3.2. Научно-техническая программа

Материаловедение и термическая обработка сплавов

Арзамасов Борис Николаевич Член Совета Фонда, руководитель программы Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Доктор технических наук Профессор МГТУ им. Н.Э.Баумана

Технологии литейного производства

Рыбин В.А. Руководитель программы Доктор технических наук Заведующий кафедрой МТБ МВТУ им. Н.Э.Баумана

Аннотация
Программа включает в себя комплекс работ по следующим направлениям:

1. Скоростное лазерное стереолитографирование промоделей для литья по выплавляемым моделям
При производстве тонкостенных отливок из жаропрочных сплавов и высокопрочных алюминиевых сплавов существуют проблемы заполнения литейных форм, питания отливок. Обосенно это актуально при необходимости безусловного получения отливок с отсутствием пористости усадочного происхождения.

В России и за рубежом применяется способ заполнеия литейных форм при воздействии в этот период на расплав внешнего переменного магнитного поля, что дает соответствующий эффект: позволяет уменьшить толщины стенок отливки, либо увеличить протяженность заполненной полости литейной формы.

На кафедре МТ-5 “Литейные технологии” МГТУ им. Н.Э.Баумана разработан способ и устройство для его реализации, используемый при производстве двухзамковых лопаток из высокопрочных сплавов АЛ 23-1, АЛ 27-1. Эти сплавы имеют интервал затвердевания от 80 до 140 град., что создает трудности при заполнении форм, особенно учитывая, что радиус на сбегающей кромке лопаток составляет 0,1 мм.

В новой технологии и установке использовано одновременное воздействие вакуума и магнитного поля, что позволило достичь положительного результата.

Такая технология разработана для изготовления лопаток взамен изготовленных фирмой “Ролс-Ройс” (стоимость комплекта из 3-х лопаток 200 ф/стерл.; стоимость одной цельнолитой лопатки 5 руб. в ценах 1990 г.).

Работы были выполнениы для организации “Сургуттрансгаз”. Опытные партии отливок, не требующих обработки резанием, прошли испытания на специальных стендах (10 000 000 циклов), при требуемом уровне механических свойств за счет измельчения зерен в отливках при электромагнитном воздействии на расплав.

(Аннотация подготовлена профессором В.А.Рыбкиным)

2. Скоростное лазерное стереолитографирование промоделей для литья по выплавляемым моделямЗа последнее десятилентие широкое распространение получили системы компактного интеллектуального проектирования (КИПр) в сочетании с технологией послойного синтеза (ТПС), что позволяет в 30…100 раз скратить время технологического цикла от разработки чертежа до изготовления пилотного образца. Особо широкое распространение получили эти методы в аэрокосмической технике и автомобилестроении. В настоящее время в мире функционирует более 7500 установок быстрого прототипирования различных западных фирм, среди которых выделяется “3D Systems”.

В России (ИПЛИТ РАН, г.Шатура) совместно с рядом ведущих НИИ РФ разработана и изготовлена установка ЛС 250 лазерной стереолитографии, отечественное программное обеспечение и отечественные фотополимеры (ОКМ-2) к ней. Совместно с НИИ КМПТ при МГТУ им. Н.Э.Баумана определяются области применения КИПр в литейном производстве, в частности для аэрокосмической техники, разрабатываются технологические процессы получения литых изделий.

Работы ИПЛИТ РАН, НИИ КМТП (каф. МТ-5, МТ-12) направлены на развитие отечественной техники, технологий и материалов для создания конкурентноспособных изделий на мировом рынке.

(аннотация подготовлена профессором В.А.Васильевым)

3. Модульное проектирование литейного оборудования для литья в песчаные формы и по выплавляемым моделям; это обеспечивает сокращение сроков проектирования нового оборудования и оптимизацию конструкций поточных литейных линий

В аэрокосмической отрасли создан ряд технологий производства отливок с уникальными свойствами. Широкое их применение в отрасли требует тиражирования оборудования для оснащения ими предприятий отрасли и внешнего рынка. Решать эту проблему должна сама отрасль, обладающая мощной механической базой.

Мощный принцип проектирования и изготовления, широко использующий агрегатную и межагрегатную унификацию, позволяет ускорить и удешевить проектирование и изготовление оборудования, максимально удовлетворять требования конкретного производства, гибки изменять состав и структуру поточных линий в связи с изменением программы выпуска отливок.

Опыт разработки таких систем, применительно к автоматическим формовочным линиям и комплексу оборудования литья по выплавляемым моделям имеет МГТУ им. Н.Э.Баумана.

