Введение Аддитивные технологии, бесконтактная печать, бесконтактная оцифровка изделий одним словом 3D – технологии все чаще оказываются в центре внимания не только крупных российский промышленных выставок, но и элементом производства промышленных предприятий, что отражает готовность предприятий к внедрению инновационных 3D - решений в свои производственные цепочки. Оцифровка, доводка, создание прототипа по компьютерной модели посредством бесконтактной оцифровки реальных объектов и их подготовки к производству является элементом современного процесса изготовления изделия. Для машиностроения, как одной из ключевых отраслей российской экономики, исключительно важны разработки нового оборудования и применение передовых решений. 3D-технологии всецело отвечают этим потребностям. Совершенствуясь, они обеспечивают все большую эффективность, позволяя предприятиям сократить и упростить технологический процесс и оптимизировать расходы на производство. Целью работы является разработка компьютерной цифровой модели и проектирование технологического процесса изготовления изделия на основе компьютерной цифровой модели посредством бесконтактной оцифровки и 3D – технологий. Объектом исследования является процесс разработки компьютерной цифровой модели и проектирование технологического процесса. Предметом исследования является работающее изделие, его конструктивные недоработки, возможность модернизации. .Гипотеза: современные 3D технологии позволяют решить производственную задачу в короткие сроки, при этом качество исполнения поставленной задачи улучшается, нежели при традиционных методах. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить и подобрать средства бесконтактной оцифровки изделий и 3D технологий; составить примерный план работы; создать компьютерную Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 4 цифровую модель посредством бесконтактной оцифровки реальных объектов и их подготовки к производству; разработать требования к компьютерной цифровой модели, предназначенной для производства на установках послойного синтеза и прямой печати; разработать технологический процесс технологий прямой печати и послойного выращивания моделей. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 5 1 Технологический раздел 1.1 Разработка трехмерной модели детали Трехмерное моделирование изделия согласно чертежу (рисунок 1), используя данные рисунка 1 необходимо разработать цифровую модель детали база. Деталь является очень важной, в следствии чего выполнять ее следует должным образом, не допуская каких-либо просчетов. Деталь имеет 12 эскизов построения, а так же 11 различных операций, при помощи которых цифровая модель получилась. Рисунок 1 – Чертеж детали база Первым и самым главным шагом к построению является создание эскиза основания, имеющая форму эллипса, в последствии эскиз был выдавлен на определенное расстояние для придания эллипсу толщины. От полученного эллипса (рисунок 2) следует отталкиваться в построении в дальнейшем. Рисунок 1 – Операция выдавливание Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 6 Для придания будущей базе технологичности и эстетической составляющей, придерживаясь чертежа, необходимо, пользуясь смещенной плоскостью построить эллипс, параллельный первому и соединить их вместе дугообразным кольцом. Таким образом цифровая заготовка базы (рисунок 3) приобретает конструктивные поверхности и появляется возможность создания некоторых цапф и пазов Рисунок 2 – Деталь база, вид спереди Конструкция детали усложнена поверхностями. В оснвоании детали оорными и установочными вырезан сквозной паз, отвечающий за положение провода в будущем вентиляторе. Второй сквозной паз отвечает за положение самой конструкции относительно базаовой детали. Последним элементом базы для вентилятора является маркировка, по которой вентилятор можно будет легко отличить от других и при необходимости быстро найти в интернет-ресурсах. Как итог база(рисунок 4) имеет габаритные размеры: 220x298x20мм, что является относительно не большими габаритами для настольного вентилятора. Имеет минималистичный вид и содержит в себе только технологически важные элементы. Была выполнена при помощи операций: вырезать выдавливанием; операция выдавливания; вырезать по кинематике, операция по сечениям. Рисунок 4 – Цифровая модель детали база Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 7 1.2 Разработка маршрутного технологического процесса изготовления детали с использованием аддитивных установок Разработка маршрутного технологического процесса изготовления детали ведется на основе возможностей предприятия, наличия оборудования и оснастки, наличие требуемого инструмента и материала. Деталь база не обладает большими габаритами, а именно его ширина составляет 220мм; толщина 20мм; длина 298мм. Относительная компактность позволяет изготовить деталь на настольном 3D принтере, использующим для работы специальный пластик для 3D печати. Опорные и установочные поверхности дорабатываются