Способ аддитивного производства металлических изделий

Даниил Дмитриевич Какорин; Алексей Юрьевич Лаврентьев; Борис Иосифович Марголис

doi:10.22213/2410-9304-2023-4-75-80

Авторы

Д. Д. Какорин Тверской государственный технический университет
А. Ю. Лаврентьев Тверской государственный технический университет
Б. И. Марголис Тверской государственный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-4-75-80

Ключевые слова:

технологический процесс, автоматизированное управление, присадочная проволока, режимы наплавки, послойное построение, электродуговая наплавка, аддитивное производство

Аннотация

В статье приведено описание современных способов аддитивного производства металлических изделий, рассмотрены их достоинства и недостатки, обоснована актуальность разработки наиболее производительного и эффективного способа аддитивного производства металлических изделий на основе послойной электродуговой наплавки. Известные способы аддитивного производства основываются, как правило, на принципе плавления присадочного порошкового материала высококонцентрированными - лазерными или электронными - источниками теплового воздействия. Свою актуальность данные способы послойного наплавления получили благодаря малой распространенности зоны термического влияния в наплавляемом металле, высокой точности послойного построения и возможности автоматизированного управления процессом аддитивного производства. Несмотря на многие преимущества, у данных способов существуют значительные недостатки, ограничивающие их применение в условиях реальных производственных процессов. К ним относятся низкая скорость послойного построения, связанная с малыми размерами наплавляемого слоя и необходимостью выполнения нескольких проходов для формирования стенки заданной толщины, высокая стоимость используемого оборудования, необходимость использования вакуумной камеры в процессе наплавки, а также высокая вероятность образования дефектов в структуре наплеванного металла при спекании порошковых материалов. В предлагаемом способе аддитивного производства указанные недостатки решаются за счет использования электрического дугового разряда для плавления проволочного присадочного материала. Использование электрической дуги в совокупности с проволочным материалом позволяет до 4 раз увеличить скорость послойного построения. Также наплавление проволочного материала позволяет свести к минимуму вероятность образования несплавлений и пор в структуре наплаванного металла. Однако для повышения качества наплавляемых изделий и использования предложенного способа в реальных производственных условиях необходимо обеспечить автоматизированное управление технологическим процессом послойной электродуговой наплавки. Для этого в статье определены ключевые этапы технологического процесса и выделены наиболее значимые характеристики, определяющие качество наплавляемых изделий.

Биографии авторов

Д. Д. Какорин, Тверской государственный технический университет

аспирант

А. Ю. Лаврентьев, Тверской государственный технический университет

кандидат технических наук

Б. И. Марголис, Тверской государственный технический университет

доктор технических наук, профессор

Библиографические ссылки

Южакова, Ю. В., Сысоев А. А. Технологии аддитивного производства // Современное инженерное образование: вызовы и перспективы: материалы национальной научно-практической конференции, Магнитогорск, 07-08 февраля 2022 года / под ред. Н. Н. Зеркиной. Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, 2022. С. 232-237.

Бойков, Д. С. Эффективность применения 3D-печати в машиностроении // Безопасность человека и устойчивое развитие общества перед вызовами глобальных трансформаций: материалы международной междисциплинарной научной конференции, Йошкар-Ола, 02 декабря 2021 года. Т. 2. Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2022. С. 69-70.

Современные материалы и технологии аддитивного производства металлических изделий / М. С. Крештин, А. А. Ханков, И. В. Кудрявцев, И. В. Белоусов // Национальная научно-техническая конференция с международным участием. Перспективные материалы и технологии (ПМТ-2022): сборник докладов конференции Института перспективных технологий и индустриального программирования РТУ МИРЭА, Москва, 11-15 апреля 2022 года / под редакцией А. Н. Юрасова. Т. 1. М.: МИРЭА - Российский технологический университет, 2022. С. 252-256.

Финогеев Д. Ю., Решетникова О. П. Аддитивные технологии в современном производстве деталей точного машиностроения // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2020. № 3 (86). С. 63-71.

Зоренко, Д. А., Фадина Д. С. Особенности применения аддитивных технологий в производстве корпусных элементов компактных редукторов // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2021. № 27. С. 16-20. DOI 10.26160/2474-5901-2021-27-16-20.

Шальнова, С. А. Аддитивные технологии и лазерная поверхностная обработка как альтернатива классическим методам производства и обработки деталей // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2016. № 26-2. С. 38-42.

Применение электродуговой наплавки для создания трехмерных объектов из стали / С. С. Жаткин, К. В. Никитин, В. Б. Деев, С. С. Панкратов, Д. А. Дунаев // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63, № 6. С. 443-450.

Дзеник А. Д., Исламов А. Р., Каримов Д. И. Современные технологии производства порошковых материалов для аддитивных технологий // Молодежь и системная модернизация страны: сборник научных статей 4-й Международной научной конференции студентов и молодых ученых, Курск, 21-22 мая 2019 года. Т. 5. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2019. С. 244-247.

Гребенщикова Т. Д., Рыжков В. В. Применение аддитивных технологий в машиностроительном производстве // Прогрессивные технологии и процессы: сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Курск, 24-25 сентября 2020 года. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2020. С. 37-39.

Демин В. А., Ларин С. Н. Современные направления и перспективы развития технологий обработки металлов давлением в машиностроении // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 8 (122). С. 3-11. DOI 10.30987/2223-4608-2021-8-3-11.

Галкин В. И., Головкин П. А. Об актуальности базовых технологий обработки металлов давлением // Технология машиностроения. 2020. № 8. С. 35-39.

Шахов С. А., Кашинцева Л. В. Современные способы обработки металлов // Современные проблемы экологии: доклады XXIX Всероссийской научно-практической конференции, Тула, 27 декабря 2022 года. Тула: Инновационные технологии, 2022. С. 151-155.

Минков С. В., Белов С. А. Применение аддитивных технологий в железнодорожном машиностроении: состояние и перспективы // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. 2020. № 2 (50). С. 28-34.

Кукушкина В. А., Бордюгова Ю. А. Применение 3d-моделирования и аддитивных технологий в машиностроении // Информационные технологии и математическое моделирование в управлении сложными системами. 2022. № 1 (13). С. 63-69. DOI 10.26731/2658-3704.2022.1(13).63-69.

Тесленко И. Б., Аванесян Н. Л. Аддитивное производство: будущее, которое уже наступает // Инновационное развитие социально-экономических систем: условия, результаты и возможности: материалы VI Международной научно-практической конференции, Орехово-Зуево, 05 июня 2018 года / Государственный гуманитарно-технологический университет. Орехово-Зуево: Государственный гуманитарно-технологический университет, 2018. С. 202-205.

Шкарина А. И., Кукушкина В. А., Кровопусков П. А. Перспективы применения аддитивных технологий в отечественном производстве // Современные проблемы теории машин. 2022. № 13. С. 131-135. DOI 10.26160/2307-342X-2022-13-131-135.