книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 321

Электроэрозиониые проволочновырезные станки ROBOFIL швейцарской фирмы Charmilles Technologies (табл. 8.23) обеспечивают высокоскоростную обработку и высокую точность, сохраняют эти качества длительное время, просты в обслуживании.

Таблица 8.23

Технические характеристики элсктроэрозиопных проволочповырезных станков фирмы Charmilles Technologies

* Максимальный угол наклона проволоки нри высоте заготовки 66 мм —±30°.

Для вырезных электроэрозионных станков типа ROBOFIL фирма предлагает автомати­ зированную поддержку OPTJ-CT: система OPTI-CT представляет собой набор пакетов компь­ ютерных программ EDM CRAFT для разработчика обрабатывающих программ и подготовки производства вне станка. Система OPTI-CM — это дополнения к системам компьютерно об­ служиваемого производства в виде программ, оптимизированных для станков типов ROBOFIL и ROBOFORM. Эти дополнения включают блоки: управляющих программ; реаль­ ного контекстного моделирования; передачи ЧПУ — файлов от компьютера; дистанционного мониторинга; компьютерно-интегрированного управления.

Пакет компьютерных программ для станка модели ROBOFIL включает:

—моделирование со 100%-ным воспроизведением системы числового программного управления станком ( CNC) на персональном компьютере и имитацией операций обработ­ ки (SIMIFIL - СМР);

—имитацию эрозионной обработки заготовок со специальным алгоритмом для моде­

лирования электроэрозионной обработки и расчетом оптимального положения и разме­ ров исходного отверстия (POCKET-CD);

— блок 4-х координатных перемещений с алгоритмом, адаптированным к станку, верхним и нижним контурами, вводимыми в систему управления станком, и синхрониза­ цией блоков или используемых координат.

Большие удобства создает применение систем диагностики нового поколения (специ­ альных эксперт-функций); пакетов программно-математического обеспечения процесса обработки, проверки и отладки программ; компьютерного моделирования программируе­ мых операций; систем технологической оснастки типа System С Т 100, а также основанных на использовании палетт систем фирмы Erowa, Hirschmann, Mecatool и др.

Широкими возможностями обладают электроэрозионные проволочно-вырезные станки японской фирмы Sodiclt. Фирма производит ультрапрецизионные электроэрозион­ ные вырезные станки (привод с шагом подачи 0,05 мкм, точность обработки 0,5-1,5 мкм на ход подачи детали) с быстрым резанием в воде и выхаживанием с повышением твердо­ сти поверхности в масле. Высокая точность достигается использованием в конструкции станков аэростатических направляющих и керамических материалов с низким коэффици­ ентом теплового расширения (4,7 х 10~6/°С ) и высокими электроизоляционными свойст­ вами (>10м Ом • см). Фирма производит прецизионные станки проволочной вырезки се­ рии А (точность обработки 4 -5 мкм), крупногабаритные прецизионные (4 -5 мкм) и струйные (5 -7 мкм) серии А, высокопрецизионные серии A Q (4 мкм), сверхпрецизион­ ные серии АР (2 -3 мкм) и ультрапрецизионные серии ЕХС (1-1,5 мкм). Технические ха­ рактеристики сверхпрецизиониых и ультрапрецизиониых станков приведены в табл. 8.24.

Метод гальванопластики для получения металлических Ф ОД используется достаточ­ но давно [43-45]. Метод основан на электроосаждении толстого слоя (2 -5 мм) металла на модель (катод), выполненную из токопроводящего материала или покрытую токопроводя­ щим слоем. Анодом служит пластина осаждаемого металла. При электроосаждении получа­ ют негативный слепок модели, точность размеров и шероховатость поверхности которого определяются качеством модели. Главное достоинство гальванопластики — высокая точ­ ность воспроизведения микро- и макроповерхностей сложной конфигурации.

Гальванопластика широко применяется при изготовлении оснастки для производства мелкомодульных косозубых цилиндрических и червячных колес [44, 45]. При изготовле­ нии матриц зубчатых колес толщина осаждаемого сплава (никель-кобальт) достигает 5 мм, для повышения прочности и жесткости матрицы используют дополнительное галь­ ваническое осаждение меди. К недостаткам метода следует отнести продолжительность процесса изготовления (5 -15 сут), высокую стоимость солей осаждаемых металлов и их сплавов, повышенную хрупкость матриц.