(Аннтоацию подготовил профессор О.А.Беликов)

Производство деталей методом порошковой металлургии

Дмитриев А.М. Руководитель программы Доктор технических наук Член-коореспондент РАН Заведующий кафедрой МТБ МВТУ им. Н.Э.Баумана

# Разработка технологического процесса и конструкций штампов для безотходного производства компрессорных лопаток из титановых и стальных порошков -Предварительные эксперименты показали, что многие приемы и режимы формирования деталей из железных порошков могут быть применены для производства деталей сложной формы из порошкового титана. В результате работ по программе реализуется техпроцесс (с использованием серийно выпускаемого прессового и печного оборудования) по производству различных типоразмеров компрессорных лопаток, в котором операции снятия стружки сведены к минимуму и применяются только к замковой части лопатки.

# Разработка технологического процесса безотходного производства шестерен из порошковых сталей -Из обычного цикла производства шестерен исключаются горячая объемная штамповка, обработка поковок резанием, нарезание зубьев и, возможно, последующие операции, целью которых является повышение прочности зубьев.

# Производство прокаткой из нержавеющей стальной ленты плат теплообменников, имеющих гофры сложной формы -Производство безотходное, платы используются для охлаждения поверхности оболочек, нагретых до высоких температур, путем отдачи тепла воздушным потокам, проходящим через выштампованные в этих платах каналы.

Механосборочное производство

Проников А.С. Руководитель программы Доктор технических наук Профессор МВТУ им. Н.Э.Баумана

Параметрическая надежность машин, то есть сохранение во времени достигнутого уровня качества, является актуальной, в настоящее время еще недостаточно разработанной проблемой, особенно для авиационной и космической техники.

Для ее решения необходимо, чтобы при изготовлении сложных и точных механических систем само технологическое оборудование (в первую очередь станки и сборочные машины) обладали свойством сохранять высокую точность на протяжении всего периода эксплуатации.

Для этого необходимо создать специальную систему управления параметрической надежностью при эксплуатации того технологического оборудования, которое изготавливает ответственные детали летательных аппаратов.

В этом направлении предпоалгается проведеие работ по следующим основным этапам:

Разработка методики проведения оценки уровня параметрической надежности технологического оборудования, включая:
- программы обработки данных и прогнозирование надежности;
- мониторинг состояния объекта;
- диагностику объекта;
- установление структуры и содержания мероприятий по техническому обслуживанию оборудования.

Создание на базе ММПП “Салют” испытательно-диагностического центра, на базе которого будут проводиться мобильные и стационарные испытания станков по программному методу, включая оценку технологических возможностей новых станков, включая:
- разработку структуры и содержания оборудования в испытательно-диагностическом центре;
- создание специального диагностического оборудования;
- создание специальных программных нагрузочных устройств;
разработку мобильных и стационарных систем измерения выходных параметров объекта;
- разработку программ расчета и прогнозирования показателей параметрической надежности объекта испытаний.

Метрология и контроль

Проников А.С. Руководитель программы Доктор технических наук Профессор, Зав. кафедрой МТ-4 МВТУ им. Н.Э.Баумана

Программа включает в себя комплекс работ по следующим направлениям:

Разработка технологии векторных измерений для контроля геометрической точности прецизионных изделий сложной формы
Традиционная технология контроля геометрической точности деталей машиностроения связана с измерениями частных (дифференциальных) параметров: размеров, отклонений формы и расположения поверхностей, шероховатости. По этой причине достоверность контроля качества составляет для некоторых изделий крайне низкую величину (для плунжерных пар -0,1). Чтобы устранить упомянутый недостаток, разрабатывается теория и технология векторных измерений.

В рамках настоящего проекта планируется разработать методику планирования, выполнения и интерпретации результатов векторных измерений, демонстрационный макет специального программного обеспечения для координатно-измерительной машины, решающей задачу контроля и диагностики геометрической точности прецезионных изделий сложной формы.

Создание экспериментального макета интеллектуальной системы векторных измерений
Для реализации технологии векторных измерений необходима принципиальная модернизация аппаратного и программного обеспечения координатных измерительных машин:
- повышение точности позиционирования измерительной головки;
- создание программ планирования векторных измерений, проверки надежности моделей объектов контроля, обработки и интерпретации результатов измерений.

