Способ изготовления моделей и деталей сложной формы

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления моделей для литья или производства деталей сложной формы. Способ изготовления деталей сложной формы и моделей включает послойную укладку листового материала с термочувствительным связующим, нагрев каждого слоя и прокатку, прорезывание контура в каждом из слоев с последующим удалением вырезаемой части, при этом нагрев проводят непосредственно перед прокаткой, прокатку осуществляют холодным валиком, а удаление вырезаемой части осуществляют в каждом слое в процессе прорезывания контура. Вырезаемую часть рассекают на фрагменты и удаляют струей воздуха или испарением листового материала. Повышается точность изготавливаемых деталей и снижаются трудозатраты на их изготовление. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления моделей для литья или производства деталей сложной формы.

Известен способ изготовления модели с криволинейными контурами, например гребных винтов, который включает послойное нанесение проекций сечений винта на несколько досок, вырезание контуров с последующим соединением досок и удалением образовавшихся выступов (авт.св. СССР N 944735, кл. B 22 C 7/00, 1982).

Недостатком известного способа является его высокая трудоемкость, большое количество требуемого ручного труда и невысокая точность изготовления.

Известен способ изготовления моделей сложной формы, в соответствии с которым на основании собираются листовые контуры заданной формы из термопластического материала в соответствии с чертежом детали и заданным количеством сечений. После соединения очередного контура (или группы контуров) полости, формируемые этими контурами, заполняются композиционными самотвердеющими материалами детали. После затвердевания композита для изъятия детали листовые контуры удаляют (авт.св. СССР N 1468717, кл. B 22 C 7/00, 1989).

Недостатком известного способа является высокая трудоемкость и сравнительно невысокая точность изготовления деталей, что требует дальнейшей обработки.

Известен способ изготовления деталей сложной формы, включающий послойное нанесение термически твердеющей смеси и обработку нанесенного каждого слоя электромагнитным излучением (заявка PCT N 95/32824, кл. B 22 C 7/02).

Недостатком известного способа является его малая производительность и невысокая точность изготовления, требующая последующей доводки.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления моделей и деталей сложной формы, известный из рекламного проспекта фирмы "HELISYS" и реализуемый с помощью установки типа "LOM-2030 H". Способ заключается в следующем.

На основании укладывается слой за слоем бумага с термочувствительным связующим. Для соединения листов между собой каждый последующий слой прокатывается нагреваемым валиком. После прокатки в каждом слое лучом технологического лазера, управляемого компьютером, вырезается контур этого слоя, а часть листа внутри детали и внешний технологический припуск, которые должны быть удалены, размечаются. После того как слой за слоем будет сформирована деталь, излишки удаляются.

Недостатком известного способа является то, что для получения готового изделия необходимо вручную удалить излишки материала, что бывает трудно в случае деталей сложной формы. Удаление излишков из внутренних полостей детали и внешнего технологического припуска только после формирования всей детали обусловлено тем, что получаемая данным способом деталь (модель) может быть сдеформирована в процессе изготовления, так как валик прокатывают очередной слой со значительным усилием (до 18 кг). Такое усилие необходимо прикладывать для того, чтобы обеспечить надежный тепловой контакт межу нагретым валиком и наносимым верхним слоем бумаги с термоклеем, а также для удаления излишков термоклея при одновременной калибровке толщины наносимого слоя. Снижение усилий приводит к тому, что очередной слой наносится с морщинами и непроклеями, что недопустимо при данной технологии изготовления, поскольку приводит к нарушению соответствия между вырезаемым контуром и реальной высотой формируемой детали в данном слое.

Предлагаемый способ направлен на повышение точности изготавливаемых деталей и снижение трудозатрат на их изготовление.

Указанный результат достигается тем, что способ изготовления моделей и деталей сложной формы включает послойную укладку листового материала с термочувствительным связующим, нагрев каждого слоя и прокладку, прорезывание контура в каждом из слоев с последующим удалением вырезаемой части, при этом нагрев проводят непосредственно перед прокаткой, прокатку осуществляют холодным валиком, а удаление вырезаемой части осуществляют в каждом слое в процессе прорезывания контура.

Указанный результат достигается также тем, что вырезаемую часть рассекают на фрагменты и удаляют струей воздуха; удаление вырезаемой части осуществляют испарением листового материала.

Отличительными признаками предлагаемого способа изготовления моделей и деталей сложной формы являются нагрев укладываемого слоя осуществляют перед прокаткой; прокатку осуществляют холодным валиком; удаление вырезаемой части осуществляют в каждом слое в процессе прорезывания контура; вырезаемые части рассекают на фрагменты и удаляют струей воздуха; удаление вырезаемой части осуществляют испарением листового материала.

Осуществление нагрева укладываемого слоя перед прокаткой позволяет снизить требуемое усилие для прокатки, а значит, исключить вероятность деформации изготавливаемой детали при прокатке и дает возможность удалять вырезаемые части, не дожидаясь окончания процесса формообразования.

Удаление вырезаемой части в каждом слое в процессе прорезывания контура позволяет получить изделие с более гладкими стенками и снизить трудозатраты на изготовление, так как отпадает необходимость в доводочных операциях. Кроме того, если изготавливается деталь сложной конфигурации с различными внутренними полостями, то удаление только надсеченной вырезаемой части, как это осуществляют в прототипе, становится сложной проблемой, требующей больших трудозатрат или разрезания изготовленной детали на части, удаление вырезаемой части и соединение детали в единое целое. Если же вырезаемую часть контура удалять послойно, то эти проблемы устраняются. В свою очередь, послойное удаление вырезаемой части становится возможным благодаря снижению усилия прокатки, а усилие прокатки снижается благодаря тому, что укладываемый слой нагревают непосредственно перед прокаткой, а не во время ее.

Осуществление прокатки холодным валиком предотвращает коробление укладываемого листового материала и образование морщин, так как в результате эффективного теплоотвода термочувствительное связующее тут же застывает под валиком.

В результате в конечном итоге изготавливаемое изделие получается с более гладкими стенками, так как отсутствуют дефекты, обусловленные короблением укладываемых слоев.

Для удаления вырезаемой части каждого слоя могут использоваться два практически равнозначных приема. В первом случае в процессе прорезания контура вырезаемая часть рассекается на фрагменты, которые удаляются струей воздуха. Во втором случае прорезывание контура осуществляется по сути дела испарением той части листового материала, которая не используется при формообразовании детали.

Сущность предлагаемого способа изготовления деталей и моделей сложной формы поясняется примерами его реализации.

Пример 1. В общем случае способ реализуется следующим образом.

Информация об изготавливаемой детали наносится в персональный компьютер, оснащенный соответствующим программным обеспечением. В начале на платформу технологической установки укладывается несколько слоев листового материала, покрытого термочувствительным связующим. Это может быть, например, бумага, как это предусмотрено в прототипе, или любой другой материал из числа известных. Затем включается технологический лазерный комплекс, управляемый компьютером, который в соответствии с заложенной в нем программой прорезывает заданный контур данного слоя, рассекая вырезаемую часть на фрагменты с характерным размером в плоскости листа до 20 мм, удаляемые из зоны обработки струей воздуха. Затем на первый вырезанный слой накладывается второй слой листового материала либо из рулона, как в прототипе, либо из стопы заранее нарезанных под размер листов. Второй слой нагревается с помощью любого из числа известных нагревателей до температуры размягчения термочувствительного слоя, после чего нагрев прекращается, и нагретый слой прокатывается холодным валиком, в результате чего оба слоя становятся соединенными. После этого снова включается лазер и во втором слое прорезывается контур с удалением вырезаемой части, как это было проведено с первым слоем. Мощность излучения лазера подбирается таким образом, что прорезывается только один верхний слой листового материала. После завершения прорезывания контура во втором слое и удаления вырезаемой части на второй слой накладывается третий и цикл повторяется.

Пример 2. Способ осуществляется, как раскрыто в примере 1, за исключением операции удаления вырезаемой части контура.

Она осуществляется следующим образом.

После нанесения очередного слоя лазер сканирует по поверхности удаляемого материала любым из известных способов: строчной разверткой, "контур в контур", по спирали и т.п. При этом мощность лазера подбирается так, чтобы обеспечить испарение листового материала только в верхнем слое.

В результате реализации предлагаемого способа получают детали сложной формы с гладкими поверхностями. Способ позволяет изготавливать тонкостенные изделия без их деформации в процессе изготовления и снижает трудозатраты за счет исключения доводочных операций.

Формула изобретения

1. Способ изготовления моделей и деталей сложной формы, включающий послойную укладку листового материала с термочувствительным связующим, нагрев каждого слоя и прокатку, прорезывание контура в каждом из слоев с последующим удалением вырезаемой части, отличающийся тем, что нагрев производят непосредственно перед прокаткой, прокатку осуществляют холодным валиком, а удаление вырезаемой части осуществляют в каждом слое в процессе прорезывания контура.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вырезаемую часть рассекают на фрагменты и удаляют струей воздуха.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление вырезаемой части осуществляют испарением листового материала.