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 323

Таблица 8.24

Ультрапрсцизиониыс и свсрхпрсцизнонные элсктроэрозионные станки

новки (с ЧПУ-гсиера- тором), кВА

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 325

Общая идея процесса систоит в том, что компьютерная модель — 571-файл — разби­ вается на слои (сечения) (расслаивается, как правило, с шагом 0,1 мм), и затем слой за слоем тем или иным способом они воспроизводятся, собираются и скрепляются. Одним из самых известных процессов технологии RP является лазерная стереолитография (57/1-процесс).

Стереолитография позволяет создавать трехмерные пластмассовые модели и детали, используя данные проектирования, поступающие в виде С/Ш-файла. Изготавливаемая деталь или модель представляется в виде набора тонких слоев. С помощью ультрафиоле­ тового лазера на поверхности жидкого фотополимера, находящегося в ванне, формирует­ ся конфигурация слоя. Жидкий фотополимер отверждается только в местах воздействия лазерного луча. Затем сформированный слой покрывается жидким фотополимером и производится полимеризация следующего слоя. Эти процессы полностью автоматизиро­ ваны и повторяются без участия оператора до тех пор, пока не будет изготовлена деталь, соответствующая С/Ш-данным.

Для реализации изготовления деталей методом стереолитографии фирма 3D Systems предлагает разнообразные стереолитографические установки — сравнительно недорогую марки 51/1-190, высокопроизводительную 57/1-250, экономичную 5L4-400 и многофунк­ циональную 57/1-500. Технические данные установок можно найти в рекламных проспек­ тах фирмы, в качестве примера приведем технические характеристики установки 57/4-250/40.

После завершения процесса при необходимости производится дополимернзацня полу­ ченной модели на специальной установке дополнмернзацин и последующая ее промывка.

Похожим на вышеописанный процесс является процесс 575 лазерного спекания по­ лимерного или металлического порошка, где раствор фотополимера заменен на порошок, который также формуется послойно с выбранным шагом разбиения модели.

LOM -технология использует в качестве расходного материала специальную ламини­ рованную бумагу (бумагу с клеевым слоем). Монтажный стол двигается вдоль координа­ ты Z — вверх/вниз. Ламинированная бумага протягивается над столом ламинированным слоем вниз. Терморолик прикладывает бумагу к предыдущему слою и, разогревая клее­ вую прослойку, обеспечивает сцепление слоев. Лазерный луч вырезает в бумаге требуе­ мые элементы воспроизводимого сечения и вырезает обойму, внутри которой и воспроиз­ водится прототип. Стол опускается, бумага протягивается так, чтобы над столом снова была целая бумага без вырезов, и процесс повторяется.

FDM-технология использует в качестве расходного материала полимерную, как пра­ вило, специальную нить марки ABS, которая в установке разогревается и слой за слоем выкладывается на монтажном столе.

Изготовление небольшого количества прототипов проектируемой детали произво­ дится также с привлечением технологии Qwick Cast, запатентованной фирмой 3D System, включающей следующие этапы:

1.Разработка конструкции литой детали в системе трехмерного проектирования с на­ значением литьевой усадки.

2.Изготовление модели по данным компьютерного проектирования послойным от­

верждением жидкого фотополимера лазером.

3.Формирование на поверхности стереолитографической модели оболочки из кера­

мики.

4.Спекание оболочки с выжиганием стереолитографической модели.

5.Заливка формы методом литья под давлением расплавом полимера, охлаждение и очистка отливки от керамической оболочки.

Существуют и другие /?Р-технологии, не освещенные в данном разделе; процесс соз­

дания этих технологий развивается.

После получения первых образцов по PP -технологии возникает необходимость быст­ ро и качественно получить малую серию прототипов, максимально пригодных к эксплуа­ тации.

Большое распространение получила технология литья в силиконовые формы - одна из наиболее распространенных технологий Rapid Tooling.

