Дипломная работа (ВКР) — колледж, техникум на тему Использование аддитивных технологий в литейном производстве для изготовления изделий из алюминия

Содержание:

Введение 3

1.Обзор литературы по аддитивному производству 4

1.1 Аддитивное производство металлических систем 4

1.2 Применение аддитивного производства металлов 13

1.3 Преимущества аддитивного производства для металлических систем 19

1.4 Недостатки аддитивного производства 19

2 Обзор технологии FDM 21

2.1 Принцип работы 21

2.2 Материалы 22

2.3 Достоинства и недостатки 34

3 Разработка восковой формы для заливки алюминием 37

3.1 Выбор материала 37

3.2 Определение точности отливки 38

3.3 Анализ технологичности изготовления 38

3.4 Расчет литниковой системы 39

3.5 Конструкция пресс-формы 42

4 Сравнительные экономические характеристики разработки 52

4.1 Экономическая модель 52

4.2 Анализ жизненного цикла 59

4.3 Экономический анализ 62

5 Экологическая оценка 72

Заключение 76

Библиографический список 79

 

Введение:

Международная организация, разрабатывающая и издающая добровольные стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг (ASTM International) [1] определяет аддитивное производство (AП) как “процесс соединения материалов для создания объектов из данных 3D-модели, обычно слой за слоем, в отличие от методов субтрактивного производства”. В литературе существуют различные классификации процессов АП. Классификации включают: в зависимости от основного материала, такого как полимеры, керамика и металлы [2]; косвенные и прямые процессы в зависимости от способа склеивания [3]; и в зависимости от состояния исходного сырья, такого как жидкое, расплавленное, порошковые и твердосплавные процессы [3-5]. В этой работе представлен обзор различных процессов обработки металлов давлением, их преимуществ и применений. В нем также содержится всесторонний обзор влияния параметров процесса аддитивных технологий на свойства материала. В документе освещаются основные проблемы, стоящие перед широким промышленным применением.

В дипломной работе выполняется проектирование пресс-формы для изготовления отливки «Гайка стяжная D90». Гайка опалубки стяжная используется для скрепления и удержания в проектном положении щитов опалубки друг напротив друга. Гайка стяжная надежна, используется в комплекте с винтом и шайбами.

Проектирование производилось на основе исходного элемента – чертежа готовой делали. При проектировании необходимо было учитывать основные принципы:

— выбранный метод изготовления должен быть экономически выгодным и соответствовать заданной серийности;

— отливка должна соответствовать 8 классу точности;

Разрабатывался проект с использованием ЭВМ (пакет 3D моделирования КОМПАС 3D).

Заключение:

Целью данной работы был анализ использования аддитивных технологий в литейном производстве для изготовления изделий из алюминия. Рассмотренный обзор в дипломе показал, что детали с добавкой отличаются от деталей с обработкой тем, что они могут иметь множество дефектов, включая, но не ограничиваясь ими, пустоты, недостаточную адгезию между последующими нанесенными слоями и некачественные механические / усталостные свойства. Разработки в области аддитивного производства металлов открывают значительные возможности для создания новых видов продукции. Приоритеты исследований и разработок обсуждались в литературе. Краткое изложение основных вопросов исследования включает в себя:

1. Изучение влияния параметров процесса на характеристики поверхности, механические свойства и характеристики материала деталей путем моделирования и/или экспериментальных работ.

2. Разработка новых материалов на основе возможностей аддитивных процессов.

3. Установление правил и протоколов проектирования для аддитивного производства.

4. Создание системы управления технологическим процессом в режиме реального времени для систем аддитивного производства.

5. Изучение гибридного производства и аддитивного производства из нескольких материалов.

6. Повышение производительности систем аддитивного производства.

Новые процессы аддитивного производства металлов имеют много ограничений и проблем по сравнению с широко изученными процессами субтрактивного производства. Повторяемость процесса, сложные термические напряжения и влияние процесса на микроструктуру материала являются самыми большими проблемами для промышленного применения аддитивного производства, особенно в аэрокосмической промышленности. Эти факторы влияют на плотность присадок и, следовательно, на все механические свойства и характеристики материала. В настоящее время существует два варианта преодоления этих проблем. Первое и наиболее распространенное решение заключается в улучшении качества деталей с добавками с помощью тщательно контролируемых методов последующей обработки. Второе и менее устоявшееся решение заключается в оптимизации и контроле параметров процесса для получения высококачественных деталей.

В этой работе были проанализированы различные технологии аддитивного производства в datail и проведено их сравнение с точки зрения реализации компонентов из термопластичных материалов. Был проведен общий анализ как технико-экономического, так и экологического характера, чтобы получить более четкое и полное представление о рассматриваемых технологиях. Технологии, которые были подробно проанализированы, — это селективное лазерное спекание (SLS), моделирование наплавленного осаждения (FDM) и инновационная многоструйная система HP multi-jet технология термоядерного синтеза (MJF).

Было подтверждено, что независимо от конкретной технологии, в настоящее время аддитивное производство по-прежнему страдает от слишком длительного времени для аддитивного конструирования, особенно для крупных компонентов, что ограничивает его применение на практике быстрым прототипированием.

Преимущество технологий SLS или MJF связано с возможностью одновременной реализации нескольких компонентов благодаря возможности обработки всей поверхности конструкции с помощью лазерного или лампового источника тепла без значительного увеличения времени спекания или плавления по сравнению со случаем один компонент. С другой стороны, для технологии FDM невозможно работать с несколькими деталями одновременно, что приводит к значительному увеличению времени обработки в случае партий из нескольких компонентов. Мы также должны учитывать, что машины АП характеризуются небольшими рабочими камерами, и зависимость скорости строительства объекта от используемого материала все еще сильна.

Экономический анализ показал, что машина Fortus, в которой используется FDM, характеризуется самой низкой производительностью при самых высоких общих затратах на производство одного компонента внутри партии из-за невозможности одновременного производства нескольких компонентов. Кроме того, машина FDM характеризуется более низким UCM и более низкой прибылью почти для всех геометрий, которые были проанализированы в настоящей статье.

Анализ воздействия на окружающую среду, выполненный в рабочем цикле одной и той же партии элементарных компонентов на разных машинах, показал, что технология, оказывающая наибольшее воздействие на окружающую среду, — это FDM, в то время как технология, характеризующаяся незначительными эффектами, — многоструйный термоядерный синтез. Поведение машин SLS является промежуточным, прежде всего из-за значительного потребления ископаемого топлива, которое необходимо для обеспечения электрической энергией производственной машины.

Фрагмент текста работы:

1.Обзор литературы по аддитивному производству

1.1 Аддитивное производство металлических систем

Аддитивные технологии — это относительно новые технологии производства, разработанные только в 1986 году Чарльзом У. Халлом [6]. С тех пор были внедрены различные процессы. На рисунке 1.1 и 1.2 показаны классификации различных процессов аддитивных технологий в зависимости от состояния исходного материала.

Процессы аддитивного производства (АП) классифицируются на семь основных категорий в зависимости от метода адгезии и склеивания. К этим категориям относятся: фотополимеризация, струйное нанесение материала, экструзия материала, сплавление порошкового слоя, струйное нанесение материала, прямое энергетическое осаждение и ламинирование слоев.

Рисунок 1.1 — Методы адгезии и склеивания в аддитивном производстве

Рассмотрим наиболее распространенные технологические процессы: стереолитография (SLA), наплавленного осаждения (FDM) и селективное лазерное плавление (SLM).