№ 5 (167) (2025)
Аддитивные технологии и лазерная обработка
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ WAAM-МЕТОДОМ НА ОСНОВЕ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
Аннотация
Объектом исследования в статье являются технологические процессы аддитивного производства на основе автоматической дуговой сварки проволочным электродом в среде защитного газа – DED-W/WAAM-GMAW. В статье представлена классификация DED-технологий и их сравнительные характеристики. Указаны преимущества WAAM-процессы на основе GMAW. Перечислены управляющие факторы технологий WAAM-GMA, влияющие на формирование параметров качества изготавливаемых изделий, и выходные параметры процесса, по которым оценивают технологические возможности WAAM-GMAW-процесса. Рассмотрены механизмы переноса металла в процессе его осаждения на формируемую заготовку. Представлены сравнительные характеристики режимов переноса, оценивается их влияние на протекание GMAW-процессов. Рассмотрено влияние на параметры качества изделий и процесс наплавки полярности таких факторов, как полярность подключения проволоки-электрода, сила тока и напряжение источника питания сварочной дуги, скорость подачи проволоки, скорость перемещения сварочной головки (сварочной ванны), состав защитного газа. Рассмотрены аспекты моделирования траекторий формообразующих движений сварочной головки в процессах WAAM-GMAW, влияющих на тепловые процессы наплавки, геометрическую точность и форму изготавливаемой заготовки, механические свойства материала заготовки. Рассмотрены недостатки метода, связанные с возможным возникновением дефектов изделий, таких как высокие шероховатость и волнистость поверхности, анизотропия механических свойств материала, переливы металла на боковой поверхности заготовки, остаточные напряжения, пористость, трещины и расслоение. Перечислены причины возникновения дефектов. Представлен анализ подверженности различных материалов различным дефектам. Представлены сведения о степени влияния некоторых управляющих технологических факторов процессов WAAM-GMAW на параметры процесса наплавки и формируемые параметры качества изделий. Предложен ряд решений, позволяющих повысить надёжность формирования параметров качества изделий, получаемых WAAM-GMAW-методами
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(5 (167)):3-14
3-14
РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР
Аннотация
Представлены перспективные направления использования метода PLD: высокотемпературная сверхпроводимость, углеродные наноструктуры, термоэлектрические структуры и топологические изоляторы на основе теллурида висмута. Технологии физического осаждения тонких пленок в вакууме (PVD), такие как метод импульсного лазерного осаждения (PLD), играют важную роль в микроэлектронике и других отраслях промышленности. PLD начал активно развиваться в 1960-х гг., став мощным инструментом для создания наноразмерных пленок и высокотемпературных сверхпроводников. Одним из важнейших достижений PLD стало получение качественной пленки высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7, что открыло новые возможности в области сверхпроводников. Метод PLD обладает уникальным сочетанием свойств, обуславливающих высокую универсальность и широчайшие возможности для проведения исследований. Ключевой особенностью метода PLD является мощное (более 1 МВт/см2) воздействие на мишень короткими (менее 30 нс) импульсами. Метод основан на испарении мишени лазерным лучом и осаждении материала на подложку в вакуумной среде. Особенностью PLD является высокая точность контроля состава и структуры осажденных материалов, что делает его уникальным среди других методов PVD. PLD также широко используется для получения углеродных наноструктур, включая графен и алмазоподобные покрытия (DLC), которые находят применение в различных сферах, от суперконденсаторов до медицинских имплантов. Кроме того, метод PLD успешно применяется для формирования тонкопленочных термоэлектрических материалов на основе теллурида висмута, которые используются в сенсорах и системах стабилизации температуры. Высокая универсальность и эффективность PLD делают его ключевым инструментом в современных исследованиях и разработках новых материалов в микроэлектронике, квантовых технологиях и энергетике.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(5 (167)):15-21
15-21
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОПУТСТВУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ОБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 12Х18Н10Т
Аннотация
Приведены результаты исследования сопутствующего излучения, возникающего при лазерных технологических процессах обработки материалов, определены энергетические характеристики в различных диапазонах длин волн. Данный вопрос является актуальным как в технологической сфере, так и в сферах медицины и охраны труда. Теоретическое и экспериментальное определение спектров сопутствующего излучения позволит оценить наличие конкретных длин волн, которые могут дестабилизировать процесс лазерной обработки, в частности, нержавеющей стали 12Х18Н10Т, как одной из наиболее востребованных в промышленном применении. Оценка зависимости спектра сопутствующего излучения от химического состава обрабатываемого материала проводилась с использованием специализированного программного обеспечения. Теоретически было установлено, что спектры эмиссии нержавеющей стали 12Х18Н10Т находятся в УФ-А, фиолетовом и зелёном диапазонах длин волн. В экспериментальной работе для определения спектрального состава сопутствующего излучения использовался автоматизированный монохроматор-спектрограф модели М266 (фирма Solar laser systems). Полученные результаты спектрального анализа подтверждают теоретические данные и дополняют их, что связано с наличием интенсивных тепловых эффектов, которые программное обеспечение для расчётов не учитывает. Результаты исследований свидетельствуют о наличии в составе сопутствующего излучения при обработке нержавеющей стали 12Х18Н10Т по технологии лазерной маркировки линий спектра в УФ- диапазоне длин волн. Сравнение значений, полученных в теоретической и экспериментальной частях исследования, показало необходимость совмещать эти два способа исследования сопутствующего излучения, поскольку именно комбинация теоретических и экспериментальных данных позволяет нивелировать недостатки каждого метода и получить наиболее полную спектральную картину сопутствующего излучения. Зафиксированные результаты исследований, в частности наличие УФ-линий спектра, обуславливают необходимость проведения измерений энергетических характеристик сопутствующего излучения в УФ-диапазоне не только в процессе лазерной маркировки, но и во время других лазерных технологических процессов, для определения конкретных уровней с целью оценки потенциальной опасности для персонала.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(5 (167)):22-29
22-29
Технологии механической обработки заготовок
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ СПЛАВА ИНКОНЕЛЬ 625, ПОЛУЧЕННОГО ПО АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ EBAM
Аннотация
Рассмотрены особенности фрезерования труднообрабатываемого жаропрочного сплава инконель 625 (аналог ХН75МБТЮ). Образец был получен по аддитивной технологии EBAM с использованием электронно-лучевой установки. С использованием высокоточного аналитического оборудования проведены исследования микроструктуры и физико-механических свойств на образцах, вырезанных вдоль и поперёк направления подачи при синтезе. Измерения сил резания, возникающих при фрезеровании на различных режимах, выполнено с использованием токарного динамометр Kistler. Даны пояснения по схемам измерения сил резания и их направлению в зависимости от условий контакта фрезы и заготовки. Для фрезерования были использованы твёрдосплавные концевые фрезы диаметром 8 и 12 мм без покрытия. В ходе измерения составляющих сил резания было установлено, что увеличение подачи в диапазоне 25…200 мм/мин при фрезеровании приводит к линейному росту сил резания. При этом наблюдается стабильная тенденция превышения сил резания при фрезеровании вдоль направления подачи при синтезе в сравнении с аналогичными условиям. В случае фрезерования поперёк направления подачи при синтезе образца установлено, что удельная сила резания на лимитирующих режимах достигает значений 428 Н/мм2. Анализ результатов исследования позволил выработать технологические рекомендации по назначению параметров режущего инструмента и установлению лимитирующих режимов фрезерования.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(5 (167)):30-41
30-41
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ В ПРЕЦИЗИОННЫХ ПАРАХ ТРЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН МЕТОДОМ ФИНИШНОЙ АНТИФРИКЦИОННОЙ БЕЗАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ
Аннотация
Представлены результаты исследования, которые направлены на создание защитных адгезионных наноплёночных покрытий из алюминия, которые наносятся на сталь марки 45 с использованием фрикционного метода. Для этого применяется прутковый инструмент, закреплённый в специальном устройстве и находящийся под давлением. В качестве образцов для сравнительных испытаний использовалась сталь 45 по ГОСТ 1050-2013, предварительно обезжиренная бензолом (ГОСТ Р 58415-2019, C6H6) или спиртом (ГОСТ Р 55878-2013, C2H5OH). После этого с поверхности образцов удаляли окисный слой с помощью абразивного материала (ГОСТ 6456-82), а для сохранения ювенильной поверхности сразу наносили слой глицерина (ГОСТ 6824-96, CH2(OH)-CH(OH)-CH2OH) с последующим покрытием медно-алюминиевой плёнкой. В работе изучено взаимодействие плёнок, нанесённых на поверхность образцов методом финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО). Исследованы защитные свойства алюминия как покрытия. В ходе экспериментов были определены условия, необходимые для формирования сплошного алюминиевого слоя, а также зафиксировано изменение массы стальных образцов до и после нанесения покрытия. Полученное композиционное покрытие демонстрирует повышенную износостойкость, антикоррозионные свойства и снижает коэффициент трения
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(5 (167)):42-48
42-48