Технология вакуумного литья — Vacuum Casting. Данная технология обеспечивает соз­ дание малой серии прототипов деталей из материалов-аналогов — жестких, полужестких и гибких полиуретанов с техническими характеристиками и механическими свойствами, соответствующими прототипируемым материалам — полиолефинам, полиамидам, поли­ карбонатам, АБС-пластикам, резинам. Благодаря существенному сокращению сроков подготовки производства за счет исключения процесса мехобработки и доводки дорого­ стоящего формующего инструмента из черных и цветных металлов и сплавов достигается существенное снижение стоимости финишного прототипа детали. Процесс изготовления формы и очередного прототипа детали занимает не более 24 часов, не имеет ограничений по сложности конфигурации прототипируемых деталей, обеспечивает высокое качество финишной обработки, требуемые цвет, форму и размерную точность, текстуру и шерохо­ ватость поверхности.

Формы изготавливают из силиконовых эластомеров (табл. 8.26), для деталей исполь­ зуют полиуретаны, имитирующие свойства материалов прототипируем ы х деталей (табл. 8.27).

Стадии технологического процесса вакуумного литья:

1. Подготовка мастер-модели, определение плоскости разъема, установка и вывешива­ ние ее внутри литьевой опоки (опалубки); устройство одного или нескольких литников и выпоров в зависимости от формы и размеров мастер-модели.

2.Приготовление двухкомпонентной силиконовой смеси и предварительное переме­ щение опоки к вакуумной камере, используя автоматическое транспортирующее устрой­ ство. Заливка силиконовой смеси в форму и установка ее в вакуумную камеру.

3.После того как произойдет отверждение силиконовой смеси в камере, форма выни­ мается из камеры, разрезается по линии разъема с помощью скальпеля, и мастер-модель извлекается из формы.

4.Производятся герметизация формы по линии разъема с использованием липкой ленты или соответствующих скрепляющих элементов и термообработка в термошкафу.

5.После смешивания компонентов А и В материала-имитатора посредством подъем­ ника производится установка формы в камеру; затем либо вручную, либо автоматически смесь через воронку заливается в силиконовую форму.

термошкаф для дальнейшего упрочнения о т л и в к и . После раскрытия готовая пластмассо­ вая деталь извлекается из формы. Благодаря гибкости силиконовой формы можно срав­ нительно просто получать и извлекать из нее отливки любого цвета и практически любой сложной формы.

Разнообразные компоненты технологии быстрого прототипирования методом ваку­ умного литья (моделирование, оснастка, смолы быстрого отверждения, заливочные поли­ уретановые эластомеры, полиуретаны для гибких форм и прототипов, адгезивы и другие компоненты) представляются фирмой Axson и ее дистрибьютером в России инженерной фирмой АБ Универсал.

Совместно с фирмой MK-Technology (Германия) фирма Axson предлагает потребителям гамму вакуумных камер, отличающихся продуманной конструкцией, полностью программи­ руемых на заданный цикл технологического процесса с предварительным выбором уровня вакуумирования, автоматизацией дегазации силиконовых форм и возможностью выбора ре­ жима управления — ручного или автоматического. Выпускаются четырех типов (объем, мм): MK-Mini (450 х450 х 400), MK System 1 (450 х 450 х 400), MK System 2 (850 х 850 х 800), MK System 3 (2680 х 1000 х 660).

8.6. Технологическое оборудование для литья пластмасс под давлением

8 .6 .1 . Требования к технологическому оборудованию

Зубчатые колеса относятся к классу точных (прецизионных) деталей, и это является определяющим при выборе оборудования и оснастки для их изготовления.

Особенность машин для прецизионного литья — повышенная точность дозирования расплава и высокое удельное давление литья (200-300 МПа). Вероятность получения бо­ лее точных отливок повышается при максимальном соответствии объема впрыска объему отливки (80-90% от объема впрыска).

На качество деталей существенное влияние оказывает, в частности, конструкция ме­ ханизма смыкания формы. В современных машинах это, как правило, механическая сис­ тема с высокоточными колоннами большой жесткости, обеспечивающая надежность смы­ кания подвижной и неподвижной половин литьевой формы. При этом предусматривают­ ся меры по оптимизации усилия смыкания, что позволяет свести к минимуму деформации оснастки, которая при чрезмерном усилии смыкания может достигать вели­ чины, соизмеримой с допусками на размеры отливаемой детали [47].

