#детали

В сферу тяжелого машиностроения широко внедряют аддитивные технологии для производства металлургического и горно-шахтного оборудования, тяжелых станков и грузоподъемных кранов, конвейеров, экскаваторов, крупных морских судов и вагонов. С их помощью создают конструкции с высокой точностью и сложной геометрией внутренних элементов и каналов, что невозможно при традиционных способах литья и механической обработки. Из-за послойного формирования во время 3D-печати свойства внутри изделий получаются неравномерными, поэтому их качество и срок службы снижается. Ученые Пермского Политеха провели ряд тестов на устойчивость таких материалов к разрушению. Результаты позволят расширить экспериментальную базу программ, сопровождающих жизненный цикл 3D-изделий, и за счет этого производить качественные и долговечные конструкции из аддитивных материалов.

Почти для любого вида промышленности необходима обработка металлических изделий для придания им нужной формы. От этого зависит прочность и долговечность готовой конструкции. Особая сложность заключается в деталях со сложной геометрической формой, тонкими стенками или маленькими размерами, как, например, элементы авиационных двигателей и лопастей, медицинские имплантаты и хирургические инструменты. Чтобы не повредить такие изделия, требуется точная и аккуратная работа. В этом случае применяют технологию проволочной электроэрозионной обработки: лишний материал удаляется с поверхности серией электрических ударов тока, которые подаются с тонкой проволоки. Ученые Пермского Политеха исследовали точность этого метода и нашли способ повысить ее эффективность вдвое.

В производстве трубопроводной арматуры для улучшения характеристик металлических изделий применяют метод ионно-плазменного азотирования. Он формирует на поверхности изделия защитный слой, который усиливает сопротивляемость к образованию микротрещин, повышает прочность и стойкость к коррозии. Этот способ экологически безопасен, прост в управлении, а еще универсален для упрочнения всех видов сталей и сплавов. Но в России активное использование ионного азотирования в промышленности началось относительно недавно. Производить нужное оборудование стали также намного позже, чем в других странах. Тем не менее, отечественные установки уже существуют. Ученые Пермского Политеха впервые провели сравнительные исследования модифицированных слоев, полученных с помощью европейского и российского оборудования.

В авиационной, машиностроительной, приборостроительной, горно-нефтяной и металлургической промышленности важным этапом производства ответственных изделий считается изготовление и обработка отверстий, пазов и других поверхностей. Для этого применяют электроэрозию — один из самых высокоэффективных и перспективных способов, который позволяет обрабатывать материал с помощью импульсов электрического тока. На производстве получение качественного продукта включает в себя проведение нескольких методов обработки изделия и его очистки. Но сейчас для каждой технологической операции используют свое оборудование, из-за чего весь процесс занимает много времени и ресурсов. Ученые Передовой инженерной школы Пермского Политеха разработали роботизированное устройство для электрофизической прошивки отверстий, которое позволяет проводить комплексную обработку изделия на одном оборудовании.

В последние годы в строительстве авиакосмического транспорта активно используют композиты, в том числе полимерные материалы с объемным армированием. Такие структуры повышают сопротивление сдвигу и расслоению. Однако их внедрение повышает риск снижения прочности материалов. Стандартные методики определения механических характеристик для композитов могут быть непригодны из-за их существенного отличия от традиционных материалов, на которые ориентированы стандарты. Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм определения свойств объемноармированных структур, чтобы снизить риск неточностей в расчетах при проектировании авиакосмических деталей.

Лазерная порошковая наплавка — одна из важнейших ремонтных технологий возобновления годности деталей авиадвигателей. Она заключается в нанесении слоя материала на восстанавливаемую зону изделия с помощью лазерного луча. Процесс высокоэффективен, но из-за большой разницы температур и наличия остаточных напряжений может нарушаться форма, появляться деформации, тем самым снижая эксплуатационные характеристики деталей. В результате повышаются затраты и возникают риски некачественного ремонта. Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм математического моделирования процесса, который позволит проводить качественную и количественную оценку деформаций в процессе лазерной порошковой наплавки для последующего производства деталей без брака.

В машиностроении широко применяется растачивание отверстий с переменным диаметром. Эта технология позволяет создавать детали для таких важнейших отраслей, как авиа- и машиностроение, ОПК, нефтегазовая и химическая промышленность. В авиастроении таким способом можно облегчить детали, в сфере оборонно-промышленного комплекса метод дает возможность вместить большее количество заряда в снаряды, а в нефтегазовой отрасли ступенчатые каналы нужны для соединения труб различного диаметра. Ученые Пермского Политеха разработали новую технологию процесса обработки ступенчатых каналов, которая избавит от дефектов заготовок.

