Помощь студентам в учебе
Исследование структуры и свойств отливок, полученных методом литья по выжигаемым моделям
|
Введение 4
1 Литературно-патентный обзор технологии литья по выжигаемым моделям 6
1.1 Литературный обзор технологии литья по выжигаемым моделям . 7
1.2 Патентный обзор технологии литья по выжигаемым моделям 10
2 Оборудование, используемое при отработке технологии литья по выжигаемым моделям 15
2.1 Оборудование для печати по FDM-технологии 15
2.2 Оборудование для подготовки образцов 16
2.3 Оборудование для анализа химического состава 18
2.4 Оборудование для испытаний на растяжение 19
2.5 Оборудование для испытаний на ударную вязкость 21
2.6 Оборудование для исследования микроструктуры 22
2.7 Оборудование для нагрева и термообработки черных металлов .. 23
2.7.1 Печь камерного типа ПКМ 12.22.7/11М 23
2.7.2 Электропечь сопротивления СНО 3.6.2/10И2 26
3 Материалы, используемые при отработке технологии литья по выжигаемым моделям 28
3.1 Нелегированная литейная сталь 35Л 28
3.2 Расходные материалы для печати по FDM-технологии 30
4 Технология производства отливок из стали 35Л методом литья по выжигаемым моделям 33
4.1 Проектирование 3Р-моделей отливок в SolidWorks 33
4.2 Изготовление моделей отливок по FDM-технологии 34
4.2.1 Недостатки 3/)-печати по FDM-технологии 35
4.2.2 Выбор материала для печати по FDM-технологии 36
4.3 Изготовление моделей ЛПС из легкоплавкой смеси 37
4.4 Сборка модельных блоков 39
4.5 Технология изготовления керамических форм 40
3.5.1 Подготовка кварцевого песка 40
3.5.2 Приготовление суспензии 41
3.5.3 Изготовление керамических форм 42
3.5.4 Контроль качества керамических форм 43
3.5.5 Выжигание полимерных моделей из керамических форм.. 44
4.6 Процесс литья стали 35Л, контроль качества, термическая и механическая обработка отливок 45
4.6.1 Заливка форм, выбивка, очистка отливок 45
4.6.2 Визуальный контроль качества отливок 48
4.6.3 Механическая и термическая обработка отливок 50
4.7 Анализ химического состава образцов из стали 35Л 52
4.8 Определение механических свойств стали 35Л 53
4.8.1 Подготовка стальных образцов для механических испытаний 53
4.8.2 Определение механических свойств стали 35Л 55
4.9 Анализ микроструктуры стали 35Л 58
4.9.1 Подготовка микрошлифа для исследования микроструктуры стали 35Л 58
4.9.2 Получение изображений микроструктуры поверхности стали 35Л 58
Заключение 60
Список сокращений и условных обозначений 62
Список литературы 63
Приложения
1 Литературно-патентный обзор технологии литья по выжигаемым моделям 6
1.1 Литературный обзор технологии литья по выжигаемым моделям . 7
1.2 Патентный обзор технологии литья по выжигаемым моделям 10
2 Оборудование, используемое при отработке технологии литья по выжигаемым моделям 15
2.1 Оборудование для печати по FDM-технологии 15
2.2 Оборудование для подготовки образцов 16
2.3 Оборудование для анализа химического состава 18
2.4 Оборудование для испытаний на растяжение 19
2.5 Оборудование для испытаний на ударную вязкость 21
2.6 Оборудование для исследования микроструктуры 22
2.7 Оборудование для нагрева и термообработки черных металлов .. 23
2.7.1 Печь камерного типа ПКМ 12.22.7/11М 23
2.7.2 Электропечь сопротивления СНО 3.6.2/10И2 26
3 Материалы, используемые при отработке технологии литья по выжигаемым моделям 28
3.1 Нелегированная литейная сталь 35Л 28
3.2 Расходные материалы для печати по FDM-технологии 30
4 Технология производства отливок из стали 35Л методом литья по выжигаемым моделям 33
4.1 Проектирование 3Р-моделей отливок в SolidWorks 33
4.2 Изготовление моделей отливок по FDM-технологии 34
4.2.1 Недостатки 3/)-печати по FDM-технологии 35
4.2.2 Выбор материала для печати по FDM-технологии 36
4.3 Изготовление моделей ЛПС из легкоплавкой смеси 37
4.4 Сборка модельных блоков 39
4.5 Технология изготовления керамических форм 40
3.5.1 Подготовка кварцевого песка 40
3.5.2 Приготовление суспензии 41
3.5.3 Изготовление керамических форм 42
3.5.4 Контроль качества керамических форм 43
3.5.5 Выжигание полимерных моделей из керамических форм.. 44
4.6 Процесс литья стали 35Л, контроль качества, термическая и механическая обработка отливок 45
4.6.1 Заливка форм, выбивка, очистка отливок 45
4.6.2 Визуальный контроль качества отливок 48
4.6.3 Механическая и термическая обработка отливок 50
