ПОЛУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ КАНАЛОВ КОНФОРМНОГО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ (SLM)

Ключевые слова: конформное охлаждение, аддитивные технологии, термостатирование пресс-форм, «Moldflow Insight».

В последнее время большое распространение получили системы охлаждения пресс-форм, которые называются конформными системами. Они отличаются от традиционных систем термостатирования тем, что охлаждающие каналы расположены на одинаковом расстоянии от формообразующих поверхностей, имеющих сложную геометрию (эквидистантное расположение).

Для примера рассмотрим получение отливки детали «Колпак» с применением различных каналов охлаждения. Ниже представлены результаты анализа охлаждения отливки, проведенного в программе «MoldflowInsight».

В качестве первой системы термостатирования будем использовать традиционную систему, которая представляет собой сформированный в один контур прямо просверленными каналами. Такой вариант не позволяет обеспечить отвод тепла изнутри.

Проверим перепад температур в разных точках сечения отливки. По завершению анализа получается, что разница температур на поверхности отливки находится в пределах от 92˚С до 190˚С (рис.1). Время на охлаждение − 90с. Такой разрыв температур приводит к несоответствию размеров в следствии коробления отливки.

Вторая система охлаждения представлена из двенадцати одинаковых фрагментов, повторяющих геометрию пуансона и соединена в последовательный контур. В данном решении каналы равномерно расположены по отношению к отливке (конформная система).

Результат анализа показал, что распределение температур находится в пределах от 95˚С до 100˚С. Благодаря применению новой конструкции большие перепады температуры не наблюдаются, а значит, остывание отливки происходит более равномерно. Кроме того, время на охлаждение после выдержки сократилось до 36 с (рис. 2).

Сокращение времени охлаждения всего на одну или две секунды может привести к увеличению производительностипресс-формы на 10-20 % [4]. Это оказывает непосредственное влияние на экономическую эффективность производственного процесса.

Применение данного конструктивного решения позволяет снизить не только величину коробления отливки, связанную с неравномерным остыванием, но и время литьевого цикла. Учитывая то, что 80% времени цикла затрачивается на охлаждение, а ресурс пресс-форм может достигать более одного миллиона отливок, такой технологический параметр является не менее значимым. Поэтому, необходимо стремиться к его уменьшению.

Еще одним достоинством новой технологии является определенная свобода в действии конструкторов. Такая система позволяет быть более гибкими при расположении толкателей, крепежных винтов и других элементов пресс-форм (рис. 3).

Рисунок 3. Система каналов, расположенная в обход знаков и толкателей пресс-формы

Применяя традиционные способы изготовления, невозможно или очень сложно выполнить подобные контуры каналов. Для преодоления технологических ограничений и повышения сроков проектирования в последнее время мировыми лидерами машиностроения интенсивно используются аддитивные технологии [1]. Создание литейных форм с применением послойного наращивания позволяет обойти ограничения традиционных технологий и уменьшить технологическую цепочку.

Рассмотрим подробнее одну из аддитивных методик применяемых в изготовлении пресс-форм: Selective Laser Melting (SLM) — селективное лазерное плавление.

По такой технологии слои металлического порошка сплавляются в среде инертного газа в однородное изделие [2]. Металлический порошок разравнивается ракелем по рабочему месту, после этого контур будущей детали сплавляется сверхмощным импульсным лазером.

Стандартные технологические процессы на производстве предусматривают отсечение всего лишнего материала от обрабатываемой заготовки (субтрактивные технологии), но аддитивный метод (SLM) направлен на выращивании изделия с нуля (Рис. 4). Это позволяетсоздавать практически законченную деталь с минимальным количеством отходов, давая возможность намного уменьшить время, затрачиваемое на обработку.

Возможностями 3D-печати удается достигнуть очень мелкой зернистой структуры, создавать изделия высокой точности и в короткий срок [3]. Каждый напечатанный слой имеет толщину 15-100 микрон, а твердость сравнима с прокатом и может достигать до 72 HRC. В данной ситуации традиционные технологии остаются далеко позади.

Перечень металлических материалов, применяемых в 3D-печати, довольно обширен. На данный момент используется 15-20 различных марок, которые протестированы и готовы к применению, в том числе мартенситностареющие, конструкционные стали, титановые, кобальтохромовые и алюминиевые сплавы. Тем не менее, этим списком материалов печать деталей не ограничивается. При необходимости, предприятие может внедритьвпроизводствосвой уникальный сплав. Все, что потребуется – это обучить технолога, который в дальнейшем будет задавать режимы работы принтера под выбранные сплавы для печати.

Список литературы:

1. Меренков К.С. Аддитивные установки печати металлами: преимущества и примеры внедрения [Электронный ресурс] / К. С. Меренков//iQBTechnologies: блог сайта компании. – Режим доступа: http://blog.iqb-tech.ru/3d-metal-fabrication(дата обращения: 07.02.2019).
2. ЛарссенЯ. Аддитивное и гибридное производство с применением 3D-печати / Я. Ларссен// Машиностроение и смежные отрасли. –2015. – № 3 (95). – С.26–28.
3. Зленко М. А. Аддитивные технологии в машиностроении: пособие для инженеров / М. А. Зленко, М. В. Нагайцев, В. М. Довбыш. – М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. – 220 с.
4. КурносовВ. В.Компьютерный анализ процесса литья под давлением при проектировании изделий из пластмасс /В. В. Курносов, Э. Б. Мулдакашева //Вестник технологического университета. – 2015. – Т.18, №7. – С.243–246.