Технология проектирования ресивера ВАЗ

Содержание: Введение 1. Проектирование 3D – детали 2.Моделирование процесса заливки и анализ качества отливок 3. Разработка управляющих программ и изготовление модели из пенополистирола
4.Подготовка пеномодели к заливке; заливка; окончательная мехобработка 4.1.Покрытие пеномодели 4.2.установка и уплотнение пеномодели 4.3.Извлечение и окончательная механообработка полученных Библиографический список
Введение В настоящее время все более востребован­ными становятся системы автоматизирован­ного проектирования в таких отраслях, как авиастроение, автомобилестроение, тяжелое машиностроение, строительство, нефтегазо­вая промышленность, архитектура, произ­водство товаров народного потребления и т.д., в связи с повышением требований к ка­честву изготовляемой продукции, к сокра­щению сроков подготовки производства, снижению себестоимости изделия. Констру­ирование, механическая обработка и литей­ное производство не являются здесь исклю­чением. В машиностроительном производ­стве литьем получают около 60% всех заго­товок с массой отливок от нескольких грам­мов до 300 т. Для изготовления отливок при­меняется множество способов литья: в пес­чаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, по газифицируе­мым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и пр. Для изготовления опытно-экспериментальных образцов лить­ем, как правило, используется дорогостоя­щая оснастка и осуществляются трудоемкие операции, связанные и с процессом подго­товки, и с самой заливкой. Целью данного реферата является ознакомление с применением систем автоматизированного проектирования, расчета и изготовления. Другими словами в данном реферате показано, как и для чего в современном производстве применяются CAD/CAM/CAE системы. Основой реферата являются выдержки из проектной работы Д.М.Кокырла, магистранта Самарского государственного технического университета, вы­полненной на кафедре «Технология машиностроения» под руководством докт. техн. наук, проф. Н.В.Носова. В этом проекте были проведены работы по проектированию и разработке управляющих программ для станков с ЧПУ, по созданию ко­нечно-элементной модели литниковой систе­мы и отливки, по моделированию и анализу качества отливок. Целью данного проекта яв­лялась разработка технологии проектирования и изготовления опытно-экспериментального образца модифицированного ресивера ВАЗ-2123 с помощью программ фирмы Delcam plc на базе САD/САМ/САЕ-систем. Процесс проектирования и изготовления модифицированного ресивера состоит из сле­дующих последовательно выполняемых эта­пов: проектирование детали и заготовки; раз­работка УП и изготовление модели из пенополистирола; покрытие пеномодели; установка и уплотнение пеномодели; заливка пеномодели; извлечение и окончательная обработка заго­товок; моделирование процесса заливки и ана­лиз качества отливок.
1. Проектирование 3D-детали Построение математической модели детали начинается с изучения чертежа детали и тех­нических требований. Желательно также иметь технические требования на заготовку данной детали, что позволит в дальнейшем сократить трудозатраты на построение моде­ли заготовки. В качестве инструмента постро­ения используется САD-система PowerSHAPE фирмы Delcam plc. Доработанная конструкция ресивера (рис. 1) лишена многих конструктивных недо­статков, присущих стандартной детали: исклю­чены конструктивные элементы, создающие завихрения и сопротивление во впускной си­стеме; увеличены поперечные сечения впуск­ных каналов; уменьшена общая длина впуск­ного тракта; как следствие, улучшены процессы смесеобразования в камере сгорания каждого цилиндра. Рис. 1. Доработанная модель детали ресивер ВАЗ-2123 Применение модернизированного ре­сивера позволяет оптими­зировать мощностные ха­рактеристики двигателя в целом. Предложенная кон­струкция является сбор­ной и состоит из крышки (рис. 2), основания (рис. 3), и крепежного элемента, соединяющего ре­сивер с приемной трубой (рис. 4). Рис.2. Крышка ресивера Рис.3. Основание ресивера Рис.4. Крепежный элемент Поскольку по предлагаемой технологии из­готовления предполагается окончательная ме­ханическая обработка, то для достижения тре­буемой точности и качества поверхностей, с учетом усадочных дефектов и различных ли­тейных спаев толщина стенок была увеличе­на — припуск на каждую из поверхностей со­ставляет 6 мм (рис. 5 и 6). Рис. 5 . Заготовка основания ресивера Рис. 6. Заготовка крышки ресивера
2. Моделирование процесса заливки и анализ качества отливок Анализ качества отливок подготовленных 3D-моделей осуществляется в САЕ-модуле «Поли­гон». Моделирование ведется методом конеч­ных элементов, который позволяет использо­вать наиболее адекватные физические и гео­метрические модели. Для создания конечно-элементной модели используется программа Altair HyperMesh. На рис.7 показана конечно-элементная сетка, выполненная для отливки с литниковой системой в целом. Рис. 7. КЭ-сетка, построенная на базе заготовки крышки ресивера с литниковой системой После создания КЭ-модели сетка импорти­руется в систему «Полигон», где возможно моделировать следующие процессы: тепловые процессы при затвердевании, образование усадочных раковин и макропористости, обра­зование микропористости, гидродинамичес­кие процессы при заливке, а также деформационные процессы для прогноза кристаллиза­ционных трещин. Кроме того, этот пакет по­зволяет рассчитывать критерии качества для прогноза структуры, ликвации, механических свойств и т.п. Базовые модели (затвердевание, усадка и др.), основываясь на реальной физи­ке процессов, максимально универсальны по сплавам и способам литья. При помощи автоматизированной системы моделирования литейных процессов «Поли­гон» был смоделирован процесс заполнения полости формы расплавом. Анализ его ре­зультатов показывает, что данная литниковая система обеспечивает ламинарное полное за­полнение расплавом полости формы при ми­нимальных потерях температур, а это способ­ствует свободному удалению продуктов дест­рукции пенополистирола от фронта заполне­ния металлом. Кроме того, данная литниковая система позволяет избежать захвата и замешивания газов и неметаллических включений при заливке расплава, что, в свою очередь, предотвращает возникновение дефектов при заливке, таких как газовая пористость, неспаи и т.п.
