О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки

Использование литейной оснастки, полученной с помощью технологий быстрого прототипирования (Rapid Prototyping), а также из материалов, которые они применяют, обеспечит быстрое получение качественных оливок как по плотности, так и по размерной точности за счет возможности регулирования условий проц...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автор:	Тринева, Т.Л.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2009
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Новые методы и прогрессивные технологии литья
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114634
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки / Т.Л. Тринева // Процессы литья. — 2009. — № 2. — С. 50-55. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-114634
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1146342025-02-09T09:40:38Z О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки Тринева, Т.Л. Новые методы и прогрессивные технологии литья Использование литейной оснастки, полученной с помощью технологий быстрого прототипирования (Rapid Prototyping), а также из материалов, которые они применяют, обеспечит быстрое получение качественных оливок как по плотности, так и по размерной точности за счет возможности регулирования условий процесса затвердевания отливок. Приведенные результаты замеров микротвердости композитных материалов показали, что изделия из КМFe-Cr по термостойкости при циклических нагрузках можно использовать для изделий, работающих в условиях повышенного износа с незначительным нагревом поверхности, например, для пресс-форм термопластавтоматов или для кокилей, применяемых в единичном производстве оливок из алюминиевых сплавов. Використання ливарного оснащення, одержаного за допомогою технологій швидкого прототипування (Rapid Prototyping), а також з матеріалів, котрі вони застосовують, забезпечить швидке отримання якісних виливків як по щільності, так і по розмірній точності за рахунок здатності регулювання умов процесу твердіння виливків. Наведені результати замірів мікротвердості композитних матеріалів показали, що вироби із КМFe-Cr по термостійкості при циклічних навантаженнях можно пропонувати для деталей, що працюють в умовах підвищенного ізносу з незначним нагрівом поверхні, наприклад, для прес-форм термопластавтоматів або для кокілів, які застосовуються у разовому виробництві виливків із алюмінієвих сплавів. Use the foundry rig, got by means of technology quick prototypirovanieay (Rapid Proto-typing), as well as from material, which they use provide the quick reception qualitative both on density, and on dimensioned accuracy to account of the possibility of the regulation of the conditions of the process of hard casting. The broughted results measure microhard KM studies have shown that products from KMFe-Cr on steadfast under round-robin load possible to use for product, which work in condition of the raised wear-out with flesh heating to surfaces, for instance, for dies termoplastavtomat or for coceles, applicable in single production casting from aluminum alloy. 2009 Article О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки / Т.Л. Тринева // Процессы литья. — 2009. — № 2. — С. 50-55. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114634 621.746.6 ru Процессы литья application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья
spellingShingle	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Тринева, Т.Л. О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки Процессы литья
description	Использование литейной оснастки, полученной с помощью технологий быстрого прототипирования (Rapid Prototyping), а также из материалов, которые они применяют, обеспечит быстрое получение качественных оливок как по плотности, так и по размерной точности за счет возможности регулирования условий процесса затвердевания отливок. Приведенные результаты замеров микротвердости композитных материалов показали, что изделия из КМFe-Cr по термостойкости при циклических нагрузках можно использовать для изделий, работающих в условиях повышенного износа с незначительным нагревом поверхности, например, для пресс-форм термопластавтоматов или для кокилей, применяемых в единичном производстве оливок из алюминиевых сплавов.
format	Article
author	Тринева, Т.Л.
author_facet	Тринева, Т.Л.
author_sort	Тринева, Т.Л.
title	О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки
title_short	О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки
title_full	О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки
title_fullStr	О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки
title_full_unstemmed	О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки
title_sort	о целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Новые методы и прогрессивные технологии литья
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114634
citation_txt	О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки / Т.Л. Тринева // Процессы литья. — 2009. — № 2. — С. 50-55. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT trinevatl ocelesoobraznostiprimeneniâmaterialovispolʹzuemyhtehnologiâmibystrogoprototipirovaniâvproizvodstvelitejnojosnastki
first_indexed	2025-11-25T10:02:49Z
last_indexed	2025-11-25T10:02:49Z
_version_	1849756203061608448
fulltext	50 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 УДК 621.746.6 Т. Л. Тринева ЗАО «Верификационные модели», Харьков О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЯМИ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ Использование литейной оснастки, полученной с помощью технологий быстрого прототи- пирования (Rapid Prototyping), а также из материалов, которые они применяют, обеспечит быстрое получение качественных оливок как по плотности, так и по размерной точности за счет возможности регулирования условий процесса затвердевания отливок. Приведенные результаты замеров микротвердости композитных материалов показали, что изделия из КМ Fe-Cr по термостойкости при циклических нагрузках можно использовать для изделий, работающих в условиях повышенного износа с незначительным нагревом поверхности, на- пример, для пресс-форм термопластавтоматов или для кокилей, применяемых в единичном производстве оливок из алюминиевых сплавов. Використання ливарного оснащення, одержаного за допомогою технологій швидкого прототи- пування (Rapid Prototyping), а також з матеріалів, котрі вони застосовують, забезпечить швидке отримання якісних виливків як по щільності, так і по розмірній точності за рахунок здатності регулювання умов процесу твердіння виливків. Наведені результати замірів мікротвердості композитних матеріалів показали, що вироби із КМ Fe-Cr по термостійкості при циклічних на- вантаженнях можно пропонувати для деталей, що працюють в умовах підвищенного ізносу з незначним нагрівом поверхні, наприклад, для прес-форм термопластавтоматів або для кокілів, які застосовуються у разовому виробництві виливків із алюмінієвих сплавів. Use the foundry rig, got by means of technology quick prototypirovanieay (Rapid Proto-typing), as well as from material, which they use provide the quick reception qualitative both on density, and on dimensioned accuracy to account of the possibility of the regulation of the conditions of the process of hard casting. The broughted results measure microhard KM studies have shown that products from KM Fe-Cr on steadfast under round-robin load possible to use for product, which work in condition of the raised wear-out with flesh heating to surfaces, for instance, for dies termoplastavtomat or for coceles, applicable in single production casting from aluminum alloy. Ключевые слова: технология быстрого прототипирования (Rapid Prototyping), 3D модели, стол построения установки, композитные материалы (КМ), метод стереолитографии, метод селективного лазерного спекания. Одной из главных задач литейного производства в настоящее время в Украине является внедрение прогрессивных технологических процессов, а также современных материалов, обеспечивающих производство изделий высокого качества. Проблема выпуска качественных отливок как по плотности и качеству поверхностей, так и по размерной точности, является постоянным предметом внимания специалистов- литейщиков [1-3]. Среди множества требований, предъявляемых к отливкам, размерная точность явля- ется одной из доминирующих, обеспечение которой определяется качеством литейной оснастки. Поэтому проблема изготовления качественной оснастки, способной воспроизво- дить отливки с вышеперечисленными требованиями за короткий промежуток времени и с продолжительным сроком ее службы, является на сегодня наиболее актуальной в литейном производстве. Условия эксплуатации литейной оснастки накладывают жесткие требования на материалы для ее изготовления, которые при быстром