шлифованием, на высокотехнологичном фрезерном оборудовании. Маршрутно-технологический процесс - это процесс последовательного перемещения заготовки от одного оборудования к другому, до получения готовой детали. Маршрутно-технологический процесс изготовления детали база представлено в таблице 1. Таблица 1 - Маршрутно-технологический процесс изготовления детали база. Номер операции 005 010 Наименование и содержание операции Оборудование, оснастка и инструмент Подготовительная Лак, клей-карандаш, - очистить поверхность стола; спиртосодержащую подготовить поверхность стола, жидкость, специальный обеспечить хорошую адгезию; клей для 3D-печати, подготовить вспомогательный канцелярский нож, инструмент; специальные лопатки, - загрузить материал в оборудование; пинцет. - загрузить материал в экструдер, до нагревательного элемента. Наладка Специальное ПО - сохранить трехмерную модель с Polygon расширением stl; - импортировать трехмерную модель в специальное ПО; - перевести трехмерною модель в формат G-кодов, по которым экструдер будет ориентироваться при печати; - устанавливаем входные данные; - настраиваем параметры печати; Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 8 Номер операции 015 020 030 035 Наименование и содержание операции - анализируем процесс печати (количества материала, норма времени). Калибровка - калибровка рабочего поля; - использовать функцию автоматической калибровки; - калибровка печатающего элемента; - загрузка материалла; - установка температурного режима; - перебросить через USB разъем на панели принтера и съемный носитель с УП; - визуализация процесса в тестовом рижиме. Наращивание. 3D принтер использует метод послойного наращивания слоев пластика друг на друге. Экструдер с наличием нагревательного элемента расплавляет пластик при температуре от 100 до 200 градусов Цельсия, а после выдавливает его из сопла, максимальная толщина слоя зависит от диаметра отверстия сопла. Зависимость качества от толщины слоя прямо пропорциональная, то есть, чем толще слой пластика, тем ниже будет качество напечатанной детали и наоборот. Экструдер двигается по заданным координатам, выдавливает пластик, который быстро остывает, попадая на стол. Контроль - визальный осмотр; - проверить габаритные размеры детали; - проверить качесво поверхности. Шлифование - установить, выверить и закрепить заготовку; - настроить оборудование под контур детали; - шлифовать опорные поверхности; Продолжение таблицы 1 Оборудование, оснастка и инструмент 3D-Принтер Stratasys F 270 3D-Принтер Stratasys F 270 штангенциркуль ШЩ – II 300 0,05 ГОСТ 16698, ТУ2-034-225-87. Высокоскоростной фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ KEMT MT50BL Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 9 Номер операции Окончание таблицы 1 Оборудование, оснастка и инструмент Наименование и содержание операции - шлифовать установочные поверхности; - шлифовать наружный контур детали, до точности по 6класс шероховатости; - переустновить деталь; -шлифовать наружный контур детали. Контроль окончательный Стол контролера - проверка конструктивных элементов детали; проверка соотвествия детали техническим требованиям. 040 После печати поверхности получаются не качественными и зернистыми, поэтому следует высокоскоростном назначить шлифовальную фрезерном операцию, обрабатывающем реализуемою центре, для на достижения заданной точности поверхности. Точность изготавливаемой детали достигается калибровкой принтера. Функция автоматической калибровки, облегчает работу пользователя, которому остается сделать за процессом работы и точно следовать инструкциям, всплывающим на экране принтера и в нужное время затягивать или ослаблять фиксаторы. Во время калибровки экструдер соплом дотрагивается до поверхности стола, тем самым определяя себе границу печати. Весь процесс занимает до 5 минут, после чего в USB разъем на панели принтера необходимо вставить съемный носитель с обработанным в слайсере файлом. В целях предотвращения отлипания заготовки с поверхности стола в параметрах была выбрана подложка, первое, с чего принтер начнет печать деталь – тонкий слой пластика на поверхности стола, на котором будет напечатана непосредственно сама деталь. Наращивая пластик слой за слоем, по итогу получаем реальную деталь на основе цифровой модели. Снятие детали с рабочей поверхности осуществляется после полного остывания. С готовой детали убираются подложка, заплывы при помощи ручного зачистного инструмента. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 10 Контроль осуществляем виде визуального осмотра, но при этом необходимо проконтролировать габаритные размеры, размеры опорных и установочный поверхностей. После печати поверхности получаются шероховатыми и зернистыми, пластик дает усадку, поэтому следует воспользоваться шлифовальными головками и мелкозубыми фрезами на высоких скоростях снять лишний слой и достичь требуемых размеров и качества поверхности. После того, как деталь была полностью напечатана, зачищена от лишних элементов, размеры доведены до требуемых значений и отшлифована, следует еще раз визуально проверить ее на наличие дефектов или же возможно оставшихся поддержек после печати, если такие имеются, необходимо освободить от них деталь, перед тем как подвергать ее эксплуатации. 