CC BY
5
УДК 629.78.004.9+678.021.18
БЕЗОТХОДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ, ПУТЕМ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ
РАСПЛАВА БРАКОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ
*
Н. С. Шестов , П. А. Бривкальн, В. В. Гордеев, К. Е. Мумбер Научный руководитель - М. И. Толстопятов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: [email protected]
Рассмотрены методы получения металлопорошковых материалов для селективного лазерного сплавления ракетно-космической техники, с целью бережливого производства и стремления к безотходному производству.
Ключевые слова: Аддитивные технологии, ракетно-космическая техника, производство ракетных двигателей, безотходное производство, диспергирование расплава.
WASTE-FREE PRODUCTION OF ADDITIVE TECHNOLOGIES OF ROCKET AND SPACE EQUIPMENT BY DISPERSION OF THE MELT OF DEFECTIVE
PRODUCTS
N.S. Shestov*, P. А. Brivkaln, V. V. Gordeev, K. E. Mumber Scientific supervisor- M. I. Tolstopyatov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
*E-mail: [email protected]
Methods for obtaining metal-powder materials for selective laser fusion of rocket and space technology, with the aim of lean production and striving for waste-free production, are considered.
Key words: Additive technologies, rocket and space technology, production of rocket engines, non-waste production, melt dispersion.
Сегодня использование аддитивных технологий при производстве ракетно-космической техники становится все более распространенным как в России, так и за рубежом. Это приводит к значительному сокращению затрат и сокращению времени производства. Передовые технологии производства включают технологии селективного (аддитивного) лазерного плавления металлического порошкового материала на 3Б-принтере (технология SLM), которые позволяют получать детали сложной пространственной формы.
Поскольку процесс производства и порошковая 3Б-печать металла являются дорогостоящим методом изготовления деталей, ошибки, связанные с конструкцией, или неправильно выбранные режимы печати могут привести к дефектам продукта, что увеличивает затраты на производство.
Использование аддитивных технологий в массовом производстве влечет за собой более высокую долю ошибок в производстве продукции ракетно-космической промышленности. Можно минимизировать затраты на брак, используя устройства для производства
Секция «Двигатели и энергетические установки летательных и космических аппаратов»
металлических порошковых материалов (насадок) в производстве путем обработки дефектной продукции.
Частицы порошка, полученные с помощью механического измельчения, имеют фрагментированную неправильную форму. Полученный порошок содержит относительно большое количество примесей - продуктов износа корпусов мельниц и облицовок мельниц.
Диспергирование в расплаве является наиболее продуктивным, экономичным и эффективным способом получения мелкого и среднего металлического порошка. Этот метод обеспечивает 60-70% объема всех технических порошков [1]. Кроме того, порошки, полученные методом диспергирования в расплаве, имеют почти сферическую форму частиц.
Существует несколько способов получения металлических порошковых материалов (дисперсия расплава):
- газовое распыление;
- вакуумное распыление;
- центробежное распыление.
Распыление газа является наиболее распространенным методом, используемым в металлургической промышленности. Суть этого метода заключается в следующем: металл расплавляется в плавильной камере (в вакууме или среде инертного газа), а затем выливается в распылитель, где поток расплавленного металла разрушается струей инертного газа (обычно аргона или азота) под давлением.
Процесс распыления металла состоит из трех этапов - начальной, рабочей и конечной. На начальном этапе система переходит в рабочий режим: открывается клапан слива металла (для стабилизации потока требуется некоторое время), включается подача распыленного газа и в четко определенном соотношении между количеством металла и распыляемым газом. Этот этап длится несколько секунд. Затем начинается рабочий этап, на котором процесс разряда металла стабилизируется и достигается необходимое соотношение расхода металла и аргона в шприце.
Одним из видов распыления газа является технология, при которой металл расплавляется плазмой [2]. Например, распылитель Яаушоге (Канада) содержит три генератора плазменных горелок для потока ионизированного газа, сфокусированных на точке подачи металла в виде стержня [3]. Недостатком технологии является необходимость специального изготовления сырья - стержня 01...5 мм, однако таким образом можно получить высококачественный, особенно чистый порошок из молибдена, титановых сплавов и сплавов ниобия, тантала, Со-Сг в широком и контролируемом диапазоне фракционного состава.
Устройство для небольшого распыления позволяет: производить партии порошка от 1 кг до нескольких сотен кг на собственных установках для последующего использования в аддитивном производстве (технологии БЬМ, БМО, Б1) на основе железа (железа и нержавеющей стали), титана, меди, огнеупорных и термостойких материалов, Алюминий с размером разрыва 10-300 микрон; быстрый переход от разделения одного материала к другому; абсолютная сферическая форма гранул; однородность по размеру (диаметру) и составу частиц порошка по сравнению с другими технологиями; качество, в том числе пористость, находится на уровне отраслевых стандартов.
Преимущества плазменного метода включают в себя: количество и широкий спектр контроля параметров, стабильность процесса и простота реконфигурации, наилучший выход, форму и качество частиц, компактность оборудования и возможности автоматизации, возможность распыления огнеупорных материалов и материалов с особыми свойствами, относительно низкая стоимость.
Таким образом, объединив производство селективного лазерного синтеза продуктов для ракетных и космических технологий и производство металлических порошковых материалов, можно значительно снизить стоимость изготовленных деталей и довести
производство ракетной и космической техники с использованием аддитивных технологий до производства без отходов.
Для дальнейших исследований необходимо проанализировать химический состав и физико-химические свойства металлического порошка, полученного из дефектных продуктов, изготовленных с использованием аддитивных технологий. Затем из полученного порошка изготавливают образцы для изучения физических и механических свойств изготовленной детали.
Библиографические ссылки
1. Осокин Е. Е. Процессы порошковой металлургии. Электронный учебно-методический комплекс / ИПК СФУ. Красноярск, 2008. 418 с.
2. Electronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: https://nami.ru/ uploads/docs/centr_technology_docs/55a62fc89524bAT_metall.pdf (дата обращения 7.4.2022).
3. Electronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: https://raymor.com/nanotech/ plasma-technology/(дата обращения 7.4.2022).
© Шестов Н.С.,Бривкальн П. А., Гордеев В. В., Мумбер К. Е.,2022
