Исследование процесса формирования трехмерных объектов из деформируемых алюминиевых сплавов по WAAM-технологии
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важнейших технологий заготовительного производства является наплавка – нанесение расплавленного металла на поверхность изделия. Наплавленный металл очень прочно «склеивается» с основным металлом и образует с изделием одно целое.
Наплавка является одним из наиболее распространенных способов повышения износостойкости и восстановления деталей и конструкций. Процессы наплавки применяются при ремонте и восстановлении первоначальных размеров и свойств изделий, изготовлении новых изделий с целью обеспечения надлежащих свойств конкретных поверхностей. Восстановление изделий наплавкой обычно выполняют тем же металлом, из которого изготовлено само изделие.
Современные темпы роста промышленности требуют выбора технологий производства, позволяющие минимизировать затраты на изготовление и выполняемые в кротчайшие сроки. Наряду с другими и передовыми технологиями можно отметить стремительный рост внедрения аддитивных технологий.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 8
1.1 Виды изготовления деталей. Аддитивные технологии и их виды. 8
1.2 Виды наплавки и их особенности. Особенности WAAM-технологии. 11
1.3 Дефекты, возникающие при выращивании деталей, методы их предупреждения и устранения. 22
1.4 Факторы, влияющие на процесс и качество формирования деталей и изделий по WAAM-технологии. 25
1.5 Схемы и технологии трехмерной электродуговой наплавки и ее применение для алюминиевых сплавов. 28
2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ 39
2.1 Формирование модели из алюминиевого сплава в программе КОМПАС 3D 39
2.2 Формирование управляющей программы к роботизированной наплавке из алюминиевого сплава в программе SprutCAM 40
2.3 Описание роботизированного комплекса для трехмерной наплавки 42
2.4 Подготовка заготовок из алюминиевых сплавов к роботизированной проволочной наплавке. 47
2.5 Методика измерения геометрических размеров зон наплавки 47
2.6 Исследования микроструктуры и измерения микротвердости наплавленных зон 48
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ 51
3.1 Отработка технологии импульсной и непрерывной роботизированной наплавки. Выбор оптимальных режимов 51
3.2 Измерение ширины и высоты зон наплавки 52
3.3 Результаты исследований микроструктуры наплавленных материалов в зависимости от режимов наплавки 53
3.4 Результаты измерения микротвердости 57
3.5 Определение пористости зон наплавки 58
3.6 Разработка технологии роботизированной трехмерной наплавки из деформируемых алюминиевых сплавов. Технологические рекомендации 59
4. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда 62
4.1 Классификация опасных и вредных производственных факторов, возникающих в технологическом процессе электродуговой наплавки 62
4.2 Разработка мероприятий по снижению воздействия. 64
4.3 Электробезопасность 68
4.4 Пожаробезопасность 69
5. Охрана окружающей среды 71
Заключение 75
Библиографический список 76
Библиографический список
Tuan D. Ngo, Alireza Kashani, Gabriele Imbalzano, Kate T.Q. Nguyen, David Hui, Additive manufacturing (3D printing): a review of materials, methods, applications and challenges, Compos. Part B: Eng. 143 (2018) 172–196.
J. Kluczynski, L. Sniezek, K. Grzelak, Mierzynski, J, The influence of exposure energy density on porosity and microhardness of the SLM additive manufactured elements materials, 11 (2018)
D. Jafari, T.H.J. Vaneker, I. Gibson, Wire and arc additive manufacturing: Opportunities and challenges to control the quality and accuracy of manufactured parts, Mater. Des., 202 (2021), p. 109471, 10.1016/j.matdes.2021.109471Z. Lin, K. Song, X. Yu, A review on wire and arc additive manufacturing of titanium alloy, J. Manuf. Process., 70 (2021), pp. 24-45
A. Benoit, S. Jobez, P. Paillard, V. Klosek, T. Baudin, Study of Inconel 718 weldability using MIG CMT process, Sci. Technol. Weld Join, 16 (6) (2011), pp. 477-482
Трубашевский, Д. Переход к проволочным аддитивным технологиям – тренд или необходимость// Д. Трубашевский // Умное производство. – 2019.
М.А. Зленко, А.А. Попович, И.Н. Мутылина Аддитивные технологии в машиностроении // Уч.-методич. изд. СПбГПУ. 2013. С. 5, 10-15. 9.
Баталов, Н.Г. Технология и оборудование для аддитивного цифрового изготовления металлических деталей управляемой дуговой наплавкой / Н.Г. Баталов // Сварка и дагностика. - 2017. - №2. - С. 49-51.
Гринюк, А.А. Гибридные технологии сварки алюминиевых сплавов на основе дуги с плавящимся электродом и сжатой дуги / А.А. Гринюк // Автоматическая сварка. - 2016. - № 5-6. - С. 107-113
Руководство по эксплуатации сварочного оборудования // Санкт-Петербург. 2014. С.4.
Щицын, Ю.Д. Разработка технологии послойного выращивания заготовки из высоколегированной стали методом плазменной наплавки / Ю.Д. Щицын // Металлург. - 2017. - № 5. - С. 73-77.
Постобработка искусственной поддержки. Искусственная поддержка выполняется из строительного или вторичного материала. В случае использования металлических поддержек их удаляют фрезерованием, ленточными пилами, подрезными ножами и др. методами резки.
Нежелательными особенностями текстуры поверхности деталей, полученных в процессе аддитивного производства, являются ступенчатость, адгезия порошка, узоры, отпечатки после удаления поддерживающего материала и др. Тип постобработки, используемой для улучшения текстуры поверхности, зависит от требуемой степени шероховатости поверхности. Если требуется матовая поверхность, используют простую дробеструйную обработку, позволяющую выровнять текстуру поверхности и удалить острые углы ступенчатости. Если требуется гладкая или отполированная поверхность, используется обработка песком (влажным или сухими) и ручная полировка.