3.Разработка управляющих программ и изготовление модели из пенополистирола. Обработка формообразующих поверхностей частей ресивера осуществляется в пакете PowerMILL фирмы Delcam plc, разработанном специально для тех предприятий, которые специализируются на выпуске продукции со сложными формообразующими поверхностями. Эффективные алгоритмы расчета позволяют быстро проанализировать различные стратегии как черновой, так и чистовой обработки изделия, выбрать оптимальную технологию, визуа­лизировать весь процесс обработки на экране, убедиться в отсутствии зарезаний и столкнове­ний цанги с заготовкой и только после этого приступать к реальной обработке изделия на станке. Все это дает возможность достичь зна­чительной экономии станочного времени и сократить затраты дорогостоящих материалов. Функции редактирования полученных траекторий движения инструмента и огра­ничения областей обработки по выбранной стратегии позволяют добиться значительной экономии машинного времени при прог­раммировании обработки однотипных изде­лий, изделий с повторяющимися или сим­метричными фрагментами.
В качестве заготовки для получения фор­мообразующей части каждой из частей реси­вера используется пеноблок размерами 420x420x150 мм. В дальнейшем, после за­вершения всех этапов обработки пеноблока, ненужный слой срезается согласно програм­ме (если имеется возможность установки и закрепления) или вручную.
Обрабатываемым материалом является вспененный полистирол, поэтому режимы ре­зания подбираются экспериментально. Слож­ность здесь заключается в том, что при боль­ших скоростях и подачах происходит вырыва­ние гранул пенополистирола. Таким образом, с целью получения более точной и правильной формообразующей части все режимы резания оптимизированы с учетом типа и размера ин­струмента, плотности пеноблока и размеров пеногранул. В связи с этим следует отметить, что для изготовления пеномодели и получения качественной отливки нельзя использовать пеногранулы старше 24 часов. На рис. 8 показана траектория движения инструмента при черновой обработке пенобло­ка «крышка». Рис. 8. Черновая обработка пеноблока «крышка»: первый установ Перед обработкой в пеноблоке оператор, руководствуясь маршрутно-операционной картой, предварительно просверли­вает два штифтовых отверстия для последу­ющего точного установа заготовки. Далее заготовка переворачивается и бази­руется по ранее просверленным штифтовым отверстиям. На рис. 9 даны траектории дви­жения инструмента при черновой обработке. Рис. 9. Черновая обработка пеноблока «крышка»: второй установ Окончательный вид пеномодели с наружной и тыльной сторон после обработки представлен на рис. 10 и 11. Рис. 10. Готовая пеномодель «крышка» с наружной стороны Рис. 11. Готовая пеномодель «крышка»: с тыльной стороны На рис. 12 и 13 показаны траектории дви­жения инструмента при черновой и чистовой обработке пеноблока «основание», а на рис. 14 изображен окончательный вид обрабо­танной внутренней стороны пеноблока «осно­вание». Рис. 12. Черновая обработка пеноблока «основание»: первый установ Рис. 13. Чистовая обработка пеноблока «основание»: первый установ Рис. 14. Пеномодель «основание» с внутренней стороны после первого установа Затем заготовка переворачивается и бази­руется по ранее просверленным штифтовым отверстиям. На рис. 15 и 16 показаны траек­тории движения инструмента при черновой и чистовой обработке соответственно, а окон-чательный вид пеноблока «основание» пос­ле обработки представлен на рис. 17. Рис. 15. Черновая обработка пеноблока «основание»: второй установ Рис. 16. Чистовая обработка пеноблока «основание»: второй установ Рис. 17. Готовая пеномодель «основание» Далее с полученной пеномодели вручную срезают лишний слой пенополистирола.