В авиапромышленности широко используют композитные материалы, состоящие из множества коротких или непрерывных волокон, в частности, углеродные слоисто-волокнистые композиты. К ним относится углепластик. Его популярность объясняется небольшой массой, высокой прочностью и возможностью создания из него изделий сложной формы. Но при создании деталей из углепластика могут возникать различные дефекты. Они понижают способность изделия сопротивляться нагрузкам. Ученые ПНИПУ изучили влияние наиболее частых технологических дефектов на состояние композита и разработали способ прогнозирования последствий таких неисправностей. Исследование позволит создавать более устойчивые детали для самолетов, ракет, БПЛА и предупреждать их разрушение.

Среди технологических операций резания сверление играет особую роль. Это самый распространенный и экономически выгодный метод получения отверстий различных размеров. При этом для создания отверстий с соотношением глубины к диаметру более 10 единиц требуется специальное оборудование, режущий инструмент и особая технология. Ученые ПНИПУ создали динамическую математическую модель для управления системой обработки сверлением. Ранее этот процесс рассматривался только в «статике» и без учета податливости технологической системы. Разработка позволит получать точные и качественные технологические отверстия для различных промышленных деталей.

Сокращение отходов производства приводит к снижению себестоимости конечного продукта, а, значит, к увеличению прибыли. Для изготовления деталей из сырья часто требуется раскрой из металлического листового материала на заготовки произвольной формы, например, в машиностроении, автомобильной промышленности, на металлообрабатывающих заводах и других производствах. Для экономии необходимо рационально разместить детали на полотне. Такой процесс известен как создание карты раскроя материала. Использование дорогостоящего сырья предъявляет еще более жесткие требования к качеству и методам решения проблемы. Ученые ПНИПУ разработали комбинированный алгоритм для оптимального расположения фигур на листе на основе технологии искусственных нейросетей.

Детали производственных машин отливаются из стали. Их создание требует высокой точности и качества. Один из ключевых этапов изготовления — затвердевание отливки после ее заливки в форму. Его моделирование и анализ с использованием компьютерных систем позволяет улучшить качество и эффективность производства. Это снижает затраты и ускоряет процесс, поскольку отработка конструкции и ее параметров ведется не на реальных дорогостоящих плавках, а в виртуальном пространстве. Ученые Пермского Политеха разработали и проанализировали модели затвердевания отливок деталей «качалка» и «корпус насоса», которые широко применяются в авиации, чтобы определить оптимальные условия их создания.

Сейчас во многих областях промышленности широко применяются композиты на основе природных материалов, таких как базальт. Из него производят детали автомобилей, морских судов, трубопроводы и даже протезы. Но использование базальт-композита часто ограничено его недостаточной прочностью. Уже доказано, что повлиять на свойства материала можно с помощью гамма-облучения. Оно может как улучшить, так и ухудшить прочностные характеристики. Однако как именно меняется его микроструктура под воздействием радиации, пока не ясно. Ученые Пермского Политеха изучили, как различные дозы облучения воздействуют на свойства базальт-композита на молекулярном уровне. Исследование позволит точнее подбирать условия для радиационного усовершенствования материалов, чтобы производить промышленные изделия с требуемыми свойствами.

Ученые из Сколтеха показали, что стеклопластик можно перерабатывать без значительного ухудшения механических свойств, а в отдельных случаях — с их улучшением. Исследования позволяют надеяться на более экологичное будущее производства строительных материалов, деталей автомобилей, самолетов и морских судов, а также профессионального спортивного оборудования и других изделий, которые сегодня заканчивают свою жизнь на свалке.

В авиационной промышленности всегда стремятся облегчить вес конструкций и самолета в целом, чтобы сэкономить топливо и увеличить скорость и дальность полета. При этом важно сохранить высокие механические характеристики этих деталей. Часто для производства корпусов, отсеков и обшивки воздушного судна используют сэндвич-панели. Они состоят из двух прочных пластин и слоя пористого заполнителя посередине. Разработка и исследование новых структур заполнителя расширяет сферу их применения. Ученые Пермского Политеха разработали уникальную программу для быстрого проектирования оптимальных сэндвич-структур. Она позволяет подбирать параметры заполнителя и производить подготовку таких конструкций к 3D-печати, что экономит время, средства и материалы.

