Редактирование: Проекты Фаблаб Политех

[[ЦТТМ]] > [[Фаблаб Политех]] > Проекты Фаблаб Политех
== Актуальность ==

Проблема полирования штампов и пресс-форм для различной обработки давлением является крайне актуальной в машиностроении на сегодняшний день. Дело в том, что требования к качеству поверхности пресс-формы высоки, однако получить такую поверхность непросто.  Так как это поверхность сложной формы, а зачастую еще и термообработанная, произвести ее полирование автоматически на какой-либо машине или автомате нереально. Поэтому подавляющее большинство операции полирования штампов до сих пор выполняются вручную и занимают уйму времени.[[File:Stamp.png|thumb| Соотношение реальных затрат времени на производство пресс-формы]]  На фоне современной автоматизации и унификации производства, проблема нахождения способа автоматического полирования требует скорейшего решения.
<br />
Метод ЭПП поддается автоматизации, а главное, в отличии от классической электрохимии, экологически безопасен. К сожалению, метод мало изучен, а наработки которые есть свидетельствуют о том, что сложнопрофильная поверхность полируется плохо, если процесс ЭПП производят погружением штампа в ванну.

== Задачи ==
Моя цель: осуществить электролитно-плазменное полирование поливом. Идея в том, что бы не погружать заготовку в ванну, а разработать установку, которая позволила бы производить ЭПП струйно, перемещая сопло подачи электролита по специальной программе, и тем самым обрабатывать любой сложный профиль.
Предполагается решить следующие задачи:
<br />
''Конструкторские задачи:''
# Проектирование установки для струйной обработки методом ЭПП
# Разработка системы перемещения сопла с числовым программным управлением на базе контроллера Arduino
''Технологические задачи:''
# Определение оптимальных режимов протекания процесса ЭПП при струйном поливе (U, T, t)
# Оптимизация составов и концентрации электролитов для ЭПП
# Определение границ применения метода ЭПП поливом
''Теоретические задачи:''
# Анализ инструментальных марок сталей, используемых в при производстве пресс-форм и штампов, выбор материалов для исследования.
# Разработка модели процесса при струйном течении электролита, нахождение зависимости уровня шероховатости поверхности от напора и наклона струи.
Конструкторская и технологическая части работы предполагают разработку соответствующих чертежей и документации с использованием CAD-систем SolidWorks 2013 и КОМПАС V15.1. Для инженерных расчетов используется среда MathCad. 
Теоретическая часть реализуется проведением полного факторного эксперимента из 24 опытов, проверки полученной модели на адекватность по критерию Фишера. Для оптимизации состава электролита планируется провести серию опытов с известными концентрациями веществ из предыдущих наработок и серию опытов с новыми составами. Планируется использование поверхностно-активных веществ в малых концентрациях.
В случае успешных результатов исследований станет возможно полирование сложнопрофильных деталей в автоматическом режиме, что решит большую проблему существующую в современном машиностроении.

== Техническое задание на конструирование установки ==
=== Корпусная часть и механика ===
[[File:SW_karkas.png|thumb| Каркас установки с ящиком под емкость для нагрева электролита]]
[[File:0727 (2).jpg|thumb| Установка для ЭПП в сборе ]]
[[File:FullSizeRender.jpg|thumb|Рабочая зона установки сверху]][[File:FullSizeRender (1).jpg|thumb| Рабочая зона установки снизу]] 
[[File:FullSizeRender (2).jpg|thumb| Теплый резервуар с соляным раствором (с погружным термометром)]]
[[File:1122.JPG|thumb|Мой электрический шкаф]]
[[File:1112.JPG|thumb|Схема компоновки шкафа]]
[[File:0799.JPG|thumb|Отполированная поверхность струйным методом (сталь 12Х18Н10Т)]]
На первом этапе требовалось сконструировать оборудование, удовлетворяющее следующим критериям:
* Габариты не должны превышать 1000х500х1500;
* Установка должна предусматривать электро- и влагозащиту;
* Рабочая зона должна быть эргономичной и просматриваемой;
* Рабочая зона должна быть герметичной и вентилируемой;
* Предусмотреть контроль температуры рабочей жидкости;
* Компоненты в рабочей зоне должны быть инертны к воздействию соляных растворов и горячей воды;
* Объем емкости для электролита не менее 20 литров;
* Производительность насосного оборудования 3-5 л/мин;
* Регулировка напора в главной магистрали;
* Нагрев 20 литров электролита до Т=80<sup>о</sup>С должен занимать не более 60 минут;
* Стол из токопроводящего, коррозионностойкого материала;
* Обеспечить безопасный подвод высокого напряжения;
* Подача электролита должна осуществляться вертикально вверх, для получения стабильного пятна контакта;
* Экономичность.
 