Перспективными являются системы с безударным смыканием при низком давлении, что позволяет использовать системы контроля взаимного положения полуформ. Так, ма­ шины фирмы Nissei Plastic Industrial Со Ltd. способны обнаруживать в разъеме формы по­ сторонние тела размером до 0,1 мм.

Одно из перспективных направлений обеспечения точности литья — использование комбинированного червячно-поршневого узла впрыска. Основу этого узла составляют не­ подвижный в осевом направлении червяк, вращающийся с постоянной скоростью, и пере­ мещающийся в осевом направлении инжекцноинын плунжер. В фазе пластикации вра­ щающийся червяк перемещает расплав полимера в зазор между внутренней поверхностью материального цилиндра и плунжером и собирает его перед торцом плунжера. При достн-

женин заданной дозы плунжер перемещается вперед, производится впрыск расплава в форму [48].

Фирма Battenfeld-Austria в машине для литья деталей массой до 0,01 г [49] использует ускоренный шнек для предпластнкации полимера и сменные поршневые агрегаты впры­ ска. Поршень в таких агрегатах работает в комплексе со сменными втулками, что позволя­ ет переработать полимеры с абразивными наполнителями. В машине предусмотрено ми­ нимальное время пребывания полимера в расплавленном состоянии, что, уменьшая веро­ ятность термодеструкцни, повышает точность литья. Для улучшения качества литья используют также системы принудительной вентиляции узла пластикации [50].

Повышение точности литья стало возможным в результате использования современ­ ных электронных средств управления технологическими параметрами процесса литья, а также систем автоматизированного контроля как режимов работы оборудования, так и качества получаемых деталей. Эти меры позволили на порядок повысить точность отливок.

Системы контроля современных термопластавтоматов создаются на основе микро­ компьютера и микропроцессоров, позволяющих контролировать и регулировать техноло­ гические параметры на всех стадиях процесса литья. При отклонении контролируемых параметров от заданных величин на управляющий компьютер подается соответствующий сигнал. При этом автоматически изменяются режимы литья, обеспечивая стабильность технологического процесса литья и качества изготавливаемых деталей.

Для осуществления контроля разрабатываются соответствующие датчики, которые позволяют измерять температуру и давление расплава в материальном цилиндре и литье­ вой форме [51].

В серии машин фирмы Meziki Со Ltd. (Япония) [52] прецизионное литье и точность воспроизведения деталей обеспечиваются благодаря контролю времени загрузки матери­ ального цилиндра, времени закрытия формы и заполнения ее расплавом, а также контро­ лю позиции шнека после осуществления впрыска.

8 .6 .2 . Техн ические хар актер и сти ки тер м опл аставто м атов

В данном издании нет необходимости давать исчерпывающую информацию о техно­ логическом оборудовании для переработки пластмасс, выпуск которого освоен в мировой практике. Приведены данные о наиболее распространенных в странах СНГ типах термо­ пластавтоматов (ТПА) с объемом впрыска до 250 см3. В бывшем СССР ТПА выпускались Одесским заводом прессового оборудования ПО «Прессмаш» (У краина) (табл. 8.28) и Хмельницким ПО «Термопластавтомат» (Украина) (табл. 8.29), из импортного обору­ дования наиболее распространенными были маш ины ТП А м арки K u A S Y (Г Д Р) (табл. 8.30).

В настоящее время в основном используют ТПА зарубежного производства, обес­ печивающие высокое качество изделий благодаря автоматизации управления и разно­ образным патентованным усовершенствованиям рабочих органов оборудования, рас­ ширению его функциональных возможностей, повышению качества деталей, узлов и аг­ регатов.

ТПА серии ERGOtech фирмы Mannesmann Demag с усилием смыкания от 250 до 13 000 кН имеют модульный принцип построения узла впрыска; возможность оснащения устройст­ вами, выполняющими специализированные дополнительные функции для решения кон-