1.3 Выбор технологического оборудования Технологическое оборудование выбираем в зависимости от вида обработки, типа производства, точностных характеристик детали, габаритов обрабатываемой детали. Для получения заготовки из полимера, на основе раннее разработанной цифровой модели применяется настольный 3D-принтер Stratasys F 270. Профессиональный 3D принтер Stratasys F270 – средняя модель в серии F123. 3D-принтеры данной серии сочетают в себе возможности FDM-технологии и программного обеспечения Grab CAD. Преимущества: поддержка экономичного пластика PLA по цене за 1 кг – сопоставимо с бюджетными домашними принтерами; – поддержка высокопрочных и высокотемпературных инженерных пластиков АСА, АБС, ПК-АБС; удаленный контроль через веб-камеру и отслеживание результатов при помощи телефона; абсолютно бесшумное изготовление деталей, что позволяет использовать оборудование на рабочем месте конструктора или дизайнера. Материалы: Fortus 380mc и 450mc; ABS- M30; ABS-M30i; ABS-ESD7; ASA. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11 Технические характеристики представлены в таблице 2 . Таблица 2 – Технические характеристики 3D принтер Stratasys F270 Показатель Технология печати Материал для печати Область печати Производитель Толщина слоя Электроподключение Габариты Масса Максимальная область печати Достижимая точность Подключение Программное обеспечение Операционная система Величина показателя FDM пластик 305x254x305 мм Stratasys 127, 178, 254, 330 мкм 200–240В/7A. 50/60 Гц 1626x864x711 мм 227 кг 305x254x305 мм – +/-200 мм USB, Wi-Fi, Ethernet CatalystEX, GrabCAD Print Windows 7, 8, 8.1 и 10 (только 64 бит), 4Гб RAM минимум (рекомендуется >8Гб) Высокоскоростной фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ KEMT MT50BL (рисунок 5) - фрезерный обрабатывающий центр предназначен для фрезерования, сверления, нарезки резьбы, растачивания и развертывания. Шпиндель с прямым приводом, улучшенная система охлаждения и другие доступные опции помогут применять данное оборудование для широкого спектра задач. Новая серия MT – инновационная техника с высокой эффективностью, точностью. Рисунок 5 – Общий вид высокоскоростного фрезерного обрабатывающего центра с ЧПУ KEMT MT50BL Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 12 Технические характеристики представлены в таблице 3 Таблица 3 – Технические характеристики высокоскоростного фрезерного обрабатывающего центра с ЧПУ KEMT MT50BL Показатель Величина показателя Перемещения по осям X/Y/Z, мм 650/400/380 Расстояние от хвостовика шпинделя до поверхности 250-580 стола, мм Скорость вращения шпинделя, об/мин 12000 Конус шпинделя BТ-40 Мощность мотора шпинделя, кВт 5,5 / 9,5 Ёмкость инструментального магазина, шт 24 Время смены инструмента, сек. 0,9 Точность позиционирования, мм 0,005 Повторяемость, мм 0,003 1.4 Подбор материала для изготовления детали Перед тем, как начать изготовление спроектированной детали, необходимо определиться с материалом, из которого будет создана будущая модель, а так-же с оборудованием, на котором она будет непосредственно создана, обладающий более чем подходящими габаритами стола для печати и хорошими техническими характеристиками с легкостью справится с поставленной задачей по печати детали база. ABS (сополимер акрилонітрил – бутадиен - стирол) пластик – это инженерный пластик, обладающий многими важными характеристиками, главной из которых можно назвать высокую ударопрочность, механическую прочность и жесткость. По этим показателям пластиковые листы ABS значительно превосходят даже самый прочный полистирол. Данный вид пластика обладает достаточной эластичностью и небольшим весом, так же его отличительной особенностью от других полимеров является способность деформироваться под ударной нагрузкой, а затем со временем восстанавливать свою форму, в то время, как любой другой полимер бы просто разрушился. Температура плавления такого пластика равна 80 градусов цельсия, при такой температуре полимер можно эксплуатировать длительное время. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 13 Для аддитивных установок данный вид пластика, как и большинство других, поставляется как намотанный на катушку, имеющий форму цилиндра с глянцевой поверхностью длиной в несколько метров, зависит от желания заказчика и диаметром до 3мм полимер (рисунок 6) в хорошо защищенном от внешнего воздействия кейсе. Рисунок 6 – Пластик для аддитивных установок Как и большинство расходных материалов, пластик очень требователен к уходу за собой, поэтому, хранить полимеры рекомендуется в хорошо защищенном от влаги месте, например: вакуумный пакет, плотно захлопывающийся кейс. Если же пластик все-таки размок, его необходимо перед непосредственным использованием высушить, самым простым решением для этого будет использование духовки и вакуумного пакета. Необходимо поместить пластик в духовку, предварительно разогретую до температуры 50-60 градусов и оставить катушку там на 4-6 часов. После указанного времени, поместить катушку в вакуумный пакет, предпочтительно с осушителем. Размокший пластик в худшем случае может привести к забиванию сопла, а так же к серьезной потере качества при печати относительно высушенного пластика (рисунок 7) Если же не удалось найти в продаже ABS пластик, предпочтительный для печати данной модели, то следует заменить его SBS полимером, который так же обладает высокой прочностью, пластичностью, гибкостью и термостойкостью, но является более дорогостоящим. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 14 Рисунок 7 – Модели, напечатанные размокшим и высушенным пластиком Сравнение технических характеристик пластика ABS и SBS представлены в таблице 4. Таблица 4 – Технические характеристики ABS и SBS пластика. Наименование технической характеристики ABS пластик Прочность на изгиб, МПа 41 Прочность на разрыв, МПа 22 Плотность материала, г/см3 1,02 Влагопоглощение, % 0,2-0,4 Усадка при охлаждении изделия после До 0,8 печати, % Температура при эксплуатации, ⁰ С 75-80 Температура размягчения, ⁰ С 105-115 SBS пластик 36 34 1,01 0,07 0,2 65-80 76 1.5 Расчѐт массы детали и печатной заготовки Заготовка – предмет производства, из которого различными методами путем изменения формы, размеров, физических и механических свойств материала, качества поверхности получают деталь. Заготовки в машиностроении бывают четырех видов – бунтовые (проволока или лента, свернутые в бунт), прутковые (прутки, полосы, Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 15 тяги), штучные (отливки, поковки, штучные из прутков) и порошковые (пресспорошки, гранулы, таблетки) для получения пластмассовых, металлокерамических и керамических деталей. Опишем маршрутно-технологический процесс создания детали. Перед тем, как осуществлять печать, поверхность стола 3D-принтера необходимо обработать для обеспечения лучшей адгезии, для этого можно использовать, или же, который является оптимальным решением. После того, как поверхность стола была обработана, так же следует держать рядом с собой несколько инструментов для того, чтобы по окончанию печати снять полученную деталь со стола, например, или же. После подготовки стола принтера, необходимо загрузить материал. Оптимальным решением для печати будет ABS пластик, который встречается в продаже как твердый, несколько метров длиной цилиндр толщиной до 3мм, намотанный на катушку. Для того, чтобы загрузить материал в принтер, свободный конец пластика необходимо вставить в отверстие, находящиеся в экструдере и протолкнуть до нагревательного элемента. После того, как принтер готов к печати, необходимо так же подготовить и цифровую модель, а именно, перевести ее в Gкоды, для этого существует программа-слайсер. Чтобы программа могла прочитать цифровую модель, необходимо сохранить ее в формате .stl, после чего загрузить в программуслайсер. Программа имеет простой интерфейс, понятный каждому заинтересованному пользователю и имеет широкий выбор параметров печати. Деталь база изготовлена по 2му классу точности. 2- й класс точности. 2-й класс точности применяется для изготовления важных и ответственных сопряжений, требующих однородности и взаимозаменяемости. Деталь база изготовлена по 3 группе сложности. 3 группа – простые по конфигурации коробчатые плоские детали, для формовки которых не требуется большое количество стержней. К этой группе относятся передние, боковые и Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 16 нижние крышки коробок скоростей, передних бабок и др. корпусных деталей; суппорты станков, кронштейны; планки; вилки; рычаги. Опорные и установочные поверхности подвергаются механической обработке, необходимо назначить припуски под механическую обработку. На рисунке 8 выделены поверхности, на которые назначаются припуски на механическую обработку. Рисунок 8 - Поверхности подверженные механической обработке. Определяем степень сложности С., по формуле 1. C= где (1) - масса описанной фигуры заготовки кг.,рисунок 10, = 0,93 кг.; Мд – масса детали кг., рисунок 9, Мд = 0,68 кг. Рисунок 9 – Расчет массы детали при помощи САПР Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 17 Рисунок 10 – Расчет массы описанной фигуры при помощи САПР. С= 0,68/0,93=0,73 Так расчетное значение степени сложности равно 0,73 что находится в диапазоне от 0,63 до 1,0, принимаем степень сложности С1. Исходный индекс зависит от массы, группы материалла, степни сложности и класса точности. Деталь изготовлена из пластика, которая относится к группе М3. Используя входные данные принимаем исходный индекс 11. Допуски и припуски указаны в таблице 5. Таблиця 5 – Допуски и припуски на механическую обработку Размер детали, мм Припуск, мм 