Разработка средств и методов хронометрического контроля функционирования циклических механизмов
Для контроля и диагностики машин и механизмов преимущественно используются амплитудные и амплитудно-частотные характеристики, позволяющие по вариациям уровня и спектрального состава шумов и вибраций механизма определять изменения его технического состояния. Эффективность данного подхода ограничивается естественным виброакустическим фоном механизма.
Параллельно используется также виброчастотный метод. Переход к определению фазы рабочего цикла механизма позволяет получить новую информацию о его работе. Предлагаемый частотно-хронометрический метод (ЧХМ) основан на регистрации фазы рабочего цикла путем измерения интервалов времени, соответствующих последовательным этапам рабочего цикла механизма. Благодаря этому удается получитьпринципиально новую информацию о работе устройств, если точность измерения временных интервалов достаточно высока. При этом следует учитывать, что временные и фазово-частотные измерения обладают наивысшей точностью и, в отличие от амплитудно-частотных измерений, в максимальной степени обеспечены метрологически (вплоть до привязки к системе Госповерки). Следовательно, изменение технического состояния механизма может быть зарегистрировано измерениями характерного периода (или его частей) движения конструктивных элементов данного механизма. Систематическое накопление информации о вариациях периода позволяет выявить тренды, связанные с износом конструктивных элементов и старением их материала, изменением геометрических параметров элементов объекта, изменением характера взаимодействия. Тем самым обеспечивается объективная возможность прогноза ресурса изделия.
Основу предлагаемого подхода составляют прецизионные измерения и частотно-хронометрический анализ параметров рабочего цикла механизма и его элементов. Процесс контроля и диагностики состоит из двух частей:
- выполнение с заданной точностью (0,0000001 с) измерений специализированными оптико-электронными и радиоэлектронными системами характерных временных интервалов рабочего цикла движения элементов конструкции механизма и передача измерительной информации в ЭВМ;
- анализ, контроль и диагностика механизма осуществляются с использованием статистической обработки измерительной информации и разработанных алгоритмов определения неисправностей и дефектов.
Практический опыт уже выполненных работ в этом направлении показывает, что получаемая на новом метрологическом уровне хронометрическая информация и ее интерпретация приводит к необходимости модернизации имеющихся и созданию новых, более точных математических моделей функционирования изделий, что одновременно обеспечивает реализацию нового уровня САПР изделий.
Предлагается разработка методов измерительного контроля с дальнейшей реализацией встроенных систем контроля и диагностики газотурбинных двигателей и ДВС (оценка правильности функционирования, выявление дефектов); редукторов (контроль кинематической погрешности, выявление дефектов зубчатой передачи); подшипников (аварийная защита, контроль правильности функционирования), лопаток и других элементов циклических механизмов.

Сварочное производство

Ховов В.М. Руководитель программы Кандидат технических наук Доцент кафедры МТ-7 МВТУ им. Н.Э.Баумана

Автоматизированное проектирование подготовки производства – одно из самых перспективных направлений совершенствования выпускаемых изделий, в особенности, при частой смене моделей. Применительно к изготовлению сварных конструкций повышение их качества и стабильности характеристик достигается за счет использования сварочных роботов, работающих в составе роботизированных сварочных технологических комплексов. Расширенное применение роботизированной сварки конструкций и узлов требует существенных изменений во всей цепочке создания сварной конструкции, начиная от ее проектирования с учетом доступности сварных швов сварочному роботу и заканчивая формированием программы управления движением робота и технологическими параметрами сварки. Зарубежные фирмы, особенно в автомобильной и аэрокосмической промышленности, используют программные комплексы, реализованные на базе мощных рабочих станций, которые позволяют одноременно с проектированием трехмерных образов сварных конструкций прорабатывать технологические проблемы автоматической сварки. Однако, высокая стоимость таких систем не позволяет применять их на отечественных предприятиях. В настоящее время с учетом постоянно растущей производительности массовых моделей компьютеной техники удалось создать универсальную систему трехмерного кинематического моделирования работы сварочных роботизированных технологических комплексов, включающих в себя разрабатываемую сварную конструкцию, разрабатываемую технологическую сборно-сварочную оснастку, манипулятор изделия и сварочный робот. Ее использование позволяет получить принципиально новый процесс итерационной проверки технологичности дорабатываемой и совершенствуемой уже в процессе проектирования новой конструкции. Плюс к этому завершение этапа разработки конструкции происходит в условиях, когда уже решены и основные задачи технологической подготовки производства, включая получение законченной технологической документации. Первые версии этой системы прошли успешную производственную проверку на ведущих российских автомобильных заводах (ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ) и уже становятся неотъемлемой частью разработки и постановки на производство новых моделей автомобилей. На основе этого опыта возможно дальнейшее развитие программных средств и их эффективное использование и в авиационной промышленности как в условиях серийного, так и единичного и опытного производства. (Аннотация подготовлена кандидатом технических наук, доцентом В.М.Хововым)

Технологии получения жаростойких и износостойких покрытий

Арзамасов Борис Николаевич Член Совета Фонда, руководитель программы Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Доктор технических наук Профессор МГТУ им. Н.Э.Баумана

В условиях серийного производства на авиационных заводах рекомендуется использовать экологически чистые и безопасные процессы получения защитных покрытий. Пора отказаться от порошкового метода получения покрытий, а плазменное напыление не дает качественных слоев на поверхности деталей. Для получения жаростойких покрытий на лопатках турбины ГТД рекомендуется применять комплексные покрытия. Одним из вариантов комплексацелесообразно использовать циркуляционный метод получения диффузионных покрытий одним или несколькими элементами.