В результате была спроектирована установка для проведения процесса ЭПП. Каркас выполнен из деревянного бруса, скрепленного на саморезы, дополнительно покрыт в три слоя специальным лаком. Перекрытия, дверцы и утепленный ящик для емкости с электролитом выполнены лазерной резкой из фанеры толщиной 6 мм. Рабочая зона плотно закрыта листами 2-хмиллиметрового оргстекла.  Верхняя крышка выполнена съемной, в ней устроено отверстие под вентиляционную трубу. Стол установки выполнен из акрила толщиной 8 мм, к нему через стеклотекстолитовую прокладку присоединен алюминиевый диск, выполняющий роль токоподвода к заготовке. 
<br />
В бочке объемом 50 литров установлен ТЭН с реостатом мощностью 1,5 кВт. Через армированный шланг соляной раствор поступает в нагнетающий насос (установлен стандартный насос от стиральной машины). Насос подает жидкость под давлением в главную и сливную магистрали. На обеих магистралях установлены шаровые краны, регулируя которые можно управлять напором струи жидкости на выходе.
<br />
Патрубок вентиляционной трубы диаметром 100 мм присоединяется к циркуляционному вентилятору в помещении, где находится установка. Герметичность рабочей зоны обеспечивается магнитной фиксацией основной двери рабочей камеры.<br />
=== ЧПУ-система ===
ЧПУ-система станка находится на стадии сборки и скорее всего претерпит изменения. Она выполняет перемещения по трем осям (X, Y, Z) в габаритах 300х200х140.
Спроектирована система таким образом, что бы обеспечить наибольшую жесткость в своем геометрическом центре, т.к. подвод напорной магистрали решено (в целях удобства) производить снизу. 
Из-за ограниченного бюджета система выполнена с помощью ременных передач. Это не дает высокой точности проектируемого оборудования, но на первоначальном этапе это не критично.<br />
   [[File:SW_CNC.png]]
  <br />
Электроника: Двигатели Nema 17 (+ драйверы к ним) с моментом 4 кг х см, Arduino Mega, RAMPS 1.4, 3 концевых выключателя и ИП на 12V и 10А (взял блок питания от компьютера). 
=== Электрика ===
Самый сложный раздел. Мне посчастливилось, что в моем распоряжении оказался почти готовый электрический шкаф, я лишь довел его до ума. От себя могу сказать, что если вы заходите собрать свой шкафчик, то вам нужен регулируемый трехфазный трансформатор мощностью примерно 7-10 кВт и, самое главное, мощная батарея конденсаторов. Ну и выпрямители, естественно. Вдаваться в подробности не буду, однако слева вы увидите фото моего шкафа, схему к нему. Вот описание элементов:
# Силовой трансформатор
# Двигатель регулировки напряжения
# Блок управления регулировкой
# Щеточная система
# Выпрямительные диоды
# Батарея конденсаторов
# Амперметр
# Кнопки управления
# Вольтметр постоянного тока
# Вольтметр переменного тока
# Автомат питания
# Технологическая часть установки
# Шкаф электромеханический
# Переключатель
== Результаты ==
Первые результаты по струйному полированию (проводились в декабре 2015 года) показывают, что метод работает отлично. За 30 секунд поверхность полируется до зеркального блеска (Ra0,1-0,3). На фото видно отражение камеры в пятне полировки.<br />  
                [[File:07966.jpg]]<br /> 
Замечено, что возможна не только полировка, но и размерная обработка заготовок, что открывает дополнительные перспективы использования струйного полива. В планах найти завод, специализирующийся на производстве штамповой оснастки, и взять опытные образцы для проведения исследований. 
== Автор ==
Студент 5 курса Политехнического института: Зарубин Денис  <br />
По всем вопросам и материалам: '''zarubinden@gmail.com'''

