А.М. Зайцев, к.т.н., заместитель технического директора завода по подготовке производства ПАО РКК «Энергия», 

alexey.zaitsev@rsce.ru;

Г.В. Калугин, главный металлург, начальник отдела ПАО РКК «Энергия», grigoriy.kalugin1@rsce.ru;

А.Н. Гудков, инженер-конструктор III категории ПАО РКК «Энергия», andrey.gudkov3@rsce.ru

В статье рассматриваются основные этапы изготовления методом FDM-печати модельной формообразующей оснастки деталей РКТ для создания литейных форм на основе холодно-твердеющих смесей. 

Введение

Для получения деталей методом литья в холодно-­твердеющие смеси используют специальную формообразующую оснастку, изготавливаемую чаще всего из дерева или металла.

Металлические модели и ящики применяют при серийном производстве отливок с повышенным классом точности. Такая оснастка обладает высоким качеством поверхности, точностью и прочностью, что позволяет совершать до 15000 съемов.

Древесина является широко используемым материалом при изготовлении модельных комплектов. Оснастка из такого материала характеризуется малой плотностью и хорошей обрабатываемостью режущими инструментами [1]. Из недостатков деревянной модельной оснастки следует отметить повышенную гигроскопичность, коробление и неоднородность 

структуры.

Однако изготовление металлической или деревянной модельной оснастки при единичном или мелкосерийном литье представляет существенную трудоемкость, которая не обеспечивает сроки создания перспективных изделий РКТ. Для автоматизации процесса, уменьшения цикла изготовления и снижения себестоимости изготовления модельных комплектов применяют технологию FDM-печати. Применение данного метода также обладает высокой точностью и особо эффективно в условиях опытного производства, когда требуется частая корректировка деталей, их заготовок и, соответственно, применяемой модельной 

оснастки [2].

Проектирование модельного комплекта

Модельная формообразующая оснастка состоит из нескольких элементов:

1. Мастер-модель основной детали с учетом формовочных выступов для установки центрального песчаного стержня (рис. 1). Для удобства формовки выступ в верхней полуформе сделан разборным. В модель добавлено центральное отверстие с резьбой для выемки оснастки из песчаной полуформы.

Рис. 1. Мастер-модель отливки

2. Мастер-­модель прибылей (рис. 2). Для удобства формовки и выемки моделей из формы задается угол наклона в 5 градусов.

Рис. 2. Мастер-модель прибылей

3. Ящик для изготовления центрального формообразующего стержня (рис. 3).

 Рис. 3. Комплект стержневого ящика

Изготовление модельного комплекта

В качестве основного материала был выбран пластик PETG (поли-этилентерефталат гликоль). Данный термопласт характеризуется высокой технологичностью при печати, малой усадкой (до 1%), низкой гигроскопичностью. Все детали печатались с помощью FDM-принтеров Bambu Lab X1C. Суммарное время изготовления всех деталей составило 18 ч 53 мин. Время изготовления модельного комплекта из дерева составило бы 28 часов, из металла — 37 часов. Стоимость изготовления модельного комплекта из термопластика составила 6 тыс. руб. Стоимость подобной оснастки из дерева составила бы 16 тыс. руб., из металла — 49 тыс. руб. Основные параметры печати представлены в таблице 1.

Изготовление литейной формы

Литейная форма состоит из двух половин: верхней и нижней. В нижней полуформе находится основная часть отливки и формообразующий стержень. В верхней полуформе располагаются прибыли и верхняя часть песчаного стержня. В данном случае прибыль устанавливается над всей отливкой для предотвращения усадочных дефектов. Для изготовления форм используется кварцевый песок и жидкое стекло (ЖС) в качестве связующего. Для отверждения формы используется продувка углекислотой. Данная технология позволяет получать отливки 7–8 класса точности по ГОСТ 26645-85 с высоким качеством поверхности.

Изготовление литейной формы состоит из следующих этапов:

1. Установка формообразующей оснастки на модельную плиту (рис. 4а). Засыпка формовочной смесью.

2. Кантовка нижней полуформы (рис. 4б). Продувка формы углекислотой с целью отверждения смеси.

3. Установка мастер-­модели стержня и прибылей (рис. 4в). Засыпка верхней формы формовочной смесью.

4. Засыпка верхней формы формовочной смесью (рис. 4г) и продувка углекислотой для отверждения.

5. Разбор формы с целью извлечения мастер-­моделей отливки, стержня и прибылей (рис. 4д).

6. Формовка стержня в формовочном ящике и продувка его углекислотой для отверждения (рис. 4е).

7. Сборка всей формы перед заливкой и установка центрального формообразующего стержня (рис. 4ж).

Рис. 4. Изготовление литейной формы

В качестве материала отливки используется алюминиевый сплав АК9 ГОСТ 1583‑93. После заливки жидкого металла отливку очищают от остатков формы и стержня. Полученные размеры на отливке соответствуют требованиям КД. Видимых литейных дефектов на отливке не обнаружено (рис. 5).

Рис. 5. Отливка из сплава АК9 

Выводы

• Показана возможность изготавливать отливки c заданной точностью с помощью формообразующей оснастки из термопластиков.

• Формообразующая оснастка из термопластика сохраняет свою геометрическую точность до 30 съемов.

• При малой серийности выгоднее применять формообразующую оснастку из термопластов. ■

Литература

1. Изготовление деревянных модельных комплектов в литейном производстве. В.В. Балабин.  3‑е изд.  М.: Высшая школа, 1976 г.  256 с.
2. Н.К. Толочко, А.А. Андрушевич, П.Н. Василевский, П.С. Чугаев. Применение технологии экструзионной 3D-печати в литейном производстве // Литье и металлургия. 2018. № 3. С. 139–144.

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 4-2024