20 1,8 R9 1,6 R12 1,6 Допуск, мм +1,1 -0,5 +1,1 -0,5 +1,1 -0,5 Размер заготовки, мм 21,8 7,4 10,4 Деталь имеет плоскую форму, не имеет сложных отверстий, поэтому печать осуществляется без поддержек. Таким образом окончательная масса заготовки детали база составляет Мзаг = 0,74 кг., рисунок 11. Определяем коэффициент использования материала , по формуле 2 = (2) Кисп = 0,68/0,74=0,92 Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 18 Рисунок 11- Расчет массы заготовки Определяем стоимость заготовки =( где ∙ ∙ ∙ , по формуле 3 ∙ – стоимость материала за 1 кг, – стоимость отходов за 1 кг, ∙ ∙ )–( ∙ ) (3) = 700 руб = 10 руб; – коэффициент, зависящий от класса точности, = 1; Км – коэффициент зависящий от марки материала, Км=1,05 – коэффициент, зависящий от группы сложности, Км=0,5; – коэффициент, зависящий от веса заготовки, Кс= 1,05; – коэффициент, зависящий от объема производства, Кв= 0,5 = (700 ∙ 0,74 ∙ 1 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 1,05 ∙ 0,5) – (0,74-0,68)10 = 142,77-0,6 =142,17 руб. 1.6 Выбор вспомогательных материалов При изготовлении детали методом бесконтактной печати основным видом брака является отклеивание базового слоя от поверхности стола. Необходимо Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 19 подготовить поверхность стола перед печатью, а именно, использовать специальное средство. Наиболее рациональным будет использование специального клея для 3D-печати, который обеспечивает достаточно плотное сопряжение заготовки с поверхностью стола, что гарантирует успешное завершение печати. Для принтера «DesignerX» существует специальный клей, выпускаемый той же компанией «Picaso 3D» (рисунок12) Рисунок 12 – Специальный клей для 3D печати Если же именно такого вспомогательного материала не удалось найти, можно использовать клей-карандаш или же спиртосодержащую жидкость, которая так же способствует адгезии, но имеет не такой надежный эффект, а так же может сказаться на поверхности стола, к примеру, после каждого использования клеякарандаша необходимо после печати тщательно протереть стол и удалить лишний слой клея, для того чтобы избежать перекосов во время печати последующих моделей. 1.6 Подбор зачистного инструмента Для того, чтобы по завершению печати снять заготовку с поверхности стола, необходимо выделить некоторое время для того, чтобы стол понизил свою Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 20 температуру и остыл, чтобы избежать возможных проблем. Однако, не все полученные детали можно снять при помощи рук, иногда требуется воспользоваться специальными зачистными инструментами для 3D-печати. Среди них могут быть как самый обычный канцелярский нож, так и специальный шпатель (рисунок 13) с округлым концом для того, чтобы случайно не повредить поверхность стола. Рисунок 13 – Шпатель После того, как заготовка была снята с поверхности стола, на ней имеется некоторое количество поддержек, без которых печать произвелась бы некорректно, эти самые поддержки необходимо удалить с поверхности детали. Некоторые из них могут легко отойти, отдирая их руками, но большинство из них требует использования инструмента, которым так же может послужить канцелярский нож, но пользоваться им в такой ситуации не стоит, это может повлечь за собой возникновение травм. Поэтому, следует использовать кусачки (рисунок 14) и «откусывать» поддержки. Рисунок 14 – Кусачки Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 21 1.8 Подбор доводочного инструмента Теперь, когда поверхность детали освобождена от поддержек и готова к дальнейшей зачистке, пользуясь высокоскоростным фрезерным станком, необходимо довести заготовку до состояния готовой детали, которую можно эксплуатировать. Инструмент устанавливаем в инструментальный магазин, создаем управляющую программу по доработке контура детали. Находим нулевые точки заготовки и инструмента. Деталь доводится за один установ. Паз крепления стойки обрабатывается фрезой D18, паз регулирования положения фрезой D24 (рисунок 15). Рисунок 15 – Элементы конструкции и геометрические параметры фрезы Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 22 Геометрические параметры фрезы представлены в таблице 6. Таблица 6 - Геометрические параметры фрезы 18 32 2,3 17,5 7,0 4 3,5 3,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,2 2 24 45 4,0 23,5 10 5 4,5 4,5 2,5 2,0 1,5 1,5 1,2 3 Точность поверхностей достигается шлифованием, применяются шлифовальные головки ГОСТ 2447-82 (рисунок 16 - 17). Рисунок 16 – Шлифовальная головка тип AW Рисунок 17 – Шлифовальная головка тип DW Размеры шлифовальная головка тип DW, представлены в таблице 7 Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 23 Таблица 7 - Размеры шлифовальная головка тип DW Размеры шлифовальная головка тип AW, представлены в таблице 8 Таблица 8 - Размеры шлифовальная головка тип AW 1.9 Технологические режимы Технологические режимы — это ряд условий, обеспечивающих ход технологического процесса в нужных направлениях и