№ 1 (2021)

Аддитивные технологии относятся к числу наиболее стремительно развивающихся направлений современного производства. Для обеспечения поступательного движения развития аддитивных технологий в РФ необходимо обеспечить максимальную доступность отечественных предприятий к аддитивному сырью – сферическим металлическим порошкам, однако отсутствие отечественных установок для производства таких порошков затрудняет решение этой задачи. В СПбПУ Петра Великого были разработаны и успешно прошли промышленные испытания системы плазменной атомизации твердых металлических фидстоков различных химических составов. В работе приводятся результаты исследования влияния ряда технологических параметров на гранулометрический размер, форму и дефектность порошков стали 12Х18Н9 и сплава ВЖ98. Приведены результаты исследований влияния таких параметров распыления, как сила тока и скорость плазмообразующего газа, подаваемых на плазмотрон и объем защитного газа, подаваемого в факел распыления через форсунки системы «кипящего слоя», расположенного в средней части камеры распыления атомайзера. Показано, что, повышая силу тока и скорость плазмообразующего газа, можно снизить средний размер частиц порошка, а изменяя объем подачи защитного газа – регулировать форму частиц. Анализ химического состава полученных порошков показал, что в процессе распыления угара легирующих элементов не происходит и состав порошка не отличается от составов исходных фидстоков. В работе приведены разработанные режимы распыления фидстоков сплавов, показана возможность получения металлических порошков с уровнем сферичности 92–96 % и минимальным – не превышающим 0,5 % от общей массы порошка – количеством частиц с неметаллическими включениями, наружными и внутренними дефектами.

Рассмотрен новый метод текстурного анализа прецизионных механически обработанных поверхностей, который основан на применении компьютерной оптики и автокорреляционного метода обработки полученных изображений текстур исследуемых микрорельефов. Метод основан на вероятностной сравнительной оценке неизвестной текстуры исследуемого микрорельефа с известными текстурами эталонных микрорельефов, для которых определены параметры микрорельефов. В статье предложен подход к идентификации шероховатости поверхности профиля пера лопаток газотурбинного двигателя (ГТД) после виброконтактного полирования по параметрам текстуры корреляционной поверхности. Микрогеометрия поверхности спинки и корыта лопаток исследовалась на оптико-электронном комплексе на основе вычисления средней амплитуды переменной составляющей автокорреляционной функции, полученной в результате компьютерной обработки видеоизображения поверхности. Применение оптико-электронного метода оценки текстуры поверхности компрессорных и турбинных лопаток позволяет строить поля шероховатости поверхности и более глубоко анализировать технологию окончательной обработки профиля пера лопаток ГТД. Актуальность и новизна работы заключается в перспективном способе оценки параметров качества поверхности с помощью оптико-электронного метода, особенностью которого является измерение шероховатости площади поверхности, тогда как щуповые методы измеряют шероховатость профиля поверхности. Важным преимуществом предлагаемого метода является применение его для измерения параметров шероховатости криволинейной поверхности бесконтактным способом, что технологично, так как существуют поверхности деталей, не предполагающие их царапание алмазной иглой.

В статье рассматривается создание и исследование компьютерных моделей сверления заготовок из титанового сплава методом Лагранжа и Галеркина. Разработанные конечно-элементные модели предназначены для проведения исследований процесса механической обработки и оптимизации технологических параметров резания. Представлены результаты численных исследований сверления титановых заготовок с использованием программ математического моделирования, позволяющие полностью имитировать технологические процессы в компьютере (цифровой двойник). В качестве программы для моделирования процесса съема припуска с титановой заготовки применяли программный многоцелевой продукт конечно-элементного моделирования и анализа высоко-линейных динамических процессов с использованием различных схем интегрирования по времени Ls-DYNA. Применение метода Галеркина позволяет адекватно описать процесс сверления с введением в зону обработки энергии ультразвукового (УЗ) поля, существенно сокращает длительность проведения экспериментальных исследований и дает возможность оценить влияние элементов режима резания и конструктивных параметров инструмента на силовые и энергетические аспекты формообразования новых поверхностей деталей машин. Оба метода пригодны для создания различных процессов механообработки, однако метод Лагранжа менее чувствителен к энергии ультразвукового поля. Введение в зону сверления заготовок из труднообрабатываемых титановых сплавов энергии ультразвукового поля позволяет существенно снизить энергетические затраты. В результате моделирования был получен расчетный файл, содержащий процесс симуляции, решение которого визуально отражает процесс сверления титановой заготовки, максимально приближенный к реальной ситуации, со снятием стружки. Однако для полной верификации результатов численных исследований необходимо осуществить экспериментальную проверку и внести полученные коррективы в расчетные данные.

Проведен сравнительный анализ эластомеров – полиуретана (НПК) и кремнийорганического компаунда (НКОК), модифицированных углеродными нанотрубками (МУНТ) с массовым содержанием от 1 до 9 %. МУНТ синтезированы по CVD-технологии с применением катализаторов Co-Mo/Al₂O₃-MgO (МУНТ1) и Fe-Co/_2,1Al₂O₃ (МУНТ2). Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что самая низкая удельная объемная электропроводность (5×10^-10 См×см^-1) характерна для полиуретанового эластомера (1 мас.% МУНТ, синтезированных на катализаторе Fe-Co/_2,1Al₂O₃). Для кремнийорганического эластомера, модифицированного 9 мас.% МУНТ1, удельная объемная электропроводность составила 4×10^-1 См×см^-1. Определены параметры перколяционной модели электропроводности для НПК, НКОК с МУНТ1 и МУНТ2 с учетом коэффициента упаковки МУНТ и критического индекса электропроводности. Наибольшая равномерность температурного поля характерна для кремнийорганического эластомера с 7 мас.% МУНТ2. Неоднородное температурное поле в модифицированных эластомерах, изготовленных на основе полиуретана, может быть вызвано локальной спутанностью МУНТ, выраженной в образовании агломератов, или более плотной упаковкой электропроводящих сетей, которая, в свою очередь, приводит к снижению тепловой мощности. Температура нагрева наномодифицированных композитов, изготовленных из НКОК 1 и НКОК 2, может варьироваться от 32,9 до 102 °С. Исследованы режимы тепловыделений наномодифицированных эластомеров в диапазоне от 6 до 30 В постоянного электрического тока. Проведено сравнение тепловыделений в образцах на основе эластомеров и керамики. Исследование позволило выявить наилучшее сочетание полимерной матрицы и типа МУНТ. Для электронагревателей наиболее рационально применять кремнийорганический компаунд при концентрации МУНТ 7 % и в зависимости от уровня питающего напряжения 12 или 24 В использовать МУНТ1 или МУНТ2.