4.Подготовка пеномодели к заливке; заливка; окончательная мехобработка 4.1 Покрытие пеномодели Покрытие пеномодели выполняет разные фун­кции: во-первых, оно придает пеномодели же­сткость, а во-вторых, покрытие предотвраща­ет соприкосновение металла и песка, что обес­печивает высокое качество поверхности. Кро­ме того, покрытие также предотвращает обвал песка вокруг пеномодели во время термодес­трукции пенополистирола. В состав покрытия входят жаростойкий порошок, дисперсное средство, средство суспензии, связывающее средство и тиксотроп. После обработки покрытием кластер (пеномодель с литниковой системой) сохнет в печи при температуре 50-60 °С, причем более высокие температуры дают нежелательную усадку. Следует отметить, что влажность, воздушное течение, время просушивания и температура сушки являются самыми глав­ными параметрами в данном процессе. Фор­ма считается сухой, когда ее вес перестает уменьшаться. 4.2 Установка и уплотнение пеномодели После нанесения покрытия и сушки пеномодель с литниковой системой устанавливают в опоку и засыпают песком, который служит для поддержки покрытия и пеномодели. Во время наполнения песок уплотняется по­средством вибрации в горизонтальном, вер­тикальном и смешанном направлениях та­ким образом, чтобы все полости пеномоде­ли заполнились. Использование несвязанно­го песка выгодно тем, что отлитый продукт можно легко извлечь из опоки, а песок лег­ко удаляется из внутренних полостей про­дукта. Наполнение опоки песком происходит сле­дующим образом: • насыпают небольшое количество песка на дно опоки; • ставят форму в опоку; • засыпают тонкими слоями песок в опоку с одновременной его вибрацией; • продолжают уплотнение песка до желатель­ной плотности; • повторяют два предыдущих действия до полного окружения кластера песком и полу­чения желаемой плотности песка. После окружения пеномодели песком начи­нается литье. Процесс литья, место и форма ствола для литья являются главными факто­рами качества конечного продукта. Кроме того, следует учитывать такие параметры, как плотность и форма пеномодели, сорт и плот­ность песка и исчезновение газов. 4.3 Извлечение и окончательная механообработка полученных заготовок После литья продукт охлаждается в опоке. Песок от охлажденного изделия отделяется легко, и затем его можно использовать сно­ва. Очистка песка почти не нужна, потому что покрытие лежит на продукте подобно скорлу­пе и опадает даже при прикосновении. Литни­ковая система отделяется, а заготовка готова к обработке. Обработка заготовки по технологии ЛГМ (литье по газифицируемым моделям) — са­мая минимальная и заключается в основном в чистовой обработке контактирующих по­верхностей, но поскольку в основе заливае­мой формы лежит пеномодель, обработанная на станке с ЧПУ, то грубое и шершавое каче­ство получаемой поверхности соответствует качеству обработанной пенополистирольной модели. На рис. 18 и 19 показаны траектории дви­жения инструмента при обработке внутренних и наружных поверхностей детали «крыш­ка». Рис. 18. Траектория движения инструмента при обработке внутренних поверхностей крышки ресивера Рис. 19. Траектория движения инструмента при обработке наружных поверхностей крышки ресивера Окончательный вид обработанной дета­ли представлен на рис. 20. Рис. 20. Готовая крышка ресивера ВАЗ-2123 На рис. 21 даны траектории движения инструмента при обработ­ке детали «основание». Далее заготовка переворачивается; на рис. 22 представлены тра­ектории движения инструмента. Рис. 21. Траектория движения инструмента при обработке основания ресивера: первый установ Рис. 22. Траектория движения инструмента при обработке основания ресивера: второй установ Оконча­тельный вид обработанной детали «основа­ние» — на рис. 23. Рис. 23. Готовое основание ресивера ВАЗ-2123
Заключение В данном проекте был разработан и про­анализирован новый технологический процесс изготовления опытно-эксперименталь­ного образца модифицированного ресивера ВАЗ-2123 с помощью обработки пеномодели на станках с ЧПУ с использованием САD/ САМ/САЕ-систем. Как показали расчеты и исследования, эта технология имеет целый ряд преимуществ: не требуется применение дорогостоящей технологической оснастки, существенно снижена трудоемкость изго­товления пеномодели. Кроме того, были продемонстрированы уникальные возмож­ности программ PowerSHAPE, PowerMILL фирмы Delcam plc.
Таким образом можно сказать, что системы автоматического проектирования, расчета и изготовления занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции, повышая, тем самым, ее конкурентоспособность.
Библиографический список 1. САПР и графика [Текст]: информ.-аналит. журн. / учредитель ООО «Компьютер Пресс». июль/2006