изменении теплосмен должны обеспечивать продолжительную стойкость литейной оснастки с сохранением размерной Новые методы и прогрессивные технологии литья ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 51 точности формообразующих поверхностей, а также контролируемое направленное за- твердевание заливаемого сплава, обеспечивающее, в свою очередь, плотность отливок. Для решения этих задач целесообразно использовать технологии быстрого прототи- пирования (Rapid Prototyping). Однако, эффективное их внедрение в литейное производство требует пересмотра всего цикла подготовки производства изготовления отливок, начиная со стадии проектирования литейной оснастки до их изготовления, а именно, адаптации современных технологий к достаточно отработанным традиционным технологиям на настоящее время. Наиболее типичными представителями металлических литейных форм являются кокили и пресс-формы. Условия их эксплуатации накладывают жесткие требования к материалу формообразующих элементов, так как главными, общими и характерными об- стоятельствами для многократно используемых металлических формообразующих изделий являются циклический быстрый их нагрев от температуры жидкого заливаемого сплава и синхронное возникновение внутренних напряжений. Последние появляются как резуль- тат высокого температурного градиента – термического удара, возникающего в момент заливки расплавов. Поверхности металлической оснастки в данный момент работают в упруго пластической области, что приводит к зарождению и росту субмикротрещин или так называемой термомеханической усталости материала - основной причине его разру- шения. Разрушению способствуют и другие такие довольно многочисленные факторы, как физико-химическое воздействие заливаемого металла, структурные изменения и фазовые превращения в материале, неблагоприятные факторы жесткости закрепления металлической оснастки, коррозия, но доминирующим фактором, как уже указывалось выше, является термомеханическая усталость. Как правило, материалом для кокилей служит чугун, что удешевляет процесс их изго- товления. При циклическом изменении температуры в стенке чугунного кокиля возможны следующие изменения: насыщение рабочей поверхности серой и обезуглероживание, фазовые превращения, окисление и рост металла. В результате исследований данного вопроса авторы работы [4] отметили, что уже на первых этапах термической усталости в рабочей поверхности чугунного кокиля увеличивается плотность дислокаций, особенно это заметно на вышедших из строя кокилях. Зная существование зависимостей одних факторов, влияющих на стойкость метал- лической оснастки, от других, а также умело сопоставляя зависимость одного фактора по отношению к другому, можно, создавая необходимые условия, продлить срок службы металлической оснастки. Радикальной мерой по уменьшению термомеханической усталости материала поверхност- ного слоя формообразующей полости является поперечное или продольное расчленение на элементы этого слоя относительно отливки, а также их сочетание. Это создает условия для реализации термического расширения и тем самым ликвидируются причины возникновения термических напряжений и деформаций в поверхностном слое рабочей полости. При отливках сложной конфигурации усложняется процесс изготовления самого ко- киля, а также механическая обработка самой отливки, поэтому данная задача решается при наиболее качественном примении технологий быстрого прототипирования (RP) и их материалы. Из вышеизложенного приходим к проблеме подбора материалов, обладающих свойствами, которые необходимы к применению для производства металлической оснастки (кокиль, пресс-формы для различных способов литья). Эта сложность, ес- тественно, переносится как на методику определения термостойкости материала, так и на конструктивные решения проектирования литейной оснастки. Поэтому были исследованы материалы, применяемые с помощью технологии быстрого прототипирова- ния, а именно, композитные материалы на основе металлического гранулированного по- рошка, легированного такими элементами, как вольфрам, хром и другой так называемый металлический порошок (А6) - КМ Fe-W , и на основе металлического гранулированного порошка, легированного такими элементами, как хром и другой так называемый мета- ллический порошок (ST100) - КМ Fe-Cr на термостойкость. Полученные значения изменений размеров внутренних диаметров образцов из композитных материалов КМ Fe-W и КМ Fe-Cr в результате термоциклирования