Гибка труб с применением 3D-напечатанного инструмента

Гибка — формообразующая операция обработки давлением, связанная с образованием или изменением углов между частями заготовки или приданием ей криволинейной формы (см. ГОСТ 18970–84). В качестве исходного материала для выполнения операции «гибка» могут выступать трубы, в том числе малого диаметра. Трубы малого диаметра (6–10 мм), изготавливаемые из стали, могут иметь сложную пространственную форму с большим количеством изгибов разных радиусов и углов гибки. Для реализации формообра­зующей операции применяют специализированные трубогибочные автоматы с ЧПУ, оснащенные комплектом металлического инструмента (рис. 1).

 

а) 

б) Рис. 1. Типовой рабочий инструмент для трубогибочного автомата с ЧПУ

 

Заготовки в процессе гибки металлическим инструментом подвергаются значи­тельным нагрузкам, которые приводят к образованию дефектов в виде складок и вмятин (рис. 2) [3]. Изготовление металлического инструмента характеризуется также высокой трудоемкостью и его конечной стоимостью, что в условиях малосерийного производства (100–500 единиц) и большой номенклатуры однотипных изделий приводит к увеличению себестоимости конечного изделия.

 

Рис. 2. Дефект в виде вмятины  от переднего стального прижимаРис. 2. Дефект в виде вмятины от переднего стального прижима

 

Применение трубогибочного инструмента из термопластичных полимерных материалов, как предполагается, будет являться выходом из вышеописанной проблемной ситуации: позволит уменьшить риск образования дефектов (рис. 2), значительно снизить трудоемкость и время изготовления за счет экструзионной технологии 3D-печати термопластичного материала (FFF, Fused Filament Fabrication), более производительной по сравнению с изготовлением оснастки из металла. Данная работа направлена на изучение стойкости формообразующего инструмента из полилактида (PLA) для выполнения формообразующей операции «гибка».

В нашем случае был выбран полилактид PLA фирмы ESUN как обладающий более высокими механическими характеристиками по сравнению с типовым полилактидом PLA, для уточнения которых были выполнены испытания на растяжение образцов, полученных 3D-печатью. Изготовление образцов осуществляли на принтере Raise 3D Pro2 Plus; режим изготовления образцов для проведения испытаний представлен в таблице 1.

 

 

Образцы на растяжение изготавливали согласно ГОСТ 33693–2015 [4] уменьшенного масштаба (тип А12) (рис. 3). Они были испытаны на испытательной установке Tinius Olsen 50ST двухколонного типа с максимальной нагрузкой 50 кН (5000 кгс).

 

Рис. 3. Уменьшенный образец на растяжение,  размеры которого приведены в таблице 2Рис. 3. Уменьшенный образец на растяжение, размеры которого приведены в таблице 2

 

 

Образцы изготавливались двух типов: выращенные горизонтально на рабочей платформе 3D-принтера (0 градусов); выращенные вертикально относительно рабочей платформы 3D-принтера (90 градусов).

Непосредственно перед растяжением образцы подвергали отпуску в следующей последовательности и при следующих условиях:

1. Отпуск образцов в сушильный шкаф до требуемой температуры — 70, 85 и 100 °C.

2. Выдержка образцов при назначенной температуре в течение 20±2 минут.

3. Охлаждение образцов до комнатной температуры (20–25 °C) в сушильном шкафу.

Результаты испытаний на растяжение при комнатной температуре показаны на рис. 4.

 

Рис. 4. Механические характеристики (предел прочности при растяжении, МПа) образцов из полилактида PLA, закаленных при температурах 70, 85 и 100°СРис. 4. Механические характеристики (предел прочности при растяжении, МПа) образцов из полилактида PLA, закаленных при температурах 70, 85 и 100°С

 

Полученные результаты позволили выбрать режим постобработки напечатанного пластика PLA, обеспечивающего наиболее высокие прочностные характеристики и, как следствие, стойкость формообразующего инструмента (рис. 5).

 

Рис. 5. Инструмент из полилактида PLA после его постобработки при температуре 85°С: 

1 – задний прижим, 2 – передний прижим, 3 – ролик

 

Изучение износа формообразующего инструмента для гибки труб малого диаметра показало, что стойкость переднего прижима (рис. 4, поз. 2) как наиболее нагруженного инструмента, изготовленного из полилактида PLA с последующим отпуском, увеличивается на 35–40%.

 

Выводы

 

Выполненные натурные эксперименты показывают пригодность пластика PLA в качестве материала формообразующего инструмента для гибки труб малого диаметра. Выявлены некоторые особенности термопластичного материала:

1. Полученные данные по исследованию свой­ств образцов из полилактида PLA с учетом его постобработки позволили выбрать режим изготовления формообразующего инструмента, обеспечивающий повышение его стойкости на 35–40%.

2. Исследование влияния температуры отпуска образцов из PLA на прочность материала при растяжении позволило установить, что наиболее высокими прочностными свой­ствами обладают образцы, обработанные при 85°C.

3. В целом для обеспечения выпуска малой серии металлических изделий из трубной заготовки может быть изготовлен один комплект формообразующего инструмента для гибки из термопластичного пластика PLA, который обладает достаточной стойкостью для производства партии до 500 изделий. ■

 

Авторы:

И.А. Бурлаков, П.А. Полшков, П.А. Петров, Б.Ю. Сапрыкин

Московский политехнический университет, кафедра «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии», petrov_p@mail.ru

 

 

Литература

Blend Master 25: Один выбор, двой­ное преимущество [электронное издание] URL: https://www.pedrazzoli.it/tt/bend-master‑25–4/

Right and left fully electric CNC tube bender [электронное издание] URL: https://www.amobgroup.com/en/products/fully-­electric-cnc-left-and-right-tube-bender/

Глазков А.В. Технология холодной гибки труб методом продольного раскатывания. Научно-­технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. 2012. С. 133–134.

ГОСТ 33693–2015 (ISO 20753) Пластмассы. Образцы для испытаний. Применяется с 01.01.2017. М.: Издательство стандартов.

 

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 4-2022

 

Теги: 

Гибка труб с применением 3D-напечатанного инструмента, Московский политехнический университет, экструзионной технологии 3D-печати термопластичного материала (FFF, Fused Filament Fabrication), журнал "Аддитивные технологии" № 4-2022

Другие материалы:

 

Внимание!
Принимаем к размещению новости, статьи или пресс-релизы
со ссылками и изображениями. info@additiv-tech.ru