масштабе при максимальном выходе продукта. При изготовлении детали база необходимо учитывать технологические режимы операции наращивания и механической обработки. Технологические режимы операции наращивание представлены в таблице 9 Таблица 9 - Технологические режимы операции наращивание Тип матери ал Вид Габаритн Температ материа ые ура ла размеры нагрева стола Пласти ABS 220x298x 50°C к 20 При механической обработки Температ ура нагрева материала 80°C детали Сопутствую щие температурн ые режимы - технологические Время изготовле ния 20 минут режимы назначаются в зависимости от используемого оборудования, материала и инструмента. Технические характеристики современного оборудования и инструмента предполагают настройку процесса работы на основе нормативных данных. Нормативные данные приведены в паспорте станка. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 24 Технологические режимы операции механической обработки представлены в таблице 10 Таблица 10 - Технологические режимы операции механической обработки Инструмент Lрх, мм Sм. mm/мин Фреза концевая 148,75+12 60 D12 ГОСТ 17026-71 Фреза D24 249,12+24 60 ГОСТ 17026-71 Шлифовальный 9300 600 круг D12 ГОСТ 2447-82 Sz мм/зуб 0,02 n об/мин N кВт 3000 V мм/мин 350 0,02 3000 350 5,5 5000 450 5,5 5,5 1.10 Нормирование технологического процесса В проектируемом технологическом процессе для изготовления детали вводится несколько операций. Расчет нормы времени ведем на все операции. Норма штучно-калькуляционного времени tшк, мин., для условий средне серийного типа производства определяется по формуле: , (4) где tо – основное время, мин; tвсп – вспомогательное время, мин; tобс – время обслуживания рабочего места, мин; tотд – время на отдых и личные надобности, мин; tпз – подготовительно-заключительное время, мин. Основное время операции наращивание tо, мин, определено при помощи САП Polygon и составляет 20 мин. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 25 Основное время операции механической обработки tо, мин, определяем по формуле То=Lh[/sm (5) Фрезерование паза То= 160,75/60 = 2,68 мин.; Фрезерование паза То = 273,12/60 = 4,55 мин.; Шлифование плоскости и контура То = 9300/600 = 15,5 мин. Определяем вспомогательное время , мин., по формуле: (6) где - вспомогательное время на установку и снятие детали, в приспособлении, мин., - вспомогательное время на приѐмы управления оборудованием, к которым относятся такие элементы как: включить и выключить, установить и снять инструмент, подвести и отвести инструмент, подвести и отвести стол, мин., - вспомогательное время на контрольные измерения, , мин., Tвсп = 25 мин Время на обслуживание рабочего места tобс, мин, определим по формуле: (7) где К – процент времени, 3,6%. Подставив значения в формулу 7, получим: Тобс = 3,6%(20+2,68+4,55+15,5+25)=2,43 мин Время на отдых и личные надобности tотд, мин., определим по формуле: (8) Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 26 где К1 – процент времени 3,6 %. Подставив значения в формулу 8, получим: Тотд = 2,43 мин. Подготовительно-заключительное время tпз, мин, назначаем по нормативам, 7 мин. Штучное время на операцию tшк , мин, составит: Подставив значения в формулу 4, получим: Тшт = 20+2,68+4,55+15,5+25+2,43+2,43+7=79,59 мин Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 27 2 Расчетно-конструкторский раздел 2.1 Разработка комплекта компьютерных(цифровых) моделей Вентилятор - вращающаяся лопаточная машина, передающая механическую энергию газу в одном или нескольких рабочих колесах и обеспечивающая таким образом непрерывное течение газа при его относительной максимальной степени сжатия не более 1,3. Сборочная единица вентилятор состит из восьми озиций. связаны друг с другом и действие одной не возможно без другой. Главным узлом всего является деталь база (рисунок 18), с которым сопрягаются все остальные узлы конструкции. База выполняет функцию подставки для вентилятора, так же содержит в себе отличительную маркировку, которая помогает всегда отличить данный вентилятор от других. Без базы функционирование вентилятора не возможно. Рисунок 18 – Трехмерная модель детали база Следующим важнейшим компонентом является направляющая стойка (рисунок 19), которая определяет положение вентилятора на базе. Она обеспечивает устойчивое его положение, а так же достаточно высокую жесткость конструкции. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 28 Рисунок 19 – Трехмерная модель детали направляющая стойка Стойка (рисунок20), деталь, которая выполняет сразу несколько важнейших функций, а именно: соединяет голову вентилятора и направляющую стойку. Так же повышает жесткость конструкции, соединяется с головой при помощи кронштейна и прямолинейно соединяется с направляющей стойкой, вставая в отверстие внатяг. Рисунок 20 – Трехмерная модель детали стойка Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 29 Кронштейн (рисунок 21) является переходником в соединении головы и стойки. Так же позволяет регулировать угол подъема головы вентилятора, что позволяет вентилировать по разным траекториям. Кронштейн содержит в себе посадочное место под шаровой шарнир. Рисунок 21 – Трехмерная модель детали кронштейн Шаровой шарнир (рисунок 22). Загоняется внатяг в посадочное место кронштейна, на сферу шарнира сажается кожух вентилятора, таким образом обеспечивается поворот головы вентилятора влево-вправо, а так же небольшой ход вверх и вниз. Рисунок 22– Трехмерная модель детали шаровой шарнир Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 30 Кожух (рисунок 23) – один из основных компонентов вентилятора. Защищает всю электронику от внешнего воздействия, от пыли, грязи, жидкости. Имеет небольшие пазы, которые выполняют охлаждающую функцию внутренностей кожуха. На нем базируются лопасти, без которых не обходится ни один вентилятор. Рисунок 23– Трехмерная модель детали кожух Лопасти (рисунок 24) – то, без чего невозможно выполнение функции вентилятора. Для лучшей обдуваемости лопастей создается несколько. Все они вращаются вокруг оси с некоторой скоростью, которая так же может регулироваться. Рисунок 24 – Трехмерная модель детали лопасти Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 31 Завершающим компонентом вентилятора является обтекатель (рисунок 25). Деталь, которая прижимает лопасти к кожуху и не дает им продольно перемещаться, только вращаться. Имеет простую форму короткого ступенчатого вала, с одной стороны которого декоративная сфера. Рисунок 25 – Трехмерная модель детали обтекатель 2.2 Построение главной сборки Настольный вентилятор (рисунок 26-28) является компактным устройством для создания небольшого потока холодного воздуха, позволяющего поддерживать комфортную температуру в некотором радиусе, преимущественно в жарких и душных условиях. Данная модель имеет небольшие габариты, а именно 470x297x220 мм; позволяет удобно регулировать углы наклона вентилятора, что обеспечивает простоту использования, удобство хранения и транспортировки, в случае ее необходимости. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 32 Рисунок 27 – 3D-сборка модели вентилятор вид спереди Рисунок 28 – 3D-сборка модели вентилятор вид сбоку Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 33 Рисунок 29 – 3D-сборка модели вентилятор вид в разрезе Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 34 2.3 Создание сборочного чертежа узла Сборочная единица вентилятор состоит из 9 деталей, сборочный чертеж представлен на рисунке 27. Модель целиком состоит из пластика ABS, а все детали скреплены с корпусом склеивания при помощи горячего клея, или же наплавления с использованием горячего пластика того же типа. Габаритные размеры сборочной единицы составляют: с ГОСТ 2.102-68 сборочный чертеж – изображение сборочной единицы и 470*х298х220 мм. В соответствии это документ, другие данные, содержащий необходимые для еѐ сборки (изготовления) и контроля. Сборочный чертеж сборочной единицы вентилятор представлен на рисунке 30. Спецификацию составляют на отдельных листах на каждую сборочную единицу, комплекс и комплект на формах 1 и 1а приложения А ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. В спецификацию вносят составные части, входящие в специфицируемое изделие, а также конструкторские документы, относящиеся к этому изделию и к его неспецифицируемым составным частям. Спецификация сборочного чертежа вентилятор настольный представлен на рисунке 31. Перечень деталей входящих в сборочную единицу представлен в таблице 11. Таблица 11 – Перечень элементов сборочной единицы вентилятор настольный. Позиция 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Наименование База Направляющая стойка Стойка Кронштейн Шаровый шарнир Кожух Крышка кожуха Обтекатель Лопасти Винт М6 ГОСТ 22034-76 Количество 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 35 Рисунок 30 – Вентилятор настоьный, сборочный чертеж Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 36 Рисунок 31 – Вентилятор настольный, спецификация Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 37 2.4 Расчет размерной цепи узла Современные тенденции развития машиностроительного производства, ориентированного на коренное повышение качества машиностроительной продукции, на широкое применение прогрессивных конструкционных и инструментальных материалов, упрочняющей технологии, на комплексную автоматизацию на основе применения станков с ЧПУ и САПР, требуют подготовки квалифицированных специалистов, обладающих не только глубокими теоретическими знаниями, но и способных практически их использовать в своей производственной деятельности. В этой связи инженеры должны владеть методами оценки обеспечения качества изделий, расчета и анализа технологических размерных цепей, размерного анализа технологических процессов, выбора рациональных схем базирования заготовок, расчета погрешностей, определяющих точность механической обработки, расчета припусков, оптимальных режимов обработки, в том числе обеспечивающих получение заданных