а также по- казания возникновения трещинообразований приведены в табл. 1. Новые методы и прогрессивные технологии литья 52 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 В табл. 2 приведен сравнительный анализ образцов из композитных материалов КМFe-W и КМFe-Cr при термоциклировании. В процессе термоциклирования в структуре образцов из композитного материала КМ Fe-W происходит изменение микротвердости матрицы и пропитки образцов. При этом более активно изменяется микротвердость металлической матрицы. По всей вероятности, На- имено- вание мате- риала образ- ца Тем- пера- тура Показания микрометра, мкм Деформация внутреннего диаметра образца, мм (d вн =30 мм) Наличие трещин: + (имеются), - (не обнаружены)ис- ход- ные после термоциклиро- вания d количество циклов d - d Nциклов КМ Fe-Cr °С мкм 100 250 500 1000 100 250 500 1000 100 250 500 1000 600 450 325 - - - 125 - - - + 447 310 - - - 137 - - - + 444 360 - - - 84 - - - + среднее значение по деформации d ср 115 - - - КМ Fe-Cr 400 539 462 - - - 77 - - - + 540 445 - - - 95 - - - + 545 450 - - - 95 - - - + среднее значение по деформации d ср 89 КМ Fe-Cr 400 595 502 488 - - 93 14 - - - + 603 518 493 - - 85 25 - - - + 585 495 455 - - 90 40 - - - + среднее значение по деформации d ср 89 26 - - КМ Fe-Cr 400 520 380 - - - 140 - - - + 518 370 - - - 148 - - - + 524 385 - - - 139 - - - + среднее значение по деформации d ср 142 - - - КМ Fe-Cr 400 517 480 477 461 442 37 3 16 19 - - - - 532 482 479 455 452 50 3 24 3 - - - - 528 485 480 457 444 43 5 23 13 - - - - среднее значение по деформации d ср 43 4 21 12 КМ Fe-Cr 400 499 477 435 430 432 22 42 5 -2 - - - - 495 485 441 436 435 10 44 5 1 - - - - 485 483 438 432 430 2 45 6 2 - - - - среднее значение по деформации d ср 8 44 5 1,3 КМ Fe-Cr 400 442 428 408 403 407 14 20 5 -4 - - - + 515 488 473 469 472 27 15 4 -3 - - - + 478 438 426 425 431 40 12 1 -6 - - - + среднее значение по деформации d ср 27 16 3 4 Таблица 1. Результаты термоциклирования образцов из композитных ма- териалов КМ Fe-W и КМ Fe-Ск Новые методы и прогрессивные технологии литья ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 53 Материал Диагональ отпечатка Микротвердость исходное макси- мальное разность диагональ в трех точ- ках; 0, 60, 120 0 среднее значение 1 2 3 4 5 6 7 значения до испытаний КМ Fe-W 1. мт* 420 499 79 29,7 27,432. мт 420 505 85 25,7 3. мт 420 503 83 26,9 1. бр* 420 512 92 24,9 23,62. бр 420 520 100 23,5 КМ Fe-W 3. бр 420 518 98 22,3 КМ Fe-Cr 1. мт 420 476 56 43,1 48,82. мт 420 468 48 55,4 3*. мт 420 473 53 48,0 1. бр 420 500 80 29,0 24,472. бр 420 525 105 16,8 3. бр 420 502 82 27,6 после 100 циклов КМ Fe-W 1. мт 420 505 85 25,7 25,92. мт 420 507 87 24,5 3. мт 420 502 82 27,6 1. бр 420 510 90 28,9 24,52. бр 420 527 107 20,2 3. бр 420 515 95 24,5 КМ Fe-Cr 1. мт 420 485 65 43,9 35,532. мт 420 492 72 35,8 3. мт 420 503 83 26,9 1. бр 420 516 96 20,1 23,22. бр 420 507 87 27,6 3. бр 420 512 92 21,9 после 250 циклов КМ Fe-W 1. мт 420 485 65 43,9 32,82. мт 420 504 84 26,3 3. мт 420 501 81 28,3 1. бр 420 513 93 28,4 24,32. бр 420 510 90 24,2 3. бр 420 515 95 20,3 после 500 циклов КМ Fe-W 1. мт 420 484 64 45,3 36,72. мт 420 492 72 35,8 3. мт 420 500 80 29,0 Таблица 2. Изменение микротвердости образцов из КМ в процессе термоциклирования (Р нагр =100г), кг/мм2 Новые методы и прогрессивные технологии литья 54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 это связано с пластической деформацией внутренней поверхности образца и некоторым наклепом, а также повышением растворимости углерода и хрома в феррите, что приводит к более активному росту микротвердости матрицы. Микротвердость питателя при этом увеличивается незначительно. Проведенные испытания образцов из композитного материала КМ Fe-Cr при тех же условиях показали существенное снижение микротвердости матрицы при практически неизменном ее значении для пропитки. В связи с появлением трещин (до 100 циклов) испытания образцов из композитного материалаКМ Fe-Cr были прекращены. Изделия из композитного материала КМ Fe-Cr по термостойкости при циклических нагрузках можно рекомендовать для деталей, работающих в условиях повышенного износа с незначительным нагревом поверхности, например, для пресс-форм термо- пластавтоматов или для кокилей, применяемых для единичного производства отливок из алюминиевых сплавов. Изделия из композитного материала КМ Fe-W более термостойкие и их можно рекомен- довать для работы в более жестких