4.7 Анализ химического состава образцов из стали 35Л 52
4.8 Определение механических свойств стали 35Л 53
4.8.1 Подготовка стальных образцов для механических испытаний 53
4.8.2 Определение механических свойств стали 35Л 55
4.9 Анализ микроструктуры стали 35Л 58
4.9.1 Подготовка микрошлифа для исследования микроструктуры стали 35Л 58
4.9.2 Получение изображений микроструктуры поверхности стали 35Л 58
Заключение 60
Список сокращений и условных обозначений 62
Список литературы 63
Приложения
Литье по выжигаемым моделям [1] - одна из разновидностей точного литья. Технология применяется при изготовлении ответственных деталей в наукоемких отраслях промышленности (авиакосмической, судостроительной, оборонной, автомобильной и прочее). Внедрение аддитивных технологий на литейном пред-приятии позволяет в значительной мере оптимизировать производственный процесс.
Технологический процесс литья по выжигаемым моделям схож с другой технологией точного литья - литьем по выплавляемым моделям [1], однако обладает рядом преимуществ, а именно: оперативностью получения изделия, общей экономией времени реализации проекта, а также в некоторых случаях снижением затрат на энергию и материалы.
3Р-принтер [2] воспроизводит практически любые формы и конфигурации, что невыполнимо при традиционном литье. Модели, которые созданы для литья по выжигаемым моделям аддитивными методами, могут быть гораздо тоньше, чем стандартно производимые в пресс-формах [3] из легкоплавкого модельного состава.
Применение аддитивных технологий в производстве экономически целесообразно за счет снижения затрат на изготовление продукции и рабочую силу, а также за счет уменьшения время производства.
Актуальностью работы связана с тем, что комбинированной технологии литья, сочетающая в себе изготовление выжигаемых моделей отливок по FDM- технологии с изготовлением элементов ЛПС из легкоплавкой смеси, в условиях единичного и мелкосерийного производства на предприятиях имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологией производства, а именно:
- отсутствие необходимости изготовления дорогостоящей оснастки;
- снижение себестоимости изделий;
- возможность изготовления сложных по конфигурации отливок.
Целью магистерской диссертации является разработка комбинированной технологии литья с применением выжигаемых моделей отливок, изготовленных по FDM-технологии, и выплавляемых моделей литниково-питающей системы, изготовленных по традиционной технологии в пресс-формах.
Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи:
- провести литературно-патентный обзор по данной теме [4];
- выбрать материал, наиболее подходящий для изготовления выжигаемых моделей по FDMтехнологии [5];
- отработать технологию изготовления моделей ЛПС из легкоплавкой смеси;
- отработать технологию изготовления керамических форм;
- изготовить опытную партию стальных отливок,
- изучить химический состав и механические свойства, исследовать микро-структуру полученных отливок.
Технологический процесс литья по выжигаемым моделям схож с другой технологией точного литья - литьем по выплавляемым моделям [1], однако обладает рядом преимуществ, а именно: оперативностью получения изделия, общей экономией времени реализации проекта, а также в некоторых случаях снижением затрат на энергию и материалы.
3Р-принтер [2] воспроизводит практически любые формы и конфигурации, что невыполнимо при традиционном литье. Модели, которые созданы для литья по выжигаемым моделям аддитивными методами, могут быть гораздо тоньше, чем стандартно производимые в пресс-формах [3] из легкоплавкого модельного состава.
Применение аддитивных технологий в производстве экономически целесообразно за счет снижения затрат на изготовление продукции и рабочую силу, а также за счет уменьшения время производства.
Актуальностью работы связана с тем, что комбинированной технологии литья, сочетающая в себе изготовление выжигаемых моделей отливок по FDM- технологии с изготовлением элементов ЛПС из легкоплавкой смеси, в условиях единичного и мелкосерийного производства на предприятиях имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологией производства, а именно:
- отсутствие необходимости изготовления дорогостоящей оснастки;
- снижение себестоимости изделий;
- возможность изготовления сложных по конфигурации отливок.
