Литейное производство без дефектов. Ученые Пермского Политеха разработали модели для отливки авиадеталей
Детали производственных машин отливаются из стали. Их создание требует высокой точности и качества. Один из ключевых этапов изготовления – затвердевание отливки после ее заливки в форму. Его моделирование и анализ с использованием компьютерных систем позволяет улучшить качество и эффективность производства. Это снижает затраты и ускоряет процесс, поскольку отработка конструкции и ее параметров ведется не на реальных дорогостоящих плавках, а в виртуальном пространстве. Ученые Пермского Политеха разработали и проанализировали модели затвердевания отливок деталей «качалка» и «корпус насоса», которые широко применяются в авиации, чтобы определить оптимальные условия их создания.
Исследование опубликовано в материалах I Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Передовые инженерные школы: материалы, технологии, конструкции».
Низкая стоимость и быстрота компьютерного эксперимента делают процесс моделирования неотъемлемой частью изготовления литых деталей. Отказ от него на этапе проектирования заготовки может повлечь дополнительные расходы на переоснащение производства. Особенно, если литейная технологическая оснастка была сделана только на основе предварительных аналитических расчетов и графического проектирования. Процесс моделирования позволяет заранее оценить возможные браки и выявить зоны образования дефектов в отливках, когда, например, образуются полости или появляются пузырьки.
В литейном производстве есть два понятия – прибыль и припуск. Прибыль – это часть литой заготовки, габариты которой выступают за пределы требуемых размеров. Она нужна, чтобы подпитывать отливку жидким металлическим расплавом в ходе затвердевания. Припуск – это толщина слоя металла, удаляемая с поверхности отливки при ее обработке, чтобы обеспечить нужный размер, форму и параметры шероховатости на поверхности детали. Эти понятия тесно связаны с качеством работы, поэтому требуют внимания. Вычислить их можно при помощи моделирования.
Для создания моделей политехники применяли систему компьютерного моделирования литейных процессов «СКМ ЛП Полигон», в которой задали основные параметры для деталей – температуру сплава, формы и окружающей среды. Свойства сплава и материала устанавливались из базы данных программы.
Ученые ПНИПУ разработали модели двух деталей и получили результаты с выявленными зонами образования усадочных дефектов в теле отливки. Они провели анализ затвердевания деталей «качалка» и «корпус насоса». Первая из них представляет собой элемент управления элеронами – частями крыльев самолета, служащими для поворотов. Вторая – деталь насоса перекачки жидкостей (топливо, реагенты, охлаждающие жидкости), которая тоже применяется в авиации. Разработанные политехниками технологические схемы подходят для изготовления деталей с аналогичными свойствами.
– Первичное моделирование показало, что из-за недостаточности объемов прибылей в теле отливки образовались концентрированные усадочные раковины. Это полости, образующиеся в самых массивных частях, окруженных более тонкими элементами, которые неизбежно привели бы к браку отливки. В связи с этим мы приняли решение об увеличении размеров прибылей на 10% для детали «качалка» и 30% для детали «корпус насоса», что в итоге позволило без труда исключить образование дефектов усадочного характера, – объясняет начальник отдела «Учебный офис» Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения» ПНИПУ Дмитрий Пустовалов.
Ученые Пермского Политеха разработали модель процесса затвердевания отливок стальных деталей самолета. Она позволяет улучшить качество и скорость производства, а также сократить расходы на исправление брака.
От лепёшки к лисе
Ну что, пока в секс-шопе во время праздников не происходит ровным счётом ничего интересного, потому что все кушают шашлыки с двух рук, а третьей уехали на дачу - я делаю погорячее в другом месте. Мой путь от алюминиевой лепёшки до сегодняшнего дня можно прочитать в трёх постах, для ЛЛ - было сложно.
Маленький шаг для всего человечества и лепёшка из алюминия для одного человека
Я у мамы рукожоп. Или продолжение эпопеи с муфельной печью
Тренинг, металлобаза и решаем проблемы печати
Итак, что мы имеем в активе?
Программатор муфельной печи побеждён. Бояться её я перестала и выяснилось, что если написано "температура плавления 660° С", то это нифига не значит что металл захочет литься, если его немножко нагреть до такой температуры. И то, что не каждый металл льётся нормально, даже если его расплавить.
Anycubic Photon Mono 2 тоже побеждён. Принтер решительно отказывался печатать и вместе со службой техподдержки (дистанционно) он был разобран вот этими самыми мозолистыми руками. Потом собран обратно и проверен от и до, проблема оказалась в настройках печати. По ходу пьесы запороты три FEP плёнки, которые пришлось научиться монтировать лёгким движением руки и найдено место, где продаются фильтры-воронки по восхитительно гуманной цене. Потому что на обычный ценник меня давила жаба.
Найдена металлобаза с милейшими людьми, которые готовы продать тебе всё, что женская душа пожелает, если оно из металла. В результате в гараж был куплен и утащен мешок ЦАМа, медь у меня и так была после прошлых экспериментов с гальваникой. Литьевую латунь продали аккурат перед моим визитом и обещали копить ближайшую неделю. Думаю, что врут - продадут при первой же возможности.