параметров качества деталей, норм времени и технологической себестоимости. Они должны обладать также практическими навыками по проектированию технологических процессов механической обработки, в том числе при использовании технологического оборудования с ЧПУ и аддитивного оборудования. Расчет размерных цепей ведем на основе чертежа детали (рисунок 32). Вычерчиваем чертеж детали с указанием буквенных обозначений конструкторских размеров (Ai) с указанием их номинальных значений и допусков (рисунок 33). На чертеже детали указать технологические размеры (Вi), обеспечивающие конструкторские размеры (рисунок 33). Пронумеровать все поверхности детали в порядке возрастания. Построить граф размерных связей. Данный граф в символической форме отображает размерные связи между поверхностями детали. В нем поверхности детали изображаются окружностями в которых задан номер поверхности, а размерные связи дугами на которых записаны обозначения размеров (рисунок 34). Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 38 Рисунок 32 – Чертеж детали база Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 39 Рисунок 33 - Чертеж детали с указанием буквенных обозначений технологических размеров Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 40 Рисунок 34 – Граф размерной цепи. Выявить размерные цепи. Для этого необходимо на графе определить замкнутые контура. При обводе каждого контура можно только по одному разу входить в вершину графа и выходить из нее. Размерными цепями являются контура: А1В1, 2) А2В2. 3) А3В3, 4) А4В4, 5) А5В5, 6) А6В6, 7) А7В7, 8) А8В8,9) А9В9, 10) А10В10, 11) А11В11, 12) А12В12, 13) А13В13, 14) А14В14, 15) А15В15. Все размерные цепи имеют в своем составе два звена. Вычертить размерные цепи с указанием типа технологических размеров (увеличивающих и уменьшающих звеньев) и номинальных значений конструкторских размеров с допусками рисунок 35. Количество размерных цепей равно количеству конструкторских размеров (Аi). Так как в детали размерные цепи однозвенные, нет необходимости прочерчивать 15 размерных цепей, достаточно только один, также и расчет вести только для одной размерной цепи. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 41 Рисунок 35 - Технологические размерные цепи Произведем расчет технологических размерных цепей, т.е. определить номинальные значения, предельные отклонения и допуски технологических размеров, обеспечивающих данный конструкторский размер. Вначале из двухзвенных размерных цепей определяют технологические размеры. Из размерной цепи 1 определяем технологический размер В 1: B1=A1=220-0,05 Из размерной цепи 2 определяем технологический размер В 2: В2 = А2 = технологический размер В3: В3 = А3 = 298-0,05 Из размерной цепи 3 определяем 185-0,05. Расчет технологических размерных цепей показывает что данная сетка технологических размеров обеспечивает требуемую точность конструкторских размеров. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 42 Заключение В данном курсовом проекте рассматриваются темы послойного синтеза полученной на основе сборочного чертежа 3D модели. В 1 разделе описывается 3D-принтер, используемый как предмет. С его помощью осуществлялось наращивание детали. Присутствует небольшое описание комплектующих, описание программы, используемой для создания 3D модели. Описана подготовка детали к наращиванию, расходные материалы, используемые при этом процессе. Дана краткая характеристика таким материалам, а так-же описан инструмент, необходимый для зачистки детали, снятой с рабочего поля 3Dпринтера. Подобрано технологическое оборудование, необходимое для доводки заготовки до состояния детали, которую можно использовать. Определены оптимальные условия хранения расходного материала, используемого при 3Dпечати, для улучшения качества будущей детали. Во 2 разделе описан каждый компонент сборочной единицы и технологическое назначение, сформирован сборочный чертеж, спецификация, произведен рассчет размерных цепей одной из деталей. Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 43 Список используемых источников 1. ГОСТ 17026-71 Фрезы концевые с коническим хвостовиком 2. ГОСТ 2447-82 Головки шлифовальные. Технические условия (с Термины и Изменениями №1,2, с Поправкой) 3. ГОСТ 34002-2016 (ISO 13349:2010) Вентиляторы. классификация 4. https://rustan.ru/t_574_jbg-200.htm 5. https://3dtoday.ru/blogs/zona-3d/proper-storage-of-plastic-for-3d-printing-/ 6. https://pplist.ru/infopolimer/abs-plastik/chto-takoe-abs-plastik.html 7. https://3dtoday.ru/wiki/3Dprinter/ 8. https://technoprist.ru/catalog/3d-printery/3d-printery-plastik/stratasys-f270/ 9. https://saransk.vseinstrumenti.ru/ruchnoyinstrument/izmeritelnyj/shtangentsirkuli/chiz/shts-2-300-0-05-gub-60mm29126/?utm_source=market&utm_medium=price&utm_campaign=ruchnoyinstrument+%7C+saransk&utm_content=izmeritelnyj+%7C+chiz+%7C+92904 1&utm_term=929041&ymclid=16030714514632455021500002 Лист СПЭК 15.02.09. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 44
