مقاله طراحی و ساخت قالب تزریق موم یک نمونه پره متحرک توربینگازی با رویکرد به تکنولوژیهای نمونه سازی سریع((RP و ابزارسازیسریع((RT

word قابل ویرایش
12 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

چکیده
در این مقاله که با پشتیبانی شرکت گاز و همراهی سه دانشگاه بصورت همزمان انجام پذیرفته است، طراحی و ساخت قالب تزریق مدل مومی یک نمونه پره متحرک توربین گازی با استفاده از تکنولوژیهای نمونه سازی سریع((RP وابزارسازی سریع((RT با هدف کاهش چشمگیر زمان و هزینه انجام عملیات تولید مدل مومی مورد استفاده در فرآیند ریخته گری دقیق، صورت پذیرفته است. در این راه تکنیک نمونه سازی سریع استریولیتوگرافی (Stereolithograthy) و دو تکنیک ابزارسازی سریع به نامهای روش ابزارسازی اپوکسی (Epoxy Molding) و روش ابزارسازی RTV مورد استفاده قرار گرفتهاند. در نهایت نتایج حاصل از کاربرد این دو روش با نتایج کاربرد روش ساخت قالب فلزی برای تولید مدل مومی، بر اساس پارامترهای زمان، هزینه و دیگر ویژگیهای بدست آمده، مقایسه شدهاند.

-۱ مقدمه
۱-۱ پیشزمینه
ریختهگریدقیقیکروشاقتصادیبرایتولیدانبوهقطعاتفلزیباشکلهایپیچیدهوازآلیاژهایگوناگونمیباشد. ازسویدیگرزمانوهزینهموردنیازبرایساختقالبهایفلزیجهتتولیدمدلمومیمورداستفادهدرفرآیندریختهگری
دقیق،میتواندباعثافزایشچشمگیرهزینههاشدهومزایایاستفادهازاینروشخصوصاًرادرمواردیکهتولیدتعدادمعدودیقطعهموردنظرباشد،کاهشدهد. تکنولوژیهاینمونهسازیسریعRPوابزارسازیسریعRTکهدردودههاخیرمطرحگشتهاندمیتوانندبهطورموثریزمانوهزینهطراحیوتولیدمحصولاتراکاهشدهند. یککاربردموردانتظارازاینروشها،تولیدمستقیمیاغیرمستقیممدلهایمومیموردنیازصنایعریختهگریدقیقمیباشد.از سوی دیگر پرههای ثابت و متحرک مورد استفاده در توربینهای گازی قطعاتی استراتژیک و پراستفاده در صنایع مهم همچون نیرو، نفت و گاز ، پتروشیمی و صنایع دفاعی میباشند کهمعمولاٌ با بهرهگیری از روش مهندسی معکوس در کشور ساخته میشوند.
با توجه به شرایط کاری بسیار سخت این پرهها که ناشی از فعالیتشان در محیطی با دمای بالا حاوی ترکیبات خورنده و ساینده و همچنین اعمال تنشهای گوناگون مکانیکی و حرارتی بر آنها میباشد، میبایستی از موادی ساخته شوند که قابلیتهای مکانیکی و متالورژیکی لازم برای کار در چنین شرایطی را داشته باشند. این مواد اغلب سوپرآلیاژهایی هستند کهمعمولاً دارای قابلیت ماشینکاری ضعیفی بوده و انجام عملیات سنتی ماشینکاری همچون فرزکاری در مورد آنها بسیار سخت و غیراقتصادی میباشد.
از سوی دیگر با توجه به تلرانسهای بسته اعمالشده بر پرههای توربین نیاز به فرآیند تولیدی است که با استفاده از آن بتوان شکل نهایی قسمتهای حساس قطعه را تا وضعیتی بسیار نزدیک به شکل نهایی تولید کرد به گونهای که حداقل عملیات برای نهاییسازی آن لازم باشد. لذا امروزه اغلب پرههای متحرک و ثابت توربینهای گازی از طریق فرآیند ریخته گری دقیق تولید میگردند.[۱] برای تولید مدل مومی مورد نیاز در فرآیند ریخته گری دقیق برای قطعات خاصعموماً از قالبهای فلزی که به روش ماشینکاری ساخته میشوند، استفاده شده است. زمان و هزینههای مورد نیاز برای ساخت چنین قالبهایی میتواند باعث افزایش زمان و هزینه کل فرآیند شده و مزایای آنرا تا حد زیادی کاهش دهد.