Алюминиевую железяку из не литьевого алюминия решено было сдать обратно, или обменять на что-нибудь литьевое. Внутренний еврей с его стонами про "в кулацком хозяйстве всё сгодится" послан и угомонился на обещании на вырученные деньги купить ему FEP плёнок.
Чтобы не тратить ценные денежные ресурсы при экспериментах на не самые бюджетные материалы впустую, решено было обратиться к мудрости предков и узнать, какое гавно и палки использовали они. Так что в экспериментах участвовали:
Смесь для восковок из парафина в компании со стержнем клеевого пистолета.
Гипс обычный и различные присадки к нему, обеспечивающие текучесть и прочность.
Силикон на олове, но тут на кривой козе не объедешь, пришлось купить.
ЦАМ в виде лома, дОбытый на металлобазе.
3D принтер, здесь тоже без вариантов.
Попутно потрачен день на взбороздить воспоминания о 3D моделировании, потому что занималась я этим давно, но главное - база никуда не делась. Так что по-женски берём блендер Blender в руки и быстренько осваиваем. Раньше работала в 3D Max, но почему бы и не перескочить в то, что оказалось под рукой.
До этого слона я ела по частям я посмотрела что получается на каждом этапе по отдельности, теперь было решено собрать всё в одну кучу и пройти весь путь самурая от начала и до конца, добиваясь максимально хорошего результата на каждом промежутке. Для теста была взята готовая модель лисы (ну а кого ещё?), высотой 3 сантиметра и с заковыристым рельефом в виде лап и хвоста. Сбоку, где оборачивается хвост - образуется петля с крайне неудобным рельефом вокруг, передние лапки немного отстоят от туловища и получаются очень миниатюрные полости при заливке. Недозачищенные остатки поддержек были замечены уже постфактум на фото, потому что в реальности оно всё очень мелкое и выглядит гармонично в общем рельефе.
Процесс заливки силиконовой формы даже описывать смысла нет, но всё получилось на отлично. Затем заливаем восковку из самодельной смеси и получаем вполне приличную снаружи копию. Пузырьки на гладкость поверхности не влияли от слова совсем, они все внутри и пофиг. К жопе лисы был изначально пролит внушительный литник, который потом был подрезан до нужного размера и дополнительно припаян выпор.
На этапе отливки гипсовой формы, вдохновившись свежеприобретённым преобразователем гипса СВВ-500, я решила попробовать сделать разъёмную форму. В этот момент рядом настоятельно требуется хороший товарищ, который даст тебе чем-нибудь тяжёлым по голове, или остановит ещё каким-нибудь малогуманным способом. Преобразователь оказался чудо как хорош и обещал как минимум мрамор в финале, но в процессе эксперимента половинки слиплись в монолит и замуровали мастер-лису внутри. От мысли напечатать её снова я отказалась, решив что это путь для слабаков и взяла в руки молоток. Через пять минут лиса оказалась на свободе. Задолбавшись к вечеру в дрова, я залила обычную одноразовую форму на восковке и оставила её сохнуть.
Попутно мой древний, как ископаемое, холодильник призадумался о тяготах гаражной жизни и решил самоубиться. Вдребезги охреневшая к этому моменту от борьбы с приборами и материалами, я быстренько развернула его жопкой к себе и навтыкала отвалившиеся провода обратно.
Наступил день финала эпопеи с заливкой стального ЦАМового лиса и на этом этапе я поспешила с гипсовой формой. Да и вообще тормознула малость. Потому что не факт, что форма была достаточно просушена и очищена от воска. Плюс сразу после заливки ЦАМа меня посетила гениальная мысль - стукнуть слегка формой об пол, чтобы металл пролился ровнее. Так что верхний кусок от неё отвалился, часть металла вылилась и в области хвоста получились наплывы. Но что вышло, то вышло.
Так что считаю, что общий костяк понимания собран воедино и результат меня лично порадовал. Жопка слегка зачищена в местах, где образовались наплывы из-за развалившейся формы, а с проработкой мелких деталей буду решать вопрос уже на нормальных материалах. Высота по прежнему 3 сантиметра, а с момента первого знакомства с муфельной печью прошло около пары месяцев, которые мы вольно округлим до одного. Потому что работоньку тоже работать кому-то нужно.
В посте, написанном месяц назад, были фото той самой алюминиевой лепёшки, с которой всё и начиналось.
Отдельно хочу сказать огромное спасибо всем, кто в комментариях дал советы по тому, как это делается у приличных людей. Всё было законспектировано, сохранено и принимало активное участие в процессе. Спасибо хейтерам, которые плюнули в глаз со словами "хуйнёй мается баба, лишь бы плюсиков набрать". Здесь тот самый момент, когда осознанно берёшься на "слабо" и закусываешься для получения результата.
Это уже скомпилированный результат всего пройденного пути, про почти все промежуточные этапы "по-живому" я писала в телеге. Чисто потому, что иначе весь Пикабу был бы посвящён мне, ненаглядной.
Эксперименты с гипсом
Решил поразвлекаться с гипсом, оказалось увлекательно, большой плюс в возможности отлить почти все что напридумываешь. Использовал скульптурный пластилин для создания фигур. С изготовлением матрицы для совы пришлось конечно подзаморочиться, но думаю того стоило, опыт интересный, ну и отвлечься от деревяшек тоже не плохо