Целью магистерской диссертации является разработка комбинированной технологии литья с применением выжигаемых моделей отливок, изготовленных по FDM-технологии, и выплавляемых моделей литниково-питающей системы, изготовленных по традиционной технологии в пресс-формах.
Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи:
- провести литературно-патентный обзор по данной теме [4];
- выбрать материал, наиболее подходящий для изготовления выжигаемых моделей по FDMтехнологии [5];
- отработать технологию изготовления моделей ЛПС из легкоплавкой смеси;
- отработать технологию изготовления керамических форм;
- изготовить опытную партию стальных отливок,
- изучить химический состав и механические свойства, исследовать микро-структуру полученных отливок.
Для оценки уровня и тенденций технического развития литейного производства осуществлен литературно-патентный поиск. моделей и перспективных изобретений, внедрение которых в производство возможно в будущем.
Рассмотрены некоторые полезные модели и перспективные изобретения, внедрение которых в производство возможно в будущем.
Проведены испытания по определению зольности материалов для печати выжигаемых моделей по /-7 Z /-технологии.
По результатам испытаний сделан вывод, что АБС лучше подходит для печати выжигаемых моделей по /-/7/-технологии, чем ПЛА, так как обладает меньшей массой продуктов сгорания.
Выявлено, что существенное влияние на качество стальных отливок при литье по выжигаемым моделям оказывают:
- способ и качество удаления расплавленной массы полимеров, а также продуктов сгорания из полости формы;
- температура выдержки керамических форм в камере прокалочной печи;
- время выдержки керамических форм в печи, при вышеуказанной температуре.
Отработана технология изготовления моделей ЛПС из легкоплавкой смеси парафина и стеарина.
Отработана технология изготовления керамических форм.
В результате работы получены отливки из стали 35Л.
Результаты, полученные в ходе механических испытаний стали 35Л:
- предел текучести а0,2 = 279,0 Мпа;
- предел прочности &В = 495,0 МПа;
- относительное удлинение 65 = 16,0 %;
- относительное сужение ф = 26,0 %;
- ударная вязкость KCU = 35,1 Дж/см2.
Полученные результаты при механических испытаниях стальных образцов соответствуют требованиям ГОСТ 977-1988 [16].
В результате химического анализа стали 35Л, выявлено, что ее химический состав соответствует требованиям ГОСТ 977-1988 [16].
Проведен микроструктурный анализ стали 35Л после нормализации при 860 °С и отпуска при 630 °С, в результате которого выявлено, что сталь 35Л имеет фиррито-перлитную структуру, соотношение перлита к ферриту 40 к 60 %
Таким образом, можно сделать вывод, что цель, определенная в магистерской диссертации, достигнута, были решены все поставленные задачи.
Рассмотрены некоторые полезные модели и перспективные изобретения, внедрение которых в производство возможно в будущем.
Проведены испытания по определению зольности материалов для печати выжигаемых моделей по /-7 Z /-технологии.
По результатам испытаний сделан вывод, что АБС лучше подходит для печати выжигаемых моделей по /-/7/-технологии, чем ПЛА, так как обладает меньшей массой продуктов сгорания.
Выявлено, что существенное влияние на качество стальных отливок при литье по выжигаемым моделям оказывают:
- способ и качество удаления расплавленной массы полимеров, а также продуктов сгорания из полости формы;
- температура выдержки керамических форм в камере прокалочной печи;
- время выдержки керамических форм в печи, при вышеуказанной температуре.
Отработана технология изготовления моделей ЛПС из легкоплавкой смеси парафина и стеарина.
Отработана технология изготовления керамических форм.
В результате работы получены отливки из стали 35Л.
Результаты, полученные в ходе механических испытаний стали 35Л:
- предел текучести а0,2 = 279,0 Мпа;
- предел прочности &В = 495,0 МПа;
- относительное удлинение 65 = 16,0 %;
- относительное сужение ф = 26,0 %;
- ударная вязкость KCU = 35,1 Дж/см2.
Полученные результаты при механических испытаниях стальных образцов соответствуют требованиям ГОСТ 977-1988 [16].
В результате химического анализа стали 35Л, выявлено, что ее химический состав соответствует требованиям ГОСТ 977-1988 [16].
Проведен микроструктурный анализ стали 35Л после нормализации при 860 °С и отпуска при 630 °С, в результате которого выявлено, что сталь 35Л имеет фиррито-перлитную структуру, соотношение перлита к ферриту 40 к 60 %
Таким образом, можно сделать вывод, что цель, определенная в магистерской диссертации, достигнута, были решены все поставленные задачи.