Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание технологии высокоскоростного изготовления деталей и компонентов авиационных двигателей методами гетерофазной порошковой металлургии

Докладчик: Туричин Глеб Андреевич

Должность: Декан, профессор, директор

Цель проекта:
Разработка технологии прямого лазерного выращивания изделий из порошковых металлических материалов и оборудования для её реализации, позволяющих многократно повысить скорость изготовления изделий из жаропрочных сплавов. Достижение запланированных результатов ПНИЭР обеспечит формирование научно-технического задела, необходимого для последующего создания и промышленного освоения перспективных авиационных комплексов ПАК ФА, ПАК ДА и авиационных двигателей ПД-14, ПДВ, а также для модернизации индустриальных ГТД.

Основные планируемые результаты проекта:
На основе результатов ПНИЭР будут разработаны:
- технология прямого лазерного выращивания, в ходе которой изделие формируется из металлического порошка, подаваемого сжатой газопорошковой струей непосредственно в зону лазерного воздействия.
Возможность подачи смеси порошков и контролируемого изменения состава подаваемых порошков в ходе процесса выращивания, обеспечит высокоскоростное формирование изделий с градиентными свойствами за счет процессов гетерофазной порошковой металлургии.
- лабораторная технологическая установка прямого лазерного выращивания.
Установка предназначена для реализации технологии прямого лазерного выращивания при изготовлении изделий из порошковых материалов
Планируемая производительность процесса прямого лазерного выращивания не менее 45 куб. мм/с. Максимальная температура эксплуатации выращенных изделий не менее 500 С.
Размер рабочей зоны технологической установки не менее (мм) – 2000х2000х800, количество координат не менее – 5. Обработка будет вестись в камере с контролируемой атмосферой.
Разрабатываемые технология и оборудование предназначены для применения в производстве изделий, эксплуатируемых при температурах до 650 С, на предприятиях двигателестроительной и ракетно-космической отраслей, транспортного, судового и энергетического машиностроения.
Разрабатываемые технологии и оборудование прямого лазерного выращивания обеспечат повышение производительности процесса лазерного выращивания более чем в 3 раза по сравнению с технологией селективного лазерного сплавления металлических порошков.
Технология селективного лазерного сплавления является в настоящее время основной технологией аддитивного производства, используемой в аэрокосмической и автомобильной отраслях промышленности США и Западной Европы. Также при разработке технологического комплекса прямого лазерного выращивания будет предусмотрена возможность изготовления крупногабаритных изделий за счет увеличения размеров рабочей зоны в 1.5 раза по сравнению с известными аналогами, а также возможность масштабирования рабочей зоны в зависимости от технологических задач.
Система подачи порошка будет обеспечивать возможность изготовления деталей с градиентными свойствами за счет управления составом и расходом порошковой смеси. Данная опция отсутствует у большинства зарубежных аналогов.
Для повышения производительности процесса лазерного выращивания будут отработаны технологические приёмы, основанные на одновременном использовании нескольких технологических головок, позволяющих одновременно наплавлять различные участки изделия, в том числе комбинируя высокопроизводительную наплавку с прецизионной.
Указанные преимущества обеспечат конкурентоспособность запланированных результатов на временном горизонте до 5 лет.
Для достижения заявленных результатов будет использован комплексный подход, при котором экспериментальным исследованиям будут
предшествовать теоретические исследования и математическое моделирование, а их результаты будут проверяться экспериментально. Использование такого подхода при разработке новых технологий и оборудования позволяет повысить эффективность работы за счет снижения материально-временных затрат и снижения рисков получения отрицательных результатов. В рамках проекта будут совместно решаться задачи, направленные на разработку технологий и на создание оборудования. Будут использоваться современные методы и оборудование, позволяющие получать результаты, соответствующие мировому уровню исследований и разработок.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Заложенные в основу проекта технические и технологические решения позволят добиться повышения производительности процесса лазерного выращивания крупногабаритных изделий более чем 3 раза по сравнению с существующими технологиями. Внедрение разрабатываемых технологий и оборудования в производственный цикл изготовления компонентов авиационных двигателей также позволит повысить конкурентоспособность российской авиационной техники за счёт снижения себестоимости и повышения эксплуатационных характеристик. Разрабатываемые технологии и оборудование прямого лазерного выращивания обладают потенциалом мультипликативного технологического влияния на развитие нескольких отраслей экономики. Кроме предприятий двигателестроения потребителями разрабатываемой продукции могут быть предприятия ракетно-космической отрасли, транспортного, судового и энергетического машиностроения, а также медицина. Результаты проекта также могут быть использованы при разработке и модернизации родственных технологий инженерии поверхности, в частности, технологий лазерной порошковой наплавки функциональных поверхностных слоёв, актуальных для атомной, нефтегазовой, нефтехимической, химической отраслей промышленности. Использование запланированных результатов проекта будет способствовать повышению уровня импортозамещения при технологическом перевооружении промышленных предприятий.
Предусмотренные проектом прикладные научные исследования и экспериментальные разработки не являются дублированием ранее проведённых и проводимых научно-исследовательских, опытно-конструкторских/опытно-технологических работ, а являются продолжением
проведённых исполнителями проекта фундаментальных и поисковых НИР и направлены на доведение полученных ранее результатов до стадии промышленного применения.
Результаты проекта также могут быть использованы при разработке и модернизации родственных технологий инженерии поверхности, в частности, технологий лазерной порошковой наплавки функциональных поверхностных слоёв, актуальных для атомной, нефтегазовой, нефтехимической, химической отраслей промышленности. Также результаты проекта будут способствовать развитию отечественной порошковой металлургии и организации выпуска отечественных порошковых сплавов для аддитивного производства. Использование результатов данного проекта позволит получить следующие социально-экономические эффекты:
•улучшение потребительских свойств выпускаемой продукции;
•совершенствование технологических процессов с точки зрения снижения издержек производства,
повышения производственной безопасности (включая экологическую);
•повышение уровня автоматизации производства;
•обеспечение гибкости производств, сокращение производственного цикла.
Указанные исследования позволят получить результаты мирового уровня в данной области техники., что положительно повлияет на развитие международного сотрудничества в сфере указанных технологий. Для информирования общественности о ходе и результатах выполнения предлагаемого проекта исполнителями проекта будут сделаны доклады на следующих международных конференциях: «Laser in
Manufacturing-2015», Мюнхен, Германия, «Beam Technologies and Laser Application- 2015», Санкт-Петербург, Россия, «Оптика лазеров-2016», Санкт-Петербург, Россия, «LANE-2016», Фюрт, Германия. Также результаты проекта будут демонстрироваться на тематических международных выставках: «Фотоника», «Сварка», «Металлообработка», «Weldex», «Российский промышленник», «Петербургская
техническая ярмарка». На основе полученных результатов будут подготовлены публикации в российских и зарубежных
высокорейтинговых журналах.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе проекта планируется разработать математическую модель газодинамических процессов переноса порошка и тепловых процессов нагрева частиц порошка в поле лазерного излучения при прямом лазерном выращивании, разработать
исследовательский стенд для экспериментальных исследований процессов транспортировки порошка, разработать методики изготовления
литых образцов для сравнительного анализа, разработать модель оптических схем технологической головки для прямого лазерного выращивания, разработать исследовательский стенд для проведения технологических исследований.