Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: X Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 01 декабря 2016 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Машиностроение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Тынторов А.А. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОГО АДДИТИВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. X междунар. студ. науч.-практ. конф. № 7(10). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/7(10).pdf (дата обращения: 29.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОГО АДДИТИВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Тынторов Александр Александрович

студент магистратуры, кафедра Машиностроения, Санкт-Петербургский Горный университет,

г. Санкт-Петербург

Максаров Вячеслав Викторович

научный руководитель,

д.т.н., профессор, кафедра Машиностроения, Санкт-Петербургский Горный университет,

г. Санкт-Петербург

Аддитивное производство из металла на сегодняшний день является одним из стратегических направлений развития машиностроения во всём мире. Данная технология позволяет изготавливать детале-сборочные единицы на основе компьютерной модели, избегая использование формообразующих элементов и механообработку. Данный подход позволяет значительно сократить объём отходов производства.

Некоторые методы лазерного аддитивного изготовления нашли дополнительное применение в ремонте изношенных деталей и нанесении защитных покрытий.

Научно-технический прогресс в технике позволяет миниатюризировать зону обработки менее 1 мм, что значительно расширяет возможности методов лазерного аддитивного изготовления готовых изделий, обеспечивая повышенную точность и качество поверхности, а также открывается возможность производства малоразмерных изделий. Множество исследований проводятся в данной области с целью разработки стратегий и рекомендаций по выбору технологического оснащения и режимов обработки для различных сценариев.

Целью данной работы является анализ методов лазерного аддитивного изготовления изделий из металла, исследование режимов обработки для установления зависимостей с последующей разработкой методики технологического обеспечения качества эксплуатационных поверхностей.

Изначально аддитивные технологии были ориентированных на производство прототипов, а сегодня они объединяют широкий класс технологических процессов изготовления готовых деталей. Основными методами аддитивного изготовления изделий из металла являются: лазерное спекание и лазерная наплавка. Оба метода основаны на плавке металлического порошка лазером, но есть и значительные отличия.

При формообразовании методом лазерной наплавки используется энергия лазерного излучения для оплавления присадочного материала, подаваемого в зону обработки вместе с излучением, и нижележащего слоя с целью формирования на нём валика наплавки, связанного с основой. Для защиты наплавляемого материала от окисления порошок подаётся и сплавляется в среде защитного газа: азота или аргона.

Принципиальная схема лазерной наплавки показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема наплавки с коаксиальной подачей порошка

 

Зачастую при лазерной наплавке в качестве основного оборудования используется пятикоординатный фрезерный станок, оснащённый системой ЧПУ, которая и отвечает за перемещение лазерной головки согласно выбранной стратегии.

Относительное перемещение лазерного луча и рабочей поверхности позволяет наносить материал по выбранной траектории, а послойное наложение контуров – создавать трехмерные объекты.

Лазерная наплавка широко применяется для ремонта изношенных деталей, модификации поверхности и изготовления средне- и крупногабаритных изделий с невысокими требованиями к качеству поверхности, точности размеров и значительными припусками на механическую обработку. Однако при миниатюризации зоны обработки стало возможным изготовление и малоразмерных и тонкостенных изделий с более высоким качеством поверхности.

Для получения валиков высокого качества порошок в рабочую зону подаётся слегка в избытке, и не весь успевает наплавиться.

Альтернативным наплавке методом является лазерное послойное спекание порошка. В рабочую камеру подаётся и равномерно распределяется порошок, таким образом, чтобы один однородный слой. Лазер с помощью систем зеркал быстро проплавляет определённые участки, согласно программе, порошок расплавляется и спекается с предыдущим слоем. Дно рабочей камеры опускается на величину одного слоя, и камера вновь заполняется порошком.

Метод отличается высокой скоростью сканирования лазера (перемещения лазерного луча) и высоким разрешением печати – толщина слоя порядка 20 микрометров.

Отличительной особенностью данного метода является то, что нет необходимости в печати опорных элементов, поскольку сам порошок осуществляет эту функцию во время печати.

Принципиальная схема послойного спекания металлического порошка показана на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Лазерное спекание порошка

 

В обоих случаях исходными данными является трёхмерная компьютерная модель детали, которую специализированная CAM-система разделяет на слои и, в зависимости от методики, разрабатывает траекторию движения рабочих органов станка.

Трёхмерная печать с использованием металлического порошка является практически безотходным производством, поскольку весь неиспользованный порошок собирается и повторно используется

Печать производиться на специальной съёмной подложке к которой детали приплавляются во время образования первого слоя, поэтому после печати возникает необходимость их отделения. Данный процесс осуществляется с помощью ленточной пилы.

С учётом выше сказанного, коэффициент использования материала составляет порядка 95%.

Негативными моментами данных методик являются возможное образование пор внутри материала и внутренние напряжения. Зачастую напечатанные детали подвергают термической обработке для снятия напряжений, уменьшению пористости и отпуска.

На сегодняшний день при печати деталей из металла больший упор делают на производительность и получение удовлетворительной структуры, а качество отходит на второй план. Так, минимальная шероховатость Ra составляет 8.75 мкм, а точность размеров ±0,05 мм на 100 мм длины при толщине слоя 30 мкм. Поэтому необходима чистовая и суперфинишная доработка точных рабочих поверхностей. Однако, в следствии термического воздействия, напечатанные детали получаются повышенной твёрдости, что уменьшает их обрабатываемость. Габариты изделий колеблются от тонкостенных 0.2 мм толщиной до 300 мм. При наплавке габариты ограничены рабочей зоной станка.

В связи с ограничениями при получении порошков и особенностях физико-химических процессов при их плавке спектр используемых материалов несколько ограничен. Наиболее популярными являются порошки из титана, инструментальной и нержавеющей стали, кобальт-хромовых сплавов, никеля, меди, алюминия и золота.

Разработка методик и рекомендация по изготовлению деталей методом лазерного аддитивного изготовления ускоряет развитие данного подхода и продвижение его в качестве основного технологического процесса при изготовлении детали, поскольку является менее энергозатратным и практически безотходным.

Геометрия изготовленных деталей может превосходить возможности механической обработки, поэтому остро стоит задача получения эксплуатационных поверхностей сразу после печати.

 

Список литературы:

  1. Григорьев, С.Н. Высокоэффективные технологии обработки — М.: Машиностроение. — 2014. — 455 с.
  2. Григорьянц, А.Г. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. для вузов / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров — М.: МГТУ им. Баумана. — 2006. — 663 с.
  3. Gasser, A. Laser additive manufacturing / A. Gasser, G. Backes, I. Kelbassa et al. // Laser Technik Journal. — 2010. — №2. — P. 58-63.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.