-۱-۲ فرآیندهای نمونه سازی سریع و ابزارسازیسریع مورد استفاده
کاربرد تکنولوژیهای نمونه سازی سریع (RP) برای تولید مدلهای مورد استفاده در ریخته گری دقیق را میتوان از دو طریق مورد بررسی قرار داد:
الف-روش مستقیم ب-روش غیرمستقیم
استفاده مستقیم از نمونه سازی سریع می تواند منجر به ایجاد مدلهایی از جنس پلاستیک، موم یا کاغذ شود که از آنها میتوان به طور مستقیم در فرآیند قالبگیری سرامیکیریخته گری دقیق بهره جست. اساس چنین فرآیندی بر ذوبشدن یا سوختن مواد سازنده این مدلها و خروج آنها از قالب پوستهای سرامیکی بدون صدمه زدن به آن استوار است . [۲ ] از سوی دیگر با استفاده از تکنولوژای نمونه سازی سریع میتوان به طور غیرمستقیم نیز به تولید مدلهای مومی پرداخت. در این راه، ساخت مستقیم قالب برای تولید مدل مومی با استفاده از دستگاه نمونه ساز سریع و داده های هندسی قطعه ساخته خواهد شد .

فعالیت صورتگرفته در این مقاله شامل استفاده از تکنولوژی نمونه سازی سریع استریولیتوگرافی (Stereolithograthy) برای ساخت مدل اصلی (Master Model) پره متحرک ردیف اول توربین گازیRuston Ta 1750 با توان ۱/۳ مگاوات مورد استفاده در صنعت صادرات نفت و سپس استفاده از این مدل اصلی برای ساخت قالب تولید مدل مومی پره مذکور به دو روش ابزارسازی سریع به نامهای روش ابزارسازی اپوکسی (Epoxy Molding) و روش ابزارسازی RTVمیباشد. لازم به ذکر است که روش فوق الذکر با مشارکت دانشگاه و شرکت گاز برای اولین بار است که در کشور صورت میپذیرد.
-۲ متدولوژی
برای ساخت مدل فیزیکی قطعه بوسیله دستگاه نمونه سازی سریع ابتدا مدل سه بعدی با استفاده از نرم افزار ( ( Power shape که دربردارنده همه اطلاعات لازم از قطعه میباشد به فرمت مناسبی ذخیره میگردد ، البته این مرحله بعد اندازه گیری بوسیله دستگاه CMMمیباشد (شکل . (۱ مدل ایجاد شده در این مرحله ، مدل خالص (Pure Model) نام دارد. سپس ملاحظات و پارامترهای ساخت بر مدل خالص اعمال ، به گونهای که ابتدا اضافه اندازه ماشینکاری در نواحی موردنیاز منظور و سپس بزرگنماییهای مورد نیاز به طور جداگانه و به اندازههای ۳/۵ و ۳/۸ درصد اندازه اولیه بر مدل به ترتیب برای استفاده از آن در روشهای قالبگیری اپوکسی و قالبگیری RTV اعمال شدند. علت اعمال این بزرگنماییها جبران انقباض موم تزریقی در قالب، انقباض آلیاژ ریختگی و همچنین انقباض احتمالی مواد سازندهقالب میباشد. در حین انجماد میباشد. مقادیر بزرگنمایی مذکور با استناد به منابع ارائه شده توسط شرکت گاز ، انتخاب شده است (شکل (۲، . [۳ ]
-۳ عملیات نمونه سازی سریع (RP) وابزارسازی سریع (RT)
-۳-۱نمونه سازی سریع و کنترل ابعادی
مدلهای کامپیوتری تهیهشده از قطعه که به فرمت STLذخیره شدهاند پس از انجام پارهای عملیات تکمیلی نرمافزاری همچون بازبینی مجدد، ساپورتگذاری و تعیین راستای ساخت، به دستگاه نمونه ساز سریع ارسال شدند.
فرمت STL یک فرمت بین سازمانی صنایع نمونه سازی سریع است که در آن سطوح مدل قطعه بوسیله مثلهای کوچکی تقریب زده میشوند. از آنجا که مدل از رزین مایع ساخته میشود برای نگهداری و ممانعت از حرکت آن در محوطه پاتیل ساخت، نیاز به ایجاد ساپورتهای نگهدارنده است(شکل .(۳ ساخت مدلها در دستگاه نمونه ساز سریع SLA5000 و از رزین فتوپلیمر Cibatool 5195 صورت پذیرفت. ضخامت لایه های سازنده قطعه ۱۰۰ میکرون در نظر گرفته شدند. پس از ساخت، عملیات تکمیلی شستشوی رزین اضافی، ساپورتزدایی، پخت نهایی در کوره UV و بهبود کیفیت سطحی بوسیله سندبلاست صورت پذیرفت(شکل .(۴
در مرحله بعد و پیش از استفاده از مدل ساختهشده بوسیله نمونه سازی سریع در فرآیند ابزارسازی سریع، بدلیل تاثیر مستقیم صحت ابعادی مدل ساختهشده بر دقت نهایی قالب، بازرسی ابعادی قطعه بوسیله دستگاه اندازهگیری مختصاتی مجهز به نرمافزار مخصوص مقایسه صورت پذیرفت. نتایج بدستآمده در بازه تلرانسی ۰/۰۵میلیمتر مورد بررسی قرار گرفتند و در نهایت متوسط مقدار انحراف از اندازه اصلی در حدود +۰/۰۳۵ میلیمتر بدست آمد (شکل .(۵

