер отверждает фотополимер слой за слоем пошагово, чтобы создать геометрию компьютерной модели. Этот метод производит так называемый step-эффект, показанный на рис. 1.
Этот ступенчатый эффект обусловлен параболической формой, которую отверждают за один проход лазера по поверхности смолы. Этот эффект при использовании необработанной модели будет копироваться на отливку, что приводит к необходимости дополнительной обработки для получения требуемого качества поверхности [1].
В мировой практике приведены исследования финишной обработки аддитивных моделей на плоских образцах и представлены результаты данных исследований [2].
Пескоструйная и гидроабразивная обработка потоком бомбардирует поверхность заготовки абразивными частицами, приводимыми в движение из сопла с использованием сжатого воздуха или воды. Плоские поверхности заготовок были сглажены, однако процесс оказался очень агрессивным, случайным и привел к повреждению краев и углов. Кроме того, ступенька не была полностью удалена [3].
Галтовка, или виброабразивная обработка, осуществляется при помощи горизонтального барабана,
Решетнеескцие чтения. 2015
вращающегося с постоянной скоростью с абразивной средой, смазкой и заготовками внутри. Этот метод был применен, чтобы удалить ступеньки на наклонных поверхностях, но практически не показал результата на горизонтальных или вертикальных поверхностях [3].
Галтовка с применением центробежной нагрузки действует при более высоких скоростях вращения. Увеличение скорости вращения барабана приводит к возникновению больших значений центробежной силы, когда абразивная среда контактирует с заготовкой или когда заготовка контактирует с барабаном. Этот метод очень агрессивен и привел к некоторым повреждениям деталей, таким как зазубрины на ребрах и углах [3].
Обработка абразивным потоком, или абразивно-экструзионная обработка, - это процесс, заключающийся в экструзии вдоль обрабатываемых поверхностей вязкоупругих рабочих сред, наполненных абразивными зернами, который позволил существенно расширить технологические возможности обработки труднодоступных поверхностей сложнопрофильных деталей [4].
Известно, что при этом виде обработки могут быть реализованы все виды контактных процессов, от упругой и пластической деформации до микрорезания [5]. Форма обрабатываемого канала существенно влияет на поток рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке [6]. Исследования влияния формы канала на условия обработки это подтверждают [7].
Американскими исследователями был проведен полнофакторный эксперимент для обработки абразивным потоком прямолинейных прототипов из пластмассы 8Ь5170 в зависимости от параметров давления рабочей среды и зернистости [2]. В результате обработки двумя циклами полностью были удалены Б1ер-эффекты. Величина скорости удаления материала после первого цикла составляет 0,022 31 грамм в минуту. На рис. 2 и 3 представлены снимки поверхности аддитивной модели до и после обработки абразивным потоком.
Рис. 2. Необработанная поверхность аддитивной модели [2]
Исходная шероховатость поверхности Яа = 6,5.. .7,5 мкм была значительно улучшена после одного цикла обработки абразивным потоком. Шероховатость Яа после двух циклов обработки составила 1,27 мкм. На
результаты величины снятия материала влияют зернистость рабочей среды и давление экструзии [2].
Проведенные исследования показали, что возможно использовать обработку абразивным потоком для прототипов, произведенных с помощью аддитивных технологий. Материал не повреждается, уменьшается шероховатость поверхности, удаляется шаговый эффект ^ер-эффект), появляется направленная шероховатость.
Рис. 3. Поверхность аддитивной модели, обработанная абразивным потоком [2]
Обзор российских и зарубежных публикаций не выявил статей, описывающих практическое применение обработки абразивным потоком аддитивных моделей с криволинейными поверхностями.
Задачей дальнейших исследований является планирование и разработка экспериментов по обработке криволинейных поверхностей, получаемых с использованием аддитивных технологий.
Библиографические ссылки
1. Аддитивные технологии в машиностроении / М. А. Зленко, А. А. Попович, И. Н. Мутылина. СПб. : СПбГУ, 2013. 221 с.
2. Abrasive Flow Finishing of Stereolithography Prototypes / R. E. Williams, S. Komaragiri, R. Bishu, V. L. Melton. Rapid Prototyping Journal. Vol. 4, no. 2. P. 56-67.
3. Spencer J. D., Cobb R. C., Dickens P. M. Surface Finishing Techniques for Rapid Prototyping, SME Technical Paper No. PE930168. 1993.
4. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса: монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.
5. Левко В. А. Контактные процессы при абразив-но-экструзионной обработке. Металлообработка. СПб., 2008. № 2. С. 7-10.
6. Исследования влияния формы обрабатываемого канала на течение рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / В. А. Левко, М. А. Лубнин, П. А. Снетков, Е. Б. Пшенко, Д. М. Турилов // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 138-145.
7. Research the influence finishing channel shape to flow media for abrasive flow machining process / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov, E. B Pshenko, D. M. Turilov // Vestnik. Scientific Journal of Siberian
State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev. 2009. № 5 (26). P. 93-99.
References
1. Additivnye tehnologii v mashinostroenii [Additive technologies in machine building]. / M. A. Zlenko, A. A. Popovich, I. N. Mutylina // Sankt-Peterburg, SPbGU, 2013. 221 p.
2. Abrasive Flow Finishing of Stereolithography Prototypes / R. E. Williams, S. Komaragiri, R. Bishu, and V. L. Melton. Rapid Prototyping Journal. vol. 4, no. 2, pp. 56-67.
3. Spencer J. D., Cobb R. C. and Dickens P. M. (1993). Surface Finishing Techniques for Rapid Prototyping, SME Technical Paper No. PE930168.
4. Levko V. A. Abrazivno-extruzionnaya obrabotka: sovremennyi yroven i teoreticheskye osnovy processa: monogr. ; [Abrasive flow machining: modern level and theoretical bases of the process] Sib. gos. aerocosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2007. 228 p.
5. Levko V. A. Kontaktnye processy pri abrazivno-extruzionnoi obrabotke. Metalloobrabotka. [The Contact processes under abrasive flow machining. Metalworking] Sankt-Peterburg, 2008, № 2, p. 7-10.
6. Issledovanya vliyanya formy obrabatyvaemogo kanala na techenie rabochey sredy pri abrazivno-extruzionnoy obrabotke [Research the influence finishing channel shape to flow media for abrasive flow machining process] / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov, E. B Pshenko, D. M. Turilov // Vestnik. Scientific Journal of Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev. 2009. № 4(25). P. 138-145.
7. Research the influence finishing channel shape to flow media for abrasive flow machining process / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov, E. B Pshenko, D. M. Turilov // Vestnik. Scientific Journal of Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev. 2009. № 5(26). P. 93-99.
© Савин Д. И., Левко В. А., 2015
УДК 621.9.048.4
ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ ПОКРЫТИЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПОДАЧИ ВОЗДУХА ПОД ДАВЛЕНИЕМ
В. В. Соловьев, А. В. Козырь
Амурский государственный университет Российская Федерация, 675027, Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21 E-mail: [email protected]
Получение защитных покрытий для работы механизмов в условиях открытого космоса является сложной технической задачей, одним из путей её решения может быть метод электроискрового легирования. Предлагается использовать подачу воздуха под давлением для повышения качества покрытия (снижения шероховатости). Наблюдается снижение температуры при использовании подачи воздуха, что связано с увеличением теплоотвода из зоны разряда. Фиксируется снижение амплитудного тока, что свидетельствует о стабилизации процесса формирования электроискрового покрытия.
Ключевые слова: давление воздуха, электроискровое легирование, шероховатость, тепловизионная съемка.
CHANGES IN THE QUALITY OF ELECTROSPARK PORYTY UNDER THE INFLUENCE PRESSURIZED AIR
V. V. Soloviev, A. V. Kozyr'
Amur State University 21, Ignatyevskoe shosse, Blagoveshchensk, 675027, Russian Federation E-mail: [email protected]
Production of protective coatings for machinery in open space is a difficult technical problem, one of the ways to solve the problem may be the method of electric spark. It is proposed to use the air supply pressure to improve the quality of coverage (reduction of roughness). A decrease in temperature is detected when using air, due to the increase in heat removal from the discharge zone. The reduction of the amplitude of the current is marked; it indicates the stabilization of the process offormation of electric-coating.
Keywords: air pressure, electric spark, seediness, thermographing.
Процесс электроискрового легирования связан с переносом массы анода на катод. Возникающий эрозионный поток частиц состоит из сферических частиц и частиц неправильной формы. Частицы неправиль-
ной формы представляют твердую фазу анодного материала. Твердая фаза плохо закрепляется на поверхности катода и может быть удалена с поверхности при легировании.
