Кафедра сварочного производства метрологии и технологии материалов
Обновлено: 28.09.2024
Исследование разработчиков Пермского национального исследовательского политехнического университета было выполнено при поддержке программы академического стратегического лидерства "Приоритет-2030" и опубликовано в журнале "Дефектоскопия" 2022 года
ПЕРМЬ, 9 сентября. /ТАСС/. Разработчики Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) нашли способ модернизировать электронно-лучевую сварку и ускорить процесс 3D-печати металлических изделий, а также повысить их качество. Об этом ТАСС сообщили в пятницу в пресс-службе вуза.
"Аддитивные технологии - послойное изготовление деталей на основе компьютерной 3D-модели - активно используют в медицине, авиа- и машиностроении. С их помощью создают изделия любой, даже самой сложной геометрической формы с высокой скоростью. Для этого используют порошковые материалы, но они не всегда позволяют напечатать деталь нужного качества. Альтернативой является металлическая проволока. Изделие формируется путем осаждения расплавленного материала слой за слоем. Этот процесс происходит с помощью электронно-лучевой сварки. Но проблемой процесса электронно-лучевой наплавки проволочным материалом является сохранение центра осцилляции электронного пучка и центра присадочной проволоки на одной оси. Точность позиционирования пучка относительно проволоки значительно влияет на процесс наплавки и, как следствие, на качество изделия", - отметил доктор технических наук, проректор по разработкам и инновациям, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Трушников.
Разработчики Пермского политеха для решения этой проблемы создали математическую модель, которая автоматически контролирует отклонения электронного пучка по сигналам датчика обратной связи, что позволяет ускорить процесс наплавки и улучшить качество деталей. Модель построена на работе модели формирования сигнала излучения при взаимодействии луча и проволоки. Полученная зависимость выражена интегралом от кусочно-заданной функции. Его нахождение - сложная вычислительная задача, что делает использование результата на практике затруднительным. Ученые нашли приближенное представление для интегрального выражения в простом виде. Результаты позволили корректировать положение электронного луча с помощью сигналов датчиков.
"Для нахождения численного решения необходимо время и ресурсы вычислительных систем. Построенная модель позволяет получить необходимую информацию о положении электронного пучка с минимальными затратами вычислительных ресурсов, с наперед заданной точностью за минимальное время. Для большинства задач будет достаточно первого приближения, а для увеличения точности можно использовать полученную формулу в более полном виде", - пояснила кандидат физико-математических наук, доцент кафедры высшей математики университета Елена Кротова.
По словам ученых, результаты их работы позволят использовать математическую модель в связке с быстродействующими микроконтроллерами. На основе этого можно создать системы оперативного управления, которые улучшат качество наплавляемых изделий. Исследование разработчиков политеха было выполнено при поддержке программы академического стратегического лидерства "Приоритет-2030" и опубликовано в журнале "Дефектоскопия" 2022 года.
О вузе
Пермский политех стал обладателем гранта "Приоритет-2030" в размере 100 млн рублей в 2021 году. "Приоритет-2030" является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений, цель которой - формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов - центров научно-технологического и социально-экономического развития страны.
Пермские ученые усовершенствовали 3D-печать методом электронно-лучевого наплавления металлической проволоки
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали математическую модель, позволяющую корректировать позиционирование луча с минимальными затратами вычислительных ресурсов.
Установка электронно-лучевой сварки ЭЛУ-М
Один из факторов, ограничивающих производительность 3D-печати методом электронно-лучевого наплавления металлической проволоки (ЭЛАТ, EBAM) — сложность вычислений, связанных с позиционированием электронных пучков. Ученые ПНИПУ разработали математическую модель, контролирующую отклонения по сигналам датчиков обратной связи, что позволит ускорить процесс и повысить качество 3D-печатных изделий, сообщает пресс-служба вуза.
«Актуальной проблемой процесса электронно-лучевой наплавки проволочным материалом является сохранение центра осцилляции электронного пучка и центра присадочной проволоки на одной оси. Точность позиционирования пучка относительно проволоки значительно влияет на процесс наплавки и, как следствие, на качество изделия», — рассказал профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Трушников.
Математическая модель, разработанная пермскими учеными, построена на результатах предыдущих работ. Ранее политехники создали модель формирования сигнала излучения при взаимодействии луча и проволоки. Полученная зависимость выражена интегралом от кусочно-заданной функции. Его нахождение — сложная вычислительная задача, что затрудняющая практическое применение. Для решения этой проблемы ученые нашли приближенное представление для интегрального выражения в простом виде. Результаты позволяют корректировать положение электронного луча с помощью сигналов датчиков, оценивать погрешность и увеличивать точность моделирования.
Установка электронно-лучевой сварки TETA 6E250
«Для нахождения численного решения необходимо время и ресурсы вычислительных систем. Построенная модель позволяет получать необходимую информацию о положении электронного пучка с минимальными затратами вычислительных ресурсов, с наперед заданной точностью за минимальное время. Для большинства задач будет достаточно первого приближения, а для увеличения точности можно использовать полученную формулу в более полном виде», — рассказала доцент кафедры высшей математики ПНИПУ Елена Кротова.
Результаты исследования позволят использовать математическую модель в связке с быстродействующими микроконтроллерами и создавать системы оперативного управления, улучшающие качество наплавляемых изделий.
«В дальнейшем наша работа поспособствует разработке системы автоматического управления величиной отклонения электронного пучка относительно наплавляемой проволоки, то есть появится возможность решать более широкий класс задач — увеличить множество геометрических форм и механических свойств валиков», — добавил аспирант ПНИПУ Сергей Стариков.