условиях термоциклирования, то есть для кокилей и пресс-форм, применяемых для получения отливок из алюминиевых сплавов в массовом производстве. Определенные теплофизические характеристики КМ Fe-W (теплопроводность, температуропроводность, коэффициент термического расширения) показали, что увели-проводность, коэффициент термического расширения) показали, что увели- чение содержания бронзового инфильтранта (10-4 0 %) ведет к росту теплопроводности материалов от 32,05 до 62,27 Вт/(м ∙ °С), то есть в 2 раза, что существенно влияет на время кристаллизации сплава отливки (алюминиевый сплав) и его плотность. Проведенное компьютерное моделирование процесса кристаллизации алюминиевого сплава в чугунном кокиле со вставками из предлагаемых материалов, то есть из компо- зитного материала на основе гранулированного металлического порошка, легированного вольфрамом, хромом и инфильтрованного от 10 до 40 % оловянной бронзы Бр. ОМС-5-5-5 и вставкой из чугуна СЧ-20, показало, что затвердевание алюминиевого сплава проходит в 1,5 раза быстрее, чем у чугунного кокиля с чугунной вставкой. Результаты компьютерного моделирования представлены в виде графика сравнительных кривых кристаллизации алюминиевого сплава в составном чугунном кокиле со вставками из предлагаемого КМ различной теплопроводности и из чугуна, характеризующих тем- пературопроводность исследуемых материалов формы. Эти данные подтверждают целесообразность использования КМ в качестве материала металлической литейной оснастки, способной воспроизводить отливки из алюминиевого Продолжение табл. 2 мт - металлическая основа; бр - бронзовая основа; ** 1, 2, 3 - порядковый номер замера 1 2 3 4 5 6 7 КМ Fe-W 1. бр 420 535 115 20,3 24,42. бр 420 504 84 28,5 3. бр 420 495 75 28,5 после 1000 циклов КМ Fe-W 1. мт 420 490 70 37,8 4,42. мт 420 496 76 32,1 3. мт 420 485 65 43,9 1. бр 420 510 90 28,9 24,72. бр 420 515 95 20,6 3. бр 420 508 88 24,2 Новые методы и прогрессивные технологии литья ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 55 сплава с повышенными механичес- кими характеристиками за короткий промежуток времени. Для повышения эксплуатаци- онных свойств литейной оснастки предлагается сплав пропитки заме- нять на хромовую или алюминиево- железную бронзу, что повысит срок службы литейной оснастки в 1,5 и 2,0 раза соответственно. Область применения матери- алов, исследуемых технологиями быстрого прототипирования, при- ведена в табл. 3. Список литературы 1. Оболенцев Ф. Д. Точность и качество поверхности отливок. - М.: Машгиз, 1962. - 152 с. 2. Точность отливок / Под ред. Б. Б. Гуляева. - М.: Машгиз, 1960. - 205 с. 3. Точность отливок и эффективность литейного производства / Под ред. Л. Л. Яценко. - Л.: Машгиз, 1981. - 278 с. 4. Соболев В. П., Горов В. И. Термическая усталость и термический удар. - М.: Машиностроение, 1970. - 156 с. Поступила 01.02.09 Сравнительные кривые кристаллизации алюминиевого сплава в чугунном кокиле со вставками из различных материалов: 1 - чугун; 2 - КМ с 40 % МС; 3 - КМ с 30 % МС; 4 - КМ с 20 % МС; 5 - КМ с 10 % МС Способ литья Оснастка Материал оснастки Способ изготовления установки Точность отливок (классы) В песчано- глинистые формы модели, стержневые ящики, «модельный модуль» полиамид Vanguard HS 5-8 фотополимерная смола SLA-5000 4-7 В кокиль кокиль, вставки, стерж- ни формообра- зующих поверхностей quick cast технология (заливаемый сплав) SLA-5000 то же композитный материал (КМ Fe-Cr ; КМ Fe-W ) Vanguard HS то же Под давле- нием пресс-формы, вставки, стержни формообразу- ющих поверхностей quick cast технология (заливаемый сплав) SLA-5000 то же композитный материал (КМ Fe-Cr ; КМ Fe-W ) Vanguard HS то же По выплав- ляемым моделям пресс-формы, вставки, стержни формообразу- ющих поверхностей quick cast технология (заливаемый сплав) SLA-5000 то же композитный материал (КМ Fe-Cr ; КМ Fe-W ) Vanguard HS то же По газофи- цирован- ным моделям пресс-формы, вставки, стержни формообразу- ющих поверхностей quick cast технология (заливаемый сплав) SLA-5000 то же композитный материал (КМ Fe-Cr ; КМ Fe-W ) Vanguard HS то же Таблица 3. Основные виды литейной оснастки, изготовленной с приме- нением технологий быстрого прототипирования (RP), используемой при традиционных способах литья Новые методы и прогрессивные технологии литья

О целесообразности применения материалов, используемых технологиями быстрого прототипирования в производстве литейной оснастки

Репозитарії

Схожі ресурси