В ПНИПУ обеспечили качественное производство электродов-инструментов с применением аддитивных технологий

Статья с результатами опубликована в журнале Russian Engineering Research. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда. Практические исследования в области электроэрозионной обработки начались именно в нашей стране в 1930-ые годы и как результат первый в мире вырезной станок – отечественного производства. Если раньше электроэрозионная обработка не пользовалась особой популярностью, то сейчас – это распространенная во всем мире технология.

Она позволяет получать изделия требуемой формы и размера с помощью электрических импульсов. Ее применяют, когда обработка на традиционных станках затруднена или нерентабельна из-за отходов в виде стружки и угара. Технология более экономичная, производительная и удобная для созданий объемных деталей сложной формы, фасонных полостей для труб, профильных канавок и пазов в деталях авиа- и ракетостроения.

Электрод – это главный инструмент в этом процессе. Его производству важно уделять особое внимание. Он должен обладать высокой стойкостью к электрической эрозии, легко обрабатываться и прикрепляться к станку, а главное его точность должна быть достаточной для эффективной электроэрозионной обработки. Использование электрода, имеющего отклонения по геометрии сечения, приведет к браку при обработке изделия. Оно будет отличаться от необходимого размерами или формой профиля.

Существуют традиционные лезвийные способы изготовления электрода-инструмента, например, фрезерование и точение. Однако при изготовлении сложнопрофильных электродов, особенно при отработке опытных деталей, изготовление такими способами является экономически неэффективно. У метода послойного лазерного сплавления есть преимущество – электроды изготавливаются просто из металлического порошка без дополнительного оборудования.

«Мы изучили то, как условия послойного лазерного сплавления при производстве электродов-инструментов влияют на их точность. Проследили, как будет меняться геометрическая точность от параметров, которые обеспечивают стабильное производство электродов – мощности лазера, расстояния между точками на траектории лазера, времени его воздействия», – рассказывает кандидат технических наук, доцент, директор Высшей школы авиационного двигателестроения Тимур Абляз.

Для эксперимента ученые вырастили электроды из порошка титанового сплава и рассчитали внутреннее напряжение в деталях. На основе результатов выбирали необходимые производственные условия.

Моделирование показало, что максимальное отклонение геометрических размеров полученного электрода составляет около 0,12 миллиметра, при этом наблюдается наихудшая шероховатость и точность, но хорошая производительность. Минимальное отклонение от заданных параметров (0,07 миллиметра) наблюдается при расстоянии между точками в 15 микрометров (микрометр – одна миллионная доля метра) и мощностью лазера 38 Вт. Максимальная прочность (1060 МПа) проявляется  при расстоянии между точками в 10 мкм и мощностью лазера 44 Вт.

Все полученные расчеты позволяют оптимизировать процесс плавления для послойного изготовления электродов. Производственные условия, установленные учеными ПНИПУ, создают допустимое внутреннее напряжение в деталях, что приводит к стабильному росту качественных инструментов.

Результаты исследования обеспечивают необходимую точность и прочность электродов-инструментов, полученных методом послойного лазерного сплавления. Благодаря этому Россия вновь задает тренд и повышает качество электроэрозионной обработки ответственных изделий в авиа и машиностроении для создания объемных деталей сложной формы, например, лопастей турбин, валов или пресс-форм.

ПНИПУ

877 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше