Литье шнеков с повышенным ресурсом
Литье шнеков с повышенным ресурсом
Контекст
О компании
Компания РВС 3D, разработчик и производитель строительных 3D-принтеров для печати бетоном, столкнулась с быстрым износом шнеков экструдера из-за абразивной среды, а также с высокой сложностью и длительностью процесса вытачивания шнека.
Проблемы
• Шнеки фрезеровались из кругляка, 78% металла уходило в стружку, процесс занимал до 60 часов (7−8 смен)
• При литье шнека (клиент работал с ЛВМ литьем) геометрия не соблюдалась (разное расстояние между витками, коробление), поверхность была низкого качества
• Токарная обработка литых чугунных шнеков — медленный и дорогой процесс, приводящий к быстрому износу инструмента
• Шнек включал несколько составных элементов, сварка которых затруднена из-за повышенного содержания хрома и углерода в сплавах
Компания РВС 3D, разработчик и производитель строительных 3D-принтеров для печати бетоном, столкнулась с быстрым износом шнеков экструдера из-за абразивной среды, а также с высокой сложностью и длительностью процесса вытачивания шнека.
Проблемы
• Шнеки фрезеровались из кругляка, 78% металла уходило в стружку, процесс занимал до 60 часов (7−8 смен)
• При литье шнека (клиент работал с ЛВМ литьем) геометрия не соблюдалась (разное расстояние между витками, коробление), поверхность была низкого качества
• Токарная обработка литых чугунных шнеков — медленный и дорогой процесс, приводящий к быстрому износу инструмента
• Шнек включал несколько составных элементов, сварка которых затруднена из-за повышенного содержания хрома и углерода в сплавах
Задачи клиента
Получить комплект шнеков с высоким ресурсом и точной геометрией, по возможности избежав трудозатратного этапа с механической обработкой.
Совместно с клиентом определили задачи:
Совместно с клиентом определили задачи:
- Увеличить ресурс шнеков до 100 тонн (исходные значения — от 10 до 15 тонн, сталь 40Х);
- Обеспечить соблюдение геометрии шнека: вариация расстояния между витками не более 5%, продольная деформация не более 1.5 мм при длине шнека 360 мм
- Минимизировать объем механической обработки
Шаги КБ42
При выборе технологии производства мы сравнивали литье и аддитивные технологии, так как последние не требуют вложений в оснастку. Это важно, учитывая, что шнеки производятся малой серией.
Остановились на литье в холодно-твердеющие смеси (ХТС). Литье позволяет работать со сплавами с высоким содержанием углерода и хрома, которые обеспечивают твердость и устойчивость к абразивному износу (в отличии
от аддитивных технологий, т. к. углерод и хром снижают свариваемость сплава).
Метод литья в ХТС обеспечивает высокое качество поверхности (шероховатость RZ60–80) и минимальные деформации.
Остановились на литье в холодно-твердеющие смеси (ХТС). Литье позволяет работать со сплавами с высоким содержанием углерода и хрома, которые обеспечивают твердость и устойчивость к абразивному износу (в отличии
от аддитивных технологий, т. к. углерод и хром снижают свариваемость сплава).
Метод литья в ХТС обеспечивает высокое качество поверхности (шероховатость RZ60–80) и минимальные деформации.
Подбор материала
Определили оптимальный материал шнека: конструкционная сталь 20х13 для 3D- печати или хромистый чугун ЧХ16 для литья
Проектирование
Оптимизировали 3D-модель, объединив шнек и цапфу, которая приваривалась к его верхнему торцу, в единую деталь
Поиск оптимальной технологии производства
Проанализировали возможность и стоимость производства методами аддитивной печати: SLM, WAAM,
L DED
L DED
Анализ ТКП
Собрали КП на литье в ХТС от 15 площадок
Выбор производства
Сопоставив технико экономические предложения, выбрали оптимальную технологию производства (литье в ХТС)
и площадку
и площадку
Проектирование литниковой формы
Спроектировали литниковую систему
Моделирование
Выполнили моделирование процесса литья с помощью
Flow 3D
Flow 3D
Организация производства
Организовали печать форм и производство опытного комплекта шнеков
Результаты
Ресурс выполненного комплекта шнеков – составил 150 тонн, при этом технологический процесс их производства стал дешевле и проще.
- Из 15 площадок подобран литейный цех в 40 километрах от клиента, предложивший оптимальные условия, с учетом малой серии и марки чугуна;
- Технология ХТС позволила минимизировать предельное отклонение шага витка до 1.75 мм, коробление до 1.5 мм – допустимых для клиента значений;
- Гарантированное качество – мы провели моделирование процесса литья чтобы избежать литейных дефектов и выбрали чугун советующий ГОСТ 7769-82;
- Ресурс увеличен до 150 тонн – благодаря использованию чугуна с высоким содержанием хрома;
- Вместо 60 часов механической обработки – удаление литников и дробеструйная обработка, занимающие не более 2 часов;
- Шнек и цапфа были объединены в единую деталь – больше нет необходимости в сварке, которую особенно сложно выполнять при высоком содержании хрома.
Экономический эффект
Экономия для клиента – 560 000 рублей за 1 рабочий цикл новых шнеков.
- 60 000 рублей – себестоимость комплекта шнеков при токарной обработке. В себестоимость включена стоимость заготовки и минимальный ФОТ оператора фрезерного станка, без учета затрат на режущий инструмент и амортизации;
- 40 000 рублей – себестоимость комплекта шнеков, выполненных в соответствии с тех. процессом разработанным КБ42. При этом ресурс шнеков – в 10 раз выше первоначального;
- С учетом того, что 1 комплект новых шнеков = 10 исходным, экономия за 1 рабочий цикл составит: 60 000 руб. / исходный комплект х 10 – 40 000 руб. / новый комплект = 560 000 руб.
Обсудить задачу