Оптимізація конструкції кокілю для виготовлення лопатки складної геометрії
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.348178Ключові слова:
напружено-деформований стан, прототип, полімерні форми, моделювання попередньої затяжки болтів, адитивне виготовлення оснасткиАнотація
Об’єктом дослідження є кокіль складної геометрії для лиття прототипу лопатки турбіни, виготовлений методом 3D-друку з фотополімерної смоли Anycubic та полімеру PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol).
Проблема, що вирішується: забезпечення необхідної міцності та жорсткості кокілю під час складання напівформ болтовим з’єднанням із попереднім осьовим натягом.
За допомогою Siemens NX Advanced Simulation створено й розраховано скінченно-елементні моделі кокілю. Встановлено, що при значному попередньому осьовому натязі виникає перевищення граничних напружень у зоні болтових отворів, що обмежує застосування фотополімерної смоли. Зменшення сили затягування покращує показники, але залишає мінімальний запас міцності. Підвищити жорсткість кокілю можна за рахунок застосування опорних площадок, але така конструкція викликає концентрацію напруження в болтових з’єднаннях. Досягнення оптимального результату розрахунків було при застосуванні матеріалу PETG: запас міцності зріс до η = 1,5, а переміщення не перевищували 0,04 мм. Полімер PETG, на відміну від фотополімерної смоли, в затверділому стані є пружнішим та пластичнішим при вищій міцності. Це дозволяє розподіляти навантаження по матеріалу. Отримані результати можуть бути застосовані для виготовлення кокілів для лиття та оснащення взагалі, особливо для невеликої партії деталей. Практичне застосування розглянутої технології можливе за умови правильного комбінування вхідних параметрів: матеріалу, сили попередньої затяжки болтів та застосування опорних площадок. PETG рекомендується застосовувати для форм, що працюють в умовах підвищених навантажень.
Посилання
- Zmarzły, P., Gogolewski, D., Kozior, T. (2020). Design guidelines for plastic casting using 3D printing. Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 15. https://doi.org/10.1177/1558925020916037
- Parthiban, P., Vijayan, S., Doyle, P. S., Hashimoto, M. (2021). Evaluation of 3D-printed molds for fabrication of non-planar microchannels. Biomicrofluidics, 15 (2). https://doi.org/10.1063/5.0047497
- Gao, W., Zhang, Y., Ramanujan, D., Ramani, K., Chen, Y., Williams, C. B. et al. (2015). The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering. Computer-Aided Design, 69, 65–89. https://doi.org/10.1016/j.cad.2015.04.001
- Vigogne, M., Zschech, C., Stommel, M., Thiele, J., Kühnert, I. (2024). Combining Injection Molding and 3D Printing for Tailoring Polymer Material Properties. Macromolecular Materials and Engineering, 309 (11). https://doi.org/10.1002/mame.202400210
- Grzejda, R., Warzecha, M., Urbanowicz, K. (2022). Determination of the Preload of Bolts for Structural Health Monitoring of a Multi-Bolted Joint: FEM Approach. Lubricants, 10 (5), 75. https://doi.org/10.3390/lubricants10050075
- Chai, R., Yu, Z., Xu, H., Huang, X., Mao, K., Zhou, W. (2025). Pre-tightening Force Analysis of Different Bolt Models Based on Finite Element Simulation. Advances in Engineering Technology Research, 14 (1), 496. https://doi.org/10.56028/aetr.14.1.496.2025
- Belardi, V. G., Fanelli, P., Vivio, F.; Chen, S. M. (Ed.) (2022). Comparative Analysis of FE Modeling Techniques for Single-Lap Multi-column Composite Bolted Joints. Proceedings of 10th International Conference on Chemical Science and Engineering. Singapore: Springer, 121–128. https://doi.org/10.1007/978-981-19-4290-7_14
- Lupkin, B., Maiorova, K., Vorobiov, I., Nikichanov, V., Sikulskyi, V.; Nechyporuk, M., Pavlikov, V., Kritskiy, D. (Eds.) (2023). Study of Drilling Cutting Modes Impact on Shrinkage and Surface Roughness of Holes in Composite Materials. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering – 2022. Cham: Springer, 88–98. https://doi.org/10.1007/978-3-031-36201-9_8
- Myntiuk, V., Shypul, O., Tryfonov, O., Tsegelnyk, Y. (2025). Axisymmetric problem of smoothing the surface of a viscous liquid by surface tension forces. Radioelectronic and Computer Systems, 2025 (1), 113–125. https://doi.org/10.32620/reks.2025.1.08
- Maiorova, K., Lysochenko, I., Skyba, O., Suslov, A., Antonyuk, V.; Pavlenko, D., Tryshyn, P., Honchar, N., Kozlova, O. (Eds.) (2025). Analysis of Modern Approaches to Approbation of Aircraft Parts Geometric Data Digitization by Reverse Engineering. Smart Innovations in Energy and Mechanical Systems. Cham: Springer, 264–273. https://doi.org/10.1007/978-3-031-95191-6_25
- Onopchenko, A., Horbachov, O., Sorokin, V., Dudukalov, Y., Kurin, M.; Tonkonogyi, V., Ivanov, V., Trojanowska, J., Oborskyi, G., Pavlenko, I. (Eds.) (2022). Optimal Conditions for Deformation of Stamping-Drawing Process from Aviation Materials. Advanced Manufacturing Processes IV. Cham: Springer, 109–118. https://doi.org/10.1007/978-3-031-16651-8_11
- Shevel, V., Kritskiy, D., Popov, O. (2022). Toward Building a Functional Image of the Design Object in CAD. Computation, 10 (8), 134. https://doi.org/10.3390/computation10080134
- Onopchenko, A. V., Kurin, M. O., Shyrokyi, Y. V. (2024). Ensuring quality of stamping sheet aviation parts. Progress in Physics of Metals, 25 (2), 320–363. https://doi.org/10.15407/ufm.25.02.320
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Kateryna Maiorova, Olga Shypul, Ihor Lysochenko, Taras Hoptar, Liudmyla Kapitanova, Iryna Voronko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
