РусРусский язык
Этап №3

Этап №3

В ходе выполнения проекта «Гибридный процесс изготовления деталей для аэрокосмической отрасли: моделирование, разработка программного обеспечения и верификация» по Соглашению о предоставлении субсидии от 03 октября  2017 г. № 14.583.21.0062 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на этапе №3 в период с 01.01.2019 г. по 31.12.2019 г. были получены следующие результаты:

  • Разработаны научные и научно-технические основы методологии компьютерного моделирования аддитивных технологий для обеспечения технологической подготовки и производства изделий аэрокосмической отрасли.
  • Разработано несколько подходов к моделированию тепломассопереноса при аддитивном процессе формирования изделия оплавлением проволочного материала и их численная реализация. Математические модели позволяют рассчитывать нестационарные объемные распределения температур, скоростей течения расплава, давлений, форму и размеры расплавленной ванны, форму свободной поверхности расплавленного металла, форму и размеры наплавляемого валика.
  • Представлена классификация типовых объектов, изготавливаемых методами проволочной наплавки, а также подходов к моделированию термомеханических процессов при их формировании.
  • Представлена методика определения параметров технологических режимов наплавки при аддитивном формообразовании крупногабаритных изделий аэрокосмической отрасли. Методика позволяет определить, как требуемое изменение мощности вдоль траектории наплавки, так и изменение при переходе от слоя к слою.
  • Представлены основы расчетно-экспериментальных методик определения параметров технологических режимов аддитивного формообразования изделий, обеспечивающих снижение остаточных напряжений и деформаций при заданном наборе управляющих параметров.
  • Осуществлено численное моделирование процессов тепломассообмена, остаточных напряжений и термоусадочных деформаций при изготовлении типового изделия аэрокосмической отрасли. Получены поля значений параметров технологических режимов производства изделий оплавлением проволочного материала электрической дугой, обеспечивающие уменьшение значений остаточных напряжений в деталях и коробление их формы.
  • Проведена оптимизация термических циклов при аддитивном формировании изделий по критериям структуры и механических свойств наплавленного металла на примере трех групп материалов: титановых сплавов, алюминиевых сплавов, высоко- и среднелегированных сталей.
  • Разработаны рекомендации по сопутствующей и последующей термической обработке изделий, полученных аддитивным формированием. При разработке рекомендаций были учтены результаты исследований возникающих при наплавке термических циклов и структуры, механических свойств наплавленного металла на примере трех групп материалов: титановых сплавов, алюминиевых сплавов, высоко- и среднелегированных сталей.
  • Разработан прототип компьютерной экспертной системы прогнозирования результатов процесса аддитивного формирования крупногабаритных деталей аэрокосмической отрасли оплавлением проволочного материала электрической дугой и концентрированными источниками энергии.

           — Составлена спецификация к экспертной системы прогнозирования результатов процесса аддитивного формирования крупногабаритных деталей.

           — Разработано описание программы компьютерной экспертной системы прогнозирования результатов процесса аддитивного формирования крупногабаритных деталей.

           — Разработан текст программы компьютерной экспертной системы прогнозирования результатов процесса аддитивного формирования крупногабаритных деталей.

           — Разработано руководство пользователя к программе компьютерной экспертной системы прогнозирования результатов процесса аддитивного формирования крупногабаритных деталей.

  • Создана база данных макро- и микроструктур, реализованная в форме веб-ресурса с возможностью обращения из любого локально установленного экземпляра компьютерной экспертной системы прогнозирования процесса аддитивного формирования крупногабаритных деталей.

           — База данных наполнена экспериментальными данными по ряду материалов, используемых в процессе проволочной наплавки, а также их свойствам, зависящих от метода аддитивного формообразования и режимов работы оборудования.

  • Выполнены дополнительные патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

 

Индийским партнером (Индийского института технологии Бомбея) были получены следующие результаты:

  • Выполнены опытные испытания системы MSMA-HLM (система многопозиционного многоосного гибридного послойного производства):

           — В системе MSMA-HLM отдельные модули интегрированы в единую систему, путем физической интеграции управления на базе станков с ЧПУ с единым программным управлением стандарта GCODE, а также за счет разработки единого алгоритма осуществления наплавочных, фрезерных и проковочных операций. В ходе проведенных работ была осуществлена калибровка системы позиционирования MSMA-HLM с использованием встроенного функционала системы ЧПУ установки.

           — Диапазон функциональных возможностей модулей, реализующих различные процессы, выбран исходя из требований, предъявляемых к изготавливаемым деталям. Отдельные исполнительные узлы системы откалиброваны на предмет соответствия основных выходных величинам.

 

Китайским партнером (Хуанчжунского университета науки и технологии) были получены следующие результаты:

  • Испытан прототип высокопроизводительного программного обеспечения для численного моделирования процесса оплавления проволочного материала лазерным лучом.

           — Для различных параметров процесса прогнозируемые изменения морфологии находятся в соответствии с экспериментальными результатами. Предлагаемый метод численного моделирования и программное обеспечение могут быть применены к другим методам аддитивного производства.

           — Для дальнейшего повышения эффективности моделирования процесса изготовления крупных деталей может потребоваться метод, объединяющий подходы Computational Fluid Dynamics и Finite Element Methods. В сравнении с существующими методами это является перспективным, с точки зрения точности и эффективности моделирования.

 

Сопоставление с результатами аналогичных работ в мире показывает актуальность выбранных подходов и высокий уровень результатов проекта. Научная новизна заключаться в сформулированной системе упрощающих гипотез, позволяющих проводить моделирование технологический операций аддитивного процесса с минимальными временными затратами на процедуру численного расчета.