===Реализованные проекты===
[[Файл:carnumb.jpg|thumb|115px|right|[[Машинка Arduino]]]]
* Проекты первой школы Фаблаб Политех
** [[Нейрокоммуникатор для управления розливом жидкостей]]
** [[Логопроектор]]
** [[Механический цветок]]
** [[Электродвигатель нового типа]]
** [[Шпилька в виде перевернутой Эйфелевой башни]]
** [[Артсувениры Фаблаб Политех]]
** [[Индивидуальный футляр K-BOX]]
** [[Клешни для ScratchDuino]]
** [[Дизайнерская мебель]]
** [[3D-принтер]]
* Проекты [http://fablab.spbstu.ru/category/event/2school/ второй школы Фаблаб Политех]
** [[Звукосвет]]
** [[Магниты и ферромагнетики]]
** [[Механический куст]]
** [[Модель Скотта]]
** [[Нейротрасса]]
** [[ПОДВИЖНЫЙ_ЛАБИРИНТ |Подвижный лабиринт]]
** [[Обратный Маятник]]
** [[Повторитель дыхания]]
** [[Роботизированная рука]]
* [[Елочные украшения]]
* [[Bluetooth управляемая машинка]]
* [["Трикоптер"|Проект "Трикоптер"]]
* [[Дзенушко Дайнис: Изучение "Шагающих" механизмов |Шагающие механизмы]]
* [[Вездеход на модифицируемых шнекороторах|Шнекоход]]
* [[Японские иероглифы]]
* [[Мини Фаблаб™]]
* [[Мебель, как элемент декора]]
* [[Sony MusicStation (проект)]]
* [[Андрей Карпичев: Вакуумный формовщик|Вакуумный формовщик]]
* [[Клон гитарного процессора Ibanez TS-9]]
* [[Заяц]]
* [[Доска для гомоку]]
* [[Электрогитара]]
* [[Украшения]]
* [[Арт-объекты]]
* [[Складывающаяся лодка]]
* [[Тардис и К9]]
* [[Арка-счетчик]]
* [[Фигуры Хладни]]
* [[Фрезерный станок]]

===В процессе разработки===
* [[Автоматизированный склад]]
* [[Проект робота для участия в соревнованиях]]
* [[Кинемаротор]]
* [[Волновой маятник]]
* [[Головоломки]]
* [[Робот Энигма]]

===Идеи проектов===
* [[Кружки для фаблаба]]
* [[Киборгизация| Проект "Киборгизация"]]
* Пуфики с буквами 
* Стаканчики для ручек
* Музыкальная шкатулка
* Мягкие кресла
* Квартал с машинками
* Мотоциклы
* Беседка
* Аптечка
* Мебель
* Ярусная комната для занятий и отдыха
* Яхта
* [[Мини центробежный насос]]
* [[Электрический скейтборд]]
* [[Корпус для Lehmann BCL headphone amp class A]]
* [http://blog.ponoko.com/2010/08/01/laser-cut-salmon-lamp/ Laser Cut Salmon Lamp]
* [https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AvT0Htzm3nY4dEg0VmdSVTlKcEoxbFpMWU5QQUFaY2c#gid=1 Список в Google docs]
* [http://vk.com/topic-47408159_27669994 Обсуждение ВКонтакте]

[[Category: Fab Lab]]