Волоконно-оптические датчики активно используют в мире для определения деформаций на поверхности конструкций, например, при мониторинге зданий, ангаров и мостов. Благодаря научному сообществу скоро будет возможно и внутри изделий контролировать дефектообразование с помощью оптоволокна. Сейчас изучается возможность их внедрения в композиционные материалы. Однако здесь важно учитывать специфику изготовления деталей из композитов и характеристики самих приборов. Сегодня на производстве не оценивают технологические деформации изделий таким способом. Ученые ПНИПУ предлагают внедрять волоконно-оптические датчики внутрь полимерной композиционной конструкции и получать данные о нарушениях, сохраняя при этом все эксплуатационные свойства. Такой способ позволит предсказывать возможное разрушение детали в процессе ее создания.

Литье по выплавляемым моделям — это традиционный способ изготовления деталей со сложными неровными поверхностями. В процессе литья важно полностью воссоздать форму и размер изделия из воска. Для создания внутренних полостей (они защищают детали от перегрева) в восковую модель помещают керамические стержни. Но убрать их уже после отливки сложно и трудоемко. Неполное удаление приводит к снижению эффективности охлаждения детали. Ученые ПНИПУ разработали и запатентовали способ изготовления керамических стержней, имеющих неравномерную прочность по глубине. Уникальная технология позволяет легко удалить материал. С ее помощью элементы нефтебурового оборудования, агрегатов сельского хозяйства, автомобилей и самолетов будут прочнее, а их производство — экономичнее.

Графен — один из самых легких, прочных и тонких материалов, он обладает высокой гибкостью, тепло- и электропроводностью. Благодаря таким свойствам графен способен заменить многие существующие материалы в промышленности, например, он перспективен для производства элементов автомобилей, самолетов и космических кораблей. Однако пока не существует определенной технологии объемной печати изделий из графена. Но ученые ПНИПУ нашли способ создавать изделия 3D-печатью с использованием жидких углеводородов.

Диски, втулки, валы, лопатки и другие части авиадвигателей делают из титановых сплавов. Такие детали получаются прочными и легкими, что позволяет совершенствовать конструкцию самолетов. Но их создание — трудоемкий процесс, высокопрочный сплав тяжело поддается обработке. Например, точение, фрезерование, сверление, протягивание таких деталей значительно влияет на их качество: часто разрушение начинается с поверхности, на которую активно воздействовали инструментами. Ученые ПНИПУ определили наилучшие параметры механической обработки образцов с ультрамелкозернистой структурой, чтобы повысить надежность и эффективность выпуска деталей авиадвигателей.

В России активно развиваются судо- ракето- и авиастроение. Например, только к 2030 году по плану Правительства в парк должно войти не менее 339 новых пассажирских лайнеров типа ТУ-214, Sukhoi Superjet 100 new и МС-21-310, которые должны заменить зарубежные аналоги. Чтобы успеть в срок, необходимо придумывать и применять на практике новые высокотехнологичные методы, а также устройства, которые сокращают время производства без потери качества. Часто одним из этапов строительства самолетов, ракет и судов является сверление отверстий и монтаж заклепок в местах соединения для сопряжения элементов конструкций из разных материалов. Для этого есть специальные станки, но почти все они недостаточно эффективны или сложны в управлении. Ученые Пермского Политеха создали сверлильно-клепальное устройство на электродвигателе. Аппарат прост в эксплуатации, а также имеет больше технологических возможностей по сравнению с аналогами, что ускоряет производство деталей.

Ослабление курса рубля уже привело к подорожанию ряда товаров, в том числе автозапчастей, а также заложило предпосылки к дальнейшему подорожанию автомобилей. Поэтому услуги авторазбора становятся боле востребованными для многих потребителей – владельцев автомобилей, небольших автомастерских, крупных сервисов, ремонтирующих автомобили по страховке. Стоимость б/у запчастей значительно ниже новых цен, в особенности на оригинальные детали хорошего качества. Ученые Пермского Политеха создали веб-приложение для повышения уровня сервиса компаний, выполняющих продажу автозапчастей. Приложение будет отражать ассортимент и количество автозапчастей для разных марок автомобилей, хранить в себе данные поставщиков и клиентов, помогать определять оптимальную стоимость детали, анализировать данные о потребностях в определенных деталях, а также повышать квалификацию начинающих сотрудников автосервиса с применением тренажерно-обучающих компонентов.