-۳-۲ ابزارسازی سریع
الف- ابزارسازی اپوکسی
در ابتدا مدل بدستآمده از نمونه سازی سریع در امتداد خطوط جدایش محصول و در درون یک کلاف آلومینیمی، جانمایی و تنظیم گردید. طراحی و ساخت کلاف مذکور به منظور تسهیل در عملیات قالبگیری و اطمینان از صحت کارکرد قالب صورت پذیرفت. مواد اپوکسی مورد استفاده از نوع EP310 و ساخت شرکت MCP HEK آلمان میباشند. پس از آمادهسازی مواد اپوکسی با انجام عملیاتی چون اختلاط و گاززدایی و محاسبه مقدار مواد مورد نیاز، این مواد بر روی قطعه جانماییشده در طول خط جدایش محصول در درون کلاف فلزی ریخته شده و آنرا پر کرد.
پس از انجام عملیات تکمیلی گاززدایی، مجموعه در محیط آزاد به مدت زمان کافی جهت تشکیل نیمه اول قالب قرار داده شد. پس از این مرحله نیمه دوم قالب هم بر روی نیمه اول و با روشی مشابه آنچه ذکر گردید آماده شد و در مرحله آخر عملیات پخت نهایی و پولیشینگ برای نهاییسازی قالب به اجرا درآمد(شکل .(۶
ب- قالبگیری RTV
در این روش مدل اصلی بدستآمده از نمونه سازی سریع در امتداد خطوط جدایش محصول تنظیم شده و کل مجموعه در درون یک چارچوب ساختهشده از تکههای مناسب چوبی محصور شد. میله راهگاهی نیز به مجموعه اضافه گردید و سپس مواد سیلیکونی VTV750 ساخت شرکت MCP HEK آلمان پس از آمادهسازی که مراحلی همچون توزین و گاززدایی را شامل میگردید به درون محفظه چوبی ریخته شد. نیمه اول قالب بدین ترتیب ساخته شده و گاززدایی گردید. سپس نیمه دوم قالب به طریقی شبیه آنچه در آمادهسازی نیمه اول صورت پذیرفت بر روی آن ساخته شد (شکل .(۷

-۴ عملیات تولید مدل مومی پره
-۴-۱ تولید نمونه مومی بوسیله قالب اپوکسی

در این مرحله قالب موردنظر بر روی یک دستگاه تزریق موم با نازل عمودی بسته شده و تعیین شرایط مناسب تزریق با انجام آزمایش صورت پذیرفت. سپس تعدادی نمونه با استفاده از موم مذاب با دمای حدود ۶۵ درجهسانتیگراد و در فشار تزریق (bar) 40 تولید شدند (شکل.(۸

-۴-۲ تولید نمونه بوسیله قالب RTV
در این عملیات ابتدا قالب به مدت ۲ ساعت در کوره با دمای ۷۰ درجه سانتیگراد پیشگرم شده و سپس مواد مذاب مومی در شرایط خلا، به داخل قالب ریخته شد(شکل .(۹
-۵ نتایج و بحث
-۵-۱ روش ابزارسازی اپوکسی
قالب تولید شده به روش ابزارسازی اپوکسی تمامی جزئیات مدل اصلی مورد استفاده در ساخت آنرا به خوبی بروز داد. نواحی باریک یا دارای گوشه های تیز قطعه به خوبی در قالب منعکس شدند. این موضوع مزیت مهمی در مقایسه با روش ساخت قالب فلزی میباشد. زیرا ماشینکاری چنین نواحی در ساخت قالبهای فلزی مشکل بوده و نیازمند بکارگیری ترفندهای خاص است. به عنوان مثال بدلیل وجود شعاع ابزار، در ماشینکاری گوشه ها نواحی فیلتدار ایجاد میشود. در این حالت برای ایجاد نواحی تیز بایستی از عملیات تکمیلی مانند ماشینکاریEDM بهره گرفت و یا اینکه با چندتکه کردن قالب به ماشینکاری آن پرداخت. چنین مسالهای میتواند منجر به اعمال زمان و هزینه اضافی و در بسیاری موارد کاهش دقت ساخت شود. در ضمن ماشینکاری نواحی با شعاع فیلت کوچک نیاز به تهیه ابزاری با شعاع حداکثر همان اندازه دارد که چنین موضوعی نیز افزایش زمان و هزینهها را به جهت نیاز به تهیه ابزار مناسب در پی دارد. همراستایی (Alignment) اجزای قالب نیز به دلیل ماهیت ریختنی مواد اپوکسی در اینگونه قالب به خوبی تامین شده است. چنین موضوعی در مورد قالبهای فلزی بدلیل نصب و مونتاژ اجزاء بوسیله پیچ و پین با صرف زمان و هزینه بیشتری امکانپذیر است. ویژگیهای کیفی قالب تولیدشده به روش ابزارسازی اپوکسی در جدول ۱ ارائه شده است.
در هنگام تولید مدل مومی نیز با وجود تفاوت در ضریب انتقال حرارت مواد اپوکسی با مواد رایج در ساخت قالبهای فلزی همچون فولادهای ابزاری و آلیاژهای آلومینیم، انتقال حرارت مواد تزریقی به اطراف بسیار خوب صورت گرفته و سیکل زمانی تزریق تفاوت بارزی با آنچه در مورد قالبهای فلزی بکار میرود نداشت. مواد تزریق شده به طور کامل تمامی جوانب و زوایای قالب را پر کرده و مدلی با سطح پرداخت خوب با خطوط جدایش یکنواخت در مناطق حساس بدست آمدند. صافی سطح میانگین، در روش قالب اپوکسی پیش از انجام پولیش بر روی آن با صافی سطح مدل مومی تولیدی از قالب پولیششده در جدول (۲) ارائه شدهاست. عملیات مذکور بوسیله دستگاه زبریسنجی Taylor Hobson صورت پذیرفت. اعداد ارائهشده در این جدول مبین قابلیت پولیش پذیری بسیار خوب قالب اپوکسی هستند.
عملیات کنترل ابعادی مدل مومی تولیدشده بوسیله یک دستگاه ATOS 3D Scan III و به صورت غیرتماسی انجام شد (شکل .(۱۰ نتایج بدستآمده حاکی از اختلاف میانگین +=۰/۰۴ میلیمتری در مقایسه با مدل کامپیوتری قطعه بود. ضمن اینکه اکثر نقاط اندازهگیری شده در بازه۰/۱۵ میلیمتری تلرانس تعیینشده قرار داشتند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 12 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد