Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий
Аддитивные технологии имеют огромный потенциал в направлении снижения энергетических и материальных затрат на создание самых разнообразных видов продукции. На сегодня наблюдается повышение доли сварочных технологий в аддитивном производстве металлических объемных изделий. Это связано как с высокой п...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149469 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий / В.Н. Коржик, А.Н. Войтенко, С.И. Пелешенко, В.И. Ткачук, В.Ю. Хаскин, А.А. Гринюк // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 91-98. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-149469 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Коржик, В.Н. Войтенко, А.Н. Пелешенко, С.И. Ткачук, В.И. Хаскин, В.Ю. Гринюк, А.А. 2019-02-23T18:39:21Z 2019-02-23T18:39:21Z 2017 Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий / В.Н. Коржик, А.Н. Войтенко, С.И. Пелешенко, В.И. Ткачук, В.Ю. Хаскин, А.А. Гринюк // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 91-98. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X DOI:https://doi.org/10.15407/as2017.06.15 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149469 621.791.755 Аддитивные технологии имеют огромный потенциал в направлении снижения энергетических и материальных затрат на создание самых разнообразных видов продукции. На сегодня наблюдается повышение доли сварочных технологий в аддитивном производстве металлических объемных изделий. Это связано как с высокой производительностью дуговой сварки (наплавки), так и с ее невысокой стоимостью. В работе описан автоматизированный комплекс для трехмерной печати металлических изделий. Показано, что созданный автоматизированный комплекс позволяет изготавливать объемные металлические изделия методами аддитивной дуговой наплавки плавящимся электродом (на токах до 80А), плазменной наплавки проволоками (на токах до 120А) и микроплазменной наплавки порошковыми материалами (на токах до 50А). Additive technologies have huge potential for lowering the energy and material costs for development of the most diverse kinds of products. An increase of the proportion of welding technologies in additive manufacturing of bulk metal products is currently observed. This is associated both with high efficiency of arc welding (surfacing) and with its low cost. The paper describes an automated complex for 3D printing of metal products. It is shown that the developed automated complex allows manufacturing bulk metal products by the methods of additive consumable electrode arc surfacing (at up to 80A currents), plasma surfacing with wires (at up to 120A currents) and microplasma surfacing with powder materials (at up to 50A currents). Адитивні технології мають величезний потенціал у напрямку зниження енергетичних та матеріальних витрат на створення найрізноманітніших видів продукції. На сьогодні спостерігається підвищення частки зварювальних технологій в адитивному виробництві металевих об’ємних виробів. Це пов’язано як з високою продуктивністю дугового зварювання (наплавлення), так і з його невисокою вартістю. У роботі описаний автоматизований комплекс для тривимірного друку металевих виробів. Показано, що створений автоматизований комплекс дозволяє виготовляти об’ємні металеві вироби методами адитивного дугового наплавлення електродом, що плавиться (на токах до 80А), плазмового наплавлення дротами (на токах до 120А) і мікроплазмового наплавлення порошковими матеріалами (на токах до 50А). ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий Розробка автоматизованого обладнання для виготовлення тривимірних металевих виробів на основі адитивних технологій Development of automated equipment for manufacturing 3D metal products based on additive technologies Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий |
| spellingShingle |
Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий Коржик, В.Н. Войтенко, А.Н. Пелешенко, С.И. Ткачук, В.И. Хаскин, В.Ю. Гринюк, А.А. Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина |
| title_short |
Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий |
| title_full |
Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий |
| title_fullStr |
Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий |
| title_full_unstemmed |
Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий |
| title_sort |
разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий |
| author |
Коржик, В.Н. Войтенко, А.Н. Пелешенко, С.И. Ткачук, В.И. Хаскин, В.Ю. Гринюк, А.А. |
| author_facet |
Коржик, В.Н. Войтенко, А.Н. Пелешенко, С.И. Ткачук, В.И. Хаскин, В.Ю. Гринюк, А.А. |
| topic |
Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина |
| topic_facet |
Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Розробка автоматизованого обладнання для виготовлення тривимірних металевих виробів на основі адитивних технологій Development of automated equipment for manufacturing 3D metal products based on additive technologies |
| description |
Аддитивные технологии имеют огромный потенциал в направлении снижения энергетических и материальных затрат на создание самых разнообразных видов продукции. На сегодня наблюдается повышение доли сварочных технологий в аддитивном производстве металлических объемных изделий. Это связано как с высокой производительностью дуговой сварки (наплавки), так и с ее невысокой стоимостью. В работе описан автоматизированный комплекс для трехмерной печати металлических изделий. Показано, что созданный автоматизированный комплекс позволяет изготавливать объемные металлические изделия методами аддитивной дуговой наплавки плавящимся электродом (на токах до 80А), плазменной наплавки проволоками (на токах до 120А) и микроплазменной наплавки порошковыми материалами (на токах до 50А).
Additive technologies have huge potential for lowering the energy and material costs for development of the most diverse kinds of products. An increase of the proportion of welding technologies in additive manufacturing of bulk metal products is currently observed. This is associated both with high efficiency of arc welding (surfacing) and with its low cost. The paper describes an automated complex for 3D printing of metal products. It is shown that the developed automated complex allows manufacturing bulk metal products by the methods of additive consumable electrode arc surfacing (at up to 80A currents), plasma surfacing with wires (at up to 120A currents) and microplasma surfacing with powder materials (at up to 50A currents).
Адитивні технології мають величезний потенціал у напрямку зниження енергетичних та матеріальних витрат на створення найрізноманітніших видів продукції. На сьогодні спостерігається підвищення частки зварювальних технологій в адитивному виробництві металевих об’ємних виробів. Це пов’язано як з високою продуктивністю дугового зварювання (наплавлення), так і з його невисокою вартістю. У роботі описаний автоматизований комплекс для тривимірного друку металевих виробів. Показано, що створений автоматизований комплекс дозволяє виготовляти об’ємні металеві вироби методами адитивного дугового наплавлення електродом, що плавиться (на токах до 80А), плазмового наплавлення дротами (на токах до 120А) і мікроплазмового наплавлення порошковими матеріалами (на токах до 50А).
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149469 |
| citation_txt |
Разработка автоматизированного оборудования для изготовления трехмерных металлических изделий на основе аддитивных технологий / В.Н. Коржик, А.Н. Войтенко, С.И. Пелешенко, В.И. Ткачук, В.Ю. Хаскин, А.А. Гринюк // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 91-98. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT koržikvn razrabotkaavtomatizirovannogooborudovaniâdlâizgotovleniâtrehmernyhmetalličeskihizdeliinaosnoveadditivnyhtehnologii AT voitenkoan razrabotkaavtomatizirovannogooborudovaniâdlâizgotovleniâtrehmernyhmetalličeskihizdeliinaosnoveadditivnyhtehnologii AT pelešenkosi razrabotkaavtomatizirovannogooborudovaniâdlâizgotovleniâtrehmernyhmetalličeskihizdeliinaosnoveadditivnyhtehnologii AT tkačukvi razrabotkaavtomatizirovannogooborudovaniâdlâizgotovleniâtrehmernyhmetalličeskihizdeliinaosnoveadditivnyhtehnologii AT haskinvû razrabotkaavtomatizirovannogooborudovaniâdlâizgotovleniâtrehmernyhmetalličeskihizdeliinaosnoveadditivnyhtehnologii AT grinûkaa razrabotkaavtomatizirovannogooborudovaniâdlâizgotovleniâtrehmernyhmetalličeskihizdeliinaosnoveadditivnyhtehnologii AT koržikvn rozrobkaavtomatizovanogoobladnannâdlâvigotovlennâtrivimírnihmetalevihvirobívnaosnovíaditivnihtehnologíi AT voitenkoan rozrobkaavtomatizovanogoobladnannâdlâvigotovlennâtrivimírnihmetalevihvirobívnaosnovíaditivnihtehnologíi AT pelešenkosi rozrobkaavtomatizovanogoobladnannâdlâvigotovlennâtrivimírnihmetalevihvirobívnaosnovíaditivnihtehnologíi AT tkačukvi rozrobkaavtomatizovanogoobladnannâdlâvigotovlennâtrivimírnihmetalevihvirobívnaosnovíaditivnihtehnologíi AT haskinvû rozrobkaavtomatizovanogoobladnannâdlâvigotovlennâtrivimírnihmetalevihvirobívnaosnovíaditivnihtehnologíi AT grinûkaa rozrobkaavtomatizovanogoobladnannâdlâvigotovlennâtrivimírnihmetalevihvirobívnaosnovíaditivnihtehnologíi AT koržikvn developmentofautomatedequipmentformanufacturing3dmetalproductsbasedonadditivetechnologies AT voitenkoan developmentofautomatedequipmentformanufacturing3dmetalproductsbasedonadditivetechnologies AT pelešenkosi developmentofautomatedequipmentformanufacturing3dmetalproductsbasedonadditivetechnologies AT tkačukvi developmentofautomatedequipmentformanufacturing3dmetalproductsbasedonadditivetechnologies AT haskinvû developmentofautomatedequipmentformanufacturing3dmetalproductsbasedonadditivetechnologies AT grinûkaa developmentofautomatedequipmentformanufacturing3dmetalproductsbasedonadditivetechnologies |
| first_indexed |
2025-11-25T22:33:37Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:33:37Z |
| _version_ |
1850567522208710656 |
| fulltext |
Роботизация и автоматизация
91 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
Удк 621.791.755
разраБотка автоматизированного оБорУдования
дЛя изготовЛения трехмерных метаЛЛических
издеЛий на основе аддитивных техноЛогий
В. Н. КОРЖИК1, А. Н. ВОЙТЕНКО1,2, С. И. ПЕЛЕШЕНКО3,4, В. И. ТКАЧУК1,2,
В. Ю. ХАСКИН1, А. А. ГРИНЮК1,5
1иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. киев-150, ул. казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2нпц «пЛазер», г. киев, ул. генерала наумова, 17а, корп. 1
3институт машиностроения и автомобилестроения Южно-китайского технологического университета.
510641, китай, гуанчжоу, гуандонг, ул. вушан 381, строение 381
4компания «вэйхань наука и технология». 518071, китай, гуанчжоу, Шеньжен, авеню хуан 1001, строение а4
5нтУУ «кпи им. игоря сикорского». г. киев, просп. победы, 37
аддитивные технологии имеют огромный потенциал в направлении снижения энергетических и материальных затрат
на создание самых разнообразных видов продукции. на сегодня наблюдается повышение доли сварочных технологий в
аддитивном производстве металлических объемных изделий. Это связано как с высокой производительностью дуговой
сварки (наплавки), так и с ее невысокой стоимостью. в работе описан автоматизированный комплекс для трехмерной
печати металлических изделий. показано, что созданный автоматизированный комплекс позволяет изготавливать объ-
емные металлические изделия методами аддитивной дуговой наплавки плавящимся электродом (на токах до 80 а),
плазменной наплавки проволоками (на токах до 120 а) и микроплазменной наплавки порошковыми материалами (на
токах до 50 а). Библиогр. 10, рис. 7.
К л ю ч е в ы е с л о в а : аддитивное наращивание, микроплазменная наплавка, проволоки, порошки, комплекс оборудо-
вания, технологические исследования, металлография
в современном мире наблюдается стойкий рост
интереса к процессам аддитивного производ-
ства (технологиям 3D печати). ожидается, что
применение этих процессов принципиально
изменит промышленное производство. Это свя-
зано с такими возможностями технологий адди-
тивного производства, как реализация автома-
тического проектирования деталей, гибкость и
быстрота их изготовления, перераспределение
производства от больших предприятий к мел-
ким, изготовление деталей непосредственно у
потребителя [1]. технологии 3D печати позво-
ляют «выращивать» изделия любой сложности
с минимальными затратами. при этом практи-
чески отсутствуют отходы производства и со-
кращается количество обслуживающего персо-
нала. аддитивные технологии имеют огромный
потенциал в деле снижения энергетических и
материальных затрат на создание самых разноо-
бразных видов продукции.
для наиболее полного использования возмож-
ностей трехмерной печати требуется наличие тех-
нологий получения высокопрочных объемных
изделий из металлов, сплавов, в том числе с вы-
сокой твердостью [2]. использование металли-
ческих материалов даст возможность непосред-
ственного получения готовой продукции, а не ее
прототипа, как это часто происходит до сих пор
[3]. поэтому актуальным является создание тех-
нологий аддитивного производства готовых ме-
таллических объемных изделий. к таким техно-
логиям, в первую очередь, относятся сварочные
процессы (например, наплавка).
с точки зрения получения трехмерных ме-
таллических изделий наиболее высокого каче-
ства перспективными являются процессы изби-
рательного лазерного плавления (Selective Laser
Melting – SLM) и электронно-лучевое плавление
(Electron-Beam Melting – EBM). однако процесс
EBM из-за сложности, дороговизны и громоздко-
сти используемого оборудования получил доволь-
но ограниченное распространение [4].
процессы SLM в настоящее время получи-
ли весьма широкое распространение для изго-
товления высокопрочных объемных металличе-
ских изделий [5]. данный процесс обеспечивает
возможность получения изделий путем сплавле-
ния порошков различных металлов и сплавов ла-
зерным излучением. преимуществами являются
высокая степень детализации элементов, высо-
кая плотность (до 99 %), а также точность поряд-
ка ±5 мкм. вместе с тем, при всей его эффектив-
ности и гибкости, процесс SLM также имеет ряд
ограничений, которые сужают его применение:
– необходимость использования дорогостоя-
щего и энергетически затратного оборудования с
© в. н. коржик, а. н. войтенко, с. и. пелешенко, в. и. ткачук, в. Ю. хаскин, а. а. гринюк, 2017
Роботизация и автоматизация
92 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
высокой стоимостью обслуживания, что обуслов-
ливает высокую себестоимость процесса трехмер-
ной печати и приводит к высокой стоимости изго-
тавливаемых изделий;
– относительно низкая производительность
трехмерной печати (обычно для наиболее распро-
страненных машин не более 10 см3/ч наращивае-
мого металла);
– ограничения по материалу — для SLM ис-
пользуются дорогостоящие порошки с жест-
кими требованиями по гранулометрическо-
му и химического составу, текучести и другим
характеристикам;
– недостаточно высокие прочностные характе-
ристики изготовленных изделий.
Большой промышленный интерес для изготов-
ления объемных металлических изделий пред-
ставляет применение дуговых и плазменных сва-
рочных технологий (например, наплавки) из-за
их технической и экономической доступности.
на сегодня научно-исследовательская работа по
трехмерной дуговой сварке ведется в University
of Nottingham (великобритания), Университе-
те Wollongong (австралия) и Southern Methodist
University (сШа) [6]. группы исследователей из
индийского института технологий (Бомбей, ин-
дия) и института технологии производства и авто-
матизации Фраунгофера (германия) представили
свои концептуальные идеи объединения сварки с
фрезерованием. разрабатывались пути устранения
характерных дефектов формирования объемных
изделий сварочными способами [7]. Была показа-
на необходимость контроля температуры наращи-
ваемых слоев. особое внимание обращалось на
создание изделий из титановых [7] и никелевых
[8] сплавов для задач аэрокосмической отрасли.
таким образом, на сегодня наблюдается повы-
шение доли сварочных технологий в аддитивном
производстве металлических объемных изделий.
Это связано как с высокой производительностью
дуговой сварки (наплавки), так и с ее невысокой
стоимостью. поэтому интерес представляет раз-
работка автоматизированного комплекса для трех-
мерной печати металлических изделий при помо-
щи таких технологий, а также детальное изучение
их особенностей и перспектив дальнейшего про-
мышленного применения.
целью работы является создание автомати-
зированного комплекса для изготовления объем-
ных металлических изделий методами аддитив-
ных технологий дуговой и плазменной наплавки
и исследование особенностей процессов изготов-
ления металлических пространственных изделий
(примитивов).
для достижения поставленной цели было при-
нято решение использовать блочно-модульную ар-
хитектуру проектируемого комплекса. такая архи-
тектура позволяет легко изымать существующие
и интегрировать новые необходимые составляю-
щие в единую систему, совмещать доступность и
простоту составляющих комплекса с необходи-
мой технологической гибкостью и возможностью
адаптации оборудования под различные задачи,
возникающие при его промышленной эксплуа-
тации. использование данного типа архитекту-
ры комплекса позволило использовать три смен-
ные наплавочные головки: дуговую с плавящимся
электродом (миг/маг), плазменную и микро-
плазменную. Это позволяет легко переходить от
одного процесса наплавки к другому, используя
их преимущества. так, при необходимости нара-
щивания больших объемов металла целесообраз-
но использовать наплавку миг/маг, а при не-
обходимости повышения точности, уменьшения
толщины наплавляемой стенки и снижения шеро-
ховатости — микроплазменную наплавку. кроме
того, для повышения конкурентоспособности и
снижения стоимости проектируемого комплекса
вместо дорогостоящего антропоморфного робо-
та использовали трехкоординатный позиционер
портального типа. техническими преимущества-
ми такого оборудования являются простота изго-
товления изделий больших размеров, а также по-
вышенная точность перемещения наплавочного
инструмента.
в результате для создания автоматизированно-
го комплекса была выбрана схема, приведенная на
рис. 1, согласно которой управление перемещени-
ем сменных наплавочных головок 6, крепящих-
ся на каретке позиционера 1, осуществляется со
стойки системы управления 2 в ручном или авто-
матическом режиме по ранее заданной програм-
ме. данный узел также управляет сигналом старт/
стоп для модуля источника питания 4. в свою оче-
редь модуль 4 управляет сигналом старт/стоп для
механизма подачи проволоки или порошкового
питателя 3 и контролирует наличие протока воды,
подаваемой Бао 5. в процессе работы предлага-
емого комплекса площадка, на которой создается
объемное металлическое изделие, располагается
в трехкоординатном позиционере 1, который про-
изводит аддитивную наплавку путем простран-
ственных перемещений головки 6 по программе,
введенной в систему управления 2.
принятая блочно-модульная архитектура ав-
томатизированного комплекса позволила изгото-
вить его отдельные блоки независимо друг от дру-
га, что ускорило и упростило этот процесс. так,
был разработан оригинальный недорогой и тех-
нологичный трехкоординатный позиционер смен-
ных наплавочных головок (рис. 2, а, б). в рабочей
зоне позиционера размещается технологическая
Роботизация и автоматизация
93 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
площадка для изготовления объемной металличе-
ской детали. поскольку в качестве расходных при-
садочных материалов в таких головках использу-
ются как порошки, так и проволоки, создаваемый
комплекс был укомплектован механизмом пода-
чи проволоки (рис. 2, в) и дозатором порошков
(рис. 2, г, д).
созданный автоматизированный комплекс ад-
дитивной микроплазменной наплавки объемных
металлических изделий имеет два источника пи-
тания, представляющих собой преобразователи
инверторного типа. один из них расчитан на ре-
ализацию аддитивных технологий плазменной
наплавки проволокой (диаметром 0,8/1,2 мм) на
сварочных токах до 120 а и порошковой микро-
рис. 1. Функциональная схема комплекса оборудования для изготовления объемных металлических изделий на основе плаз-
менных и дуговых наплавочных технологий: 1 — трехкоординатный позиционер; 2 — система управления; 3 — порошковый
питатель (механизм подачи проволоки); 4 — модуль источника питания; 5 — блок автономного охлаждения (Бао) наплавоч-
ной головки (плазмотрона); 6 — сменная наплавочная головка; 7 — защитный газ (аргон)
рис. 2. Блоки автоматизированного комплекса аддитивной наплавки объемных металлических изделий: компьютерная 3D
модель (а) и внешний вид (б) трехкоординатного позиционера, механизм подачи проволоки (в), чертеж (г) и внешний вид (д)
дозатора наплавочных порошков
Роботизация и автоматизация
94 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
плазменной наплавки на сварочных токах до 50 а,
а другой — на технологию дуговой наплавки
миг/маг проволокой (диаметром 0,8/1,2 мм) на
сварочных токах до 100 а. соответственно, ком-
плекс снабжен тремя сменными наплавочными
головками — дуговой и плазменной для наплав-
ки проволоками и микроплазменной для наплав-
ки порошками. конструирование таких головок
выполнялось при помощи расчетного пакета про-
грамм Solidworks Flow Simulation [9]. Этот пакет
использует для моделирования один из подразде-
лов вычислительной гидродинамики — механику
сплошных сред, включающий совокупность физи-
ческих и математических исчисленных методов,
предназначенных для вычисления характеристик
потоковых процессов. Благодаря данному пакету
программ были спроектированы различные моде-
ли наплавочных головок. примером может слу-
жить моделирование головок микроплазменной
порошковой наплавки и виртуальная проверка их
работоспособности (рис. 3). Было установлено,
что вариант модели микроплазменной наплавоч-
ной головки с внутренней подачей порошка явля-
ется самым удачным (рис. 3, ж, з, и). в результате
были выбраны конструкции и изготовлены голов-
ки для трех процессов наплавки: миг/маг, плаз-
менной и микроплазменной (рис. 4).
конструкция комплекса включает трехкоор-
динатный позиционер оригинальной разработки
с рабочей зоной перемещения наплавочной го-
рис. 3. конструкция (а, г, ж), скорость и направление потоков транспортирующего газа (б, д, з) и частиц наплавочного порош-
ка (в, е, и) различных моделей микроплазменных головок: а–в — модернизированный плазмотрон мпУ-4; г–е — головка с
подачей порошка тремя внешними трубками; ж–и — головка с внутренней подачей порошка
Роботизация и автоматизация
95 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
ловки 900×900×900 мм (рис. 5, а). головка миг/
маг работает на постоянном токе. плазмотроны
способны работать в режимах постоянного и им-
пульсного тока прямой полярности, режиме раз-
нополярных импульсов и др. [10]. Управление по-
зиционированием наплавочной головки и подачей
проволоки или расходного порошка происходит
при помощи системы чпУ, которая объединена с
источником питания и пультами управления ме-
ханизма подачи проволоки и порошкового пита-
теля (рис. 5, б). Управление автоматизированным
комплексом аддитивной наплавки осуществляет-
ся при помощи общего PLC-контроллера с воз-
можностью обмена данными по режимам трех-
мерной печати и управляющими командами с
компьютером.
с применением созданного комплекса аддитив-
ной наплавки объемных металлических изделий
был проведен ряд экспериментов по изготовле-
нию металлических пространственных примити-
вов. для этого использовали сварочную прово-
локу св-08г2с гост 2246–70 (диаметром 1,0 и
1,2 мм) и наплавочный порошок пг-10н-04 тУУ
322-19-004-96 (фракция 60…100 мкм). Были по-
лучены изделия типа «стенка», «стакан», «конус»,
«полусфера» (рис. 6). для определения точности
изготовления этих изделий проводилось их изме-
рение с помощью штангенциркуля с ценой деле-
ния 0,05 мм. Было установлено, что отклонения
полученных аддитивной наплавкой изделий от
номинального размера лежат в пределах ±0,5 мм.
помимо определения точности проводили метал-
лографические и механические исследования из-
готовленных объемных изделий.
для исследования структурных особенностей
металла из наплавленных проволокой св-08г2с
(диаметром 1,2 мм) образцов типа «стенка» вы-
резали темплеты, шлифовали и полировали их,
рис. 4. внешний вид наплавочных головок: а — для наплавки дугой с плавящимся электродом (миг/маг); б — для плазмен-
ной наплавки проволоками; в — для микроплазменной порошковой наплавки
рис. 5. автоматизированный комплекс аддитивной наплавки объемных металлических изделий: а — манипулятор с плазмо-
троном и порошковым дозатором-питателем; б — вид блока питания и управления с открытой лицевой панелью
Роботизация и автоматизация
96 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
а затем подвергали травлению в 4%-ом раство-
ре азотной кислоты. выявленные структуры изу-
чали при помощи микроскопа «Neophot-31». на
отполированных непротравленных образцах из-
учали наличие пористости и неметаллических
включений. Эти исследования показали, что пори-
стость наплавленных стенок не превышает 1...2 %
(рис. 7, а). изучение структуры образцов показало
укрупнение дендритных зерен в верхней части и
наличие более мелких равноосных зерен в сред-
ней и нижней части (рис. 7, б). Это объясняется
перекристаллизацией предыдущих наплавленных
слоев при нанесении последующих. Щелей меж-
ду соприкасающимися слоями и по линии сплав-
ления нет (рис. 7, в). размер зоны термического
влияния от наращиваемого слоя составляет 2 мм.
структура как зоны сплавления (рис. 7, г), так и
наплавленного материала равноосная, перемеши-
вание слоев чрезвычайно низкое.
прочность наплавленного металла оценивали
путем усреднения результатов испытаний в усло-
виях одноосного статического растяжения трех
образцов. испытания вырезанных из наплавлен-
ных стенок образцов типа XIII гост 6996–66
проводились с помощью универсальной сервоги-
дравлической разрывной машины MTS 810. их
результаты показали, что механическая прочность
полученных аддитивной плазменной наплавкой
проволокой св-08г2с изделий составляет поряд-
ка 90…95 % прочности литого металла.
основными недостатками разрабатываемых
технологичных процессов можно считать:
– значительные неровности и шероховатости
стенок, формируемых аддитивной дуговой и плаз-
менной наплавкой изделий;
– перегрев стенок изделий в процессе наплав-
ки, приводящий к их термической деформации.
для устранения первого из данных недостат-
ков целесообразно использовать традиционную
механическую обработку, например, токарную
(рис. 6, в). для устранения второго недостатка
возможно применение лазерного пирометра, по-
стоянно контролирующего температуру наплавля-
емых стенок и передающего информацию систе-
ме управления. последняя может корректировать
режим наплавки соответственно уровню нагрева
изделия. еще одним вариантом устранения этого
недостатка может быть принудительное охлажде-
ние наплавляемых стенок изделия.
рис. 6. металлические изделия, изготовленные на разработанном комплексе: а — стенка 5×70 мм, плазменная наплавка про-
волокой св-08г2с (диаметр 1,2 мм) за 50 проходов; б — конус, наплавка проволокой св-08г2с (диаметр 1,0 мм); в — стакан
диаметром 80 мм, наплавка миг/маг проволокой св-08г2с (диаметр 1,2 мм); г — стакан диаметром 40 мм, микроплазмен-
ная наплавка порошком пг-10н-04
Роботизация и автоматизация
- АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
таким образом, созданный автоматизирован-
ный комплекс позволяет изготавливать объемные
металлические изделия методами аддитивной ду-
говой наплавки плавящимся электродом (на токах
до 80 а), плазменной наплавки проволоками (на
токах до 120 а) и микроплазменной наплавки по-
рошковыми материалами (на токах до 50 а).
исследование особенностей процессов из-
готовления металлических пространственных
примитивов типа «стенка», «стакан», «конус» и
«полусфера» показали, что отклонения от номи-
нального размера при их изготовлении не пре-
вышают ±0,5 мм, пористость лежит в пределах
1...2 %, а механическая прочность составляет
порядка 90…95 % прочности литого металла.
структура наплавленного материала мелкозер-
нистая, равноосная, перемешивание слоев чрез-
вычайно низкое.
Список литературы
1. Kruth J. P., Leu M. C., Nakagawa T. (1998) Progress In
Additive Manufacturing And Rapid Prototyping. CIRP An-
nals-Manufacturing Technology, 47(2), 525–540.
2. слюсар в. и. (2003) Фаббер-технологии. новое средство
трехмерного моделирования. Электроника: наука, тех-
нология, бизнес, 5, 54–60.
3. Korzhyk V. N., Khaskin V. Yu., Grinyuk A. A. et al. (2016)
3D-printing of metallic volumetric parts of complex shape
based on welding plasma-arc technologies (Review). The
Paton Welding Journal, 5-6, 117–123.
4. Bruce M. R., Riley S. F., Cola M. J. et al. (2012) Measure-
ment And Simulation Of Titanium Alloy Deposit Tempera-
ture In Electron Beam Additive Manufacturing. Trends in
Welding Research 2012: Proceedings of the 9th International
Conference, Chicago, Illinois, USA, June 4–8, pp. 963–969.
рис. 7. структуры аддитивной плазменной наплавки примитива типа «стенка» с использованием проволоки св-08г2с: а —
нетравленый шлиф верхней части; б — структура верхней части после травления, ×63; в — нетравленый шлиф средней ча-
сти; г — структура средней части после травления, ×63; д — линия сплавления и зона термического влияния, ×35; е — зона
сплавления, ×200
Роботизация и автоматизация
98 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА -
5. Kruth J. P. (2004) Selective laser melting of iron-based pow-
der. J. Mater. Process. Technol, 149, 616–622.
6. Alhuzaim A. F. (2014) Investigation in the use of plasma arc
welding and alternative feedstock delivery method in additive
manufacture. A thesis submitted in partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science General
Engineering, Montana Tech of the University of Montana.
7. Baufeld B., Van der Biest O., Gault R. S. (2010) Additive
Manufacturing of Ti–6Al–4V Components by Shaped Metal
Deposition: Microstructure and Mechanical Properties.
Materials & Design, 31, 106–111.
8. Clark D., Bache M. R., Whittaker M. T. (2008) Shaped Metal
Deposition of a Nickel Alloy for Aero Engine. Journal of
Materials Processing Technology, 203, 439–448.
9. (2009) Основные элементы SolidWorks (SolidWorks 2010).
Dassault Systems SolidWorks Corporation.
10. гринюк а. а., коржик в. н., Бабич а. а. и др. (2016)
Унифицированный плазмотрон для сварки сжатой дугой
неплавящимся электродом Зб. доповідей Міжнародної
конференції «Інноваційні технології та інжиніринг у зва-
рюванні – PoliWeld-2016 (26-27 мая 2016). київ, нтУУ
«кпІ», сс. 43–49.
в. м. коржик1, о. м. войтенко1,2, с. І. пелешенко3,4,
в. І. ткачук1,2, в. Ю. хаскін1, а. а. гринюк1,5
1Іез ім. Є. о. патона нан України.
03680, м. київ-150, вул. казимира малевича, 11.
E-mail: office@paton.kiev.ua
2нпц «пЛазер»,
м. київ, вул. генерала наумова, 17а, корп. 1
3Інститут машинобудування і автомобілебудування
південно-китайського технологічного університету,
м. гуанчжоу, кнр
4компанія «вейхань наука і технологія», м. Шеньжен, кнр
5нтУУ «кпІ ім. Ігоря сікорського».
м. київ, просп. перемоги, 37
розроБка автоматизованого оБЛаднання
дЛя виготовЛення тривимІрних метаЛевих
вироБІв на основІ адитивних техноЛогІй
адитивні технології мають величезний потенціал у напрямку
зниження енергетичних та матеріальних витрат на створення
найрізноманітніших видів продукції. на сьогодні спостеріга-
ється підвищення частки зварювальних технологій в адитив-
ному виробництві металевих об’ємних виробів. це пов’язано
як з високою продуктивністю дугового зварювання (наплав-
лення), так і з його невисокою вартістю. У роботі описаний
автоматизований комплекс для тривимірного друку метале-
вих виробів. показано, що створений автоматизований комп-
лекс дозволяє виготовляти об’ємні металеві вироби методами
адитивного дугового наплавлення електродом, що плавиться
(на токах до 80 а), плазмового наплавлення дротами (на то-
ках до 120 а) і мікроплазмового наплавлення порошковими
матеріалами (на токах до 50 а). Бібліогр. 10, рис. 7.
Ключові слова: адитивне нарощування, мікроплазмове на-
плавлення, дроти, порошки, комплекс обладнання, техноло-
гічні дослідження, металографія
поступила в редакцию 12.05.2017
ОБОРУДОВАНИЕ ♦ ТЕХНОЛОГИИ ♦ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Международная Ассоциация «Сварка»
Восьмая международная конференция
ЛУЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СВАРКЕ И
ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ
11 – 15 сентября 2017 г.
Украина, Одесса, отель «Курортный»
Председатели программного комитета
академик И.В. Кривцун
проф. В.С. Коваленко
● Лазерная и электронно-лучевая сварка, резка,
наплавка, термообработка, нанесение покрытий
● Электронно-лучевая плавка и рафинирование
● Гибридные процессы
● 3D-технологии
● Моделирование лучевых технологий
● Материаловедческие проблемы лазерных и
электронно-лучевых технологий
Тематика конференции
АДРЕС ОРГКОМИТЕТА
Украина, 03680, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11
Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины
Тел./факс: (38044) 200-82-77, 200-81-45
Е-mail: journal@paton.kiev.ua
http://pwi-scientists.com/rus/ltwmp2017
Подача заявок на участие и тезисов докладов до 23.06.2017 г.
|