Исследование выполнено при поддержке программы «Приоритет-2030» и опубликовано в июльском номере журнала «Дефектоскопия» 2022 года. Университет получил грант в сто миллионов рублей по программе государственной поддержки и развития высших учебных заведений «Приоритет-2030» в 2021 году.
Ученые Пермского Политеха создали уникальную технологию лазерной сварки в вакууме
Ученые Пермского Политеха и Хуачжунского университета науки и технологии (КНР) создали уникальную технологию, которая позволит предприятиям производить промышленные изделия без дефектов. Лазерная сварка в вакууме позволит повысить качество ответственных конструкций в аэрокосмической и машиностроительной отраслях.
Российские и зарубежные ученые реализовали разработку благодаря уникальному проекту международных исследовательских групп (МИГов), который действует в Пермском крае с 2011 года и не имеет аналогов в России. Результаты работы они опубликовали в журнале Engineering. Ученые уже запатентовали разработку.
— Сейчас в промышленности применяют лазерную сварку при атмосферном давлении, при которой зона обработки защищена инертными газами. Но у этого способа есть недостатки: над областью сварки возникает плазменный факел, который поглощает до 30% энергии лазерного излучения. Наш способ позволяет решить эту проблему. Технология не требует создания высокого вакуума, а на процесс не влияет остаточное магнитное поле изделий. Поэтому качество деталей при использовании этого способа выше, чем у аналогов, — рассказывает руководитель проекта, доктор технических наук, профессор кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского Политеха Владимир Беленький.
В промышленности пока не применяют новую технологию, но, по словам ученых, она будет перспективна для создания ответственных и сложных конструкций в аэрокосмической отрасли и машиностроении.
Cистема автоматического управления технологическими параметрами лазерной установки
Исследователи уже разработали технологию лазерной сварки в вакууме и методы контроля этого процесса, которые обеспечивают высокое качество конструкций. Разработка позволяет управлять фокусировкой лазерного луча при сварке, оперативно проводить мониторинг, контролировать процессы и устранять дефекты. Вакуум в зоне лазерной сварки позволяет повысить эффективность процесса, так как мощность излучения в плазменном облаке не снижается.
— Мы провели научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и установили, что при использовании нового способа можно увеличить глубину проплавления в 1,5-2 раза по сравнению с аналогами. При этом качество процесса остается на высоком уровне, — поясняет ученый.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Пермского Политеха
Разместила Ирина Усик
Пост сделан с содействием блогера Лес!
Читайте в Дзене
В Объединённой двигателестроительной корпорации Ростеха смотрят в будущее, и поэтому заговорили о создании гибридной силовой установки (ГСУ).
Эту силовую установку планируют использовать в вертолетах Ансат, VRT-500 и Ка-226Т, где сейчас используются импортные двигатели.
Сахалин даже в XXI веке был изрезан "наследием" японкой оккупации словно шрамами на теле. Эти шрамы можно было видеть на любой карте.
Кафедра материаловедения, сварочных и аддитивных технологий
Создана в 2001 году при объединении кафедры сварочного производства и кафедры материаловедения и технологии металлов.
Заведующий кафедрой
Балановский Андрей Евгеньевич
Кафедра сварочного производства была основана в сентябре 1963 года к.т.н., профессором Матхановым Василием Николаевичем. Позднее кафедру возглавляла к.т.н., профессор Нестеренко Н.А. Кафедра материаловедения и технологии металлов создана в сентябре 1958 г. В разное время кафедрой заведовали: профессор Соколовский Н.Н., профессор Нагаев В.В., к.т.н., доцент Синицын В.И., д.т.н., профессор Кулагин Ю.В., д.т.н., профессор Дубенский А.М., д.т.н., профессор Полонский С.Б.
Подготовка дипломированных специалистов по специальности 120500 «Оборудование и технология сварочного производства» осуществляется с 1960 г. Общий выпуск по специальности 150202 с начала подготовки составляет около 2000 инженеров.
На кафедре с 2011 г. осуществляется подготовка бакалавров и магистров по направлению 150700 «Машиностроение». Профиль подготовки: «Оборудование и технология сварочного производства» (СПб, СПбс). Квалификация выпускников: «бакалавр». Продолжительность обучения – 4 года. Формы обучения: очная, заочная, ускоренная. Студенты, проявившие интерес к научно-исследовательской деятельности, могут продолжить обучение в магистратуре (2 года), очной или заочной и аспирантуре университета. Для лиц, окончивших среднее профессиональное заведение и имеющих диплом техника по сварочному производству, предусмотрена сокращенная форма обучения.
Кафедра машиностроительных технологий и материалов известна в стране и за рубежом, имеет тесные связи с научными организациями и промышленными предприятиями России. Кафедра работает под девизом «Образование в течение всей жизни». Рабочий разряд сварщика студенты получают после окончания первого курса, инженерная подготовка, магистратура, аспирантура и докторантура. В научно-учебном центре «Сварка» ведется подготовка сварщиков и специалистов сварочного производства к аттестации по Правилам Гостехнадзора РФ.
На кафедре организовано ежегодное проведение региональных олимпиад по материаловедению и технологии конструкционных материалов, конкурс по специальности «Лучший сварщик», региональная научно техническая конференция «Перспективные технологии получения и обработки материалов» с изданием сборника докладов.
Направление – ПНР 2 «Наукоемкие, высокоэффективные технологии производства машин и оборудования»
Основные направления исследований: компьютерное моделирование технологических процессов, оборудования и инструментов; моделирование биологических систем; определение остаточных напряжений. Новые научные направления: моделирование и определение напряженно-деформированного состояния имплантатов костной системы человека и разработка металлотермического способа получения супермелкодисперсных металлических нанопорошков.
Читайте также: