ВВЕДЕНИЕ 6
1 Аналитический обзор по теме исследования. Обоснование актуальности
решаемой проблемы 8
1.1 Актуальность темы 8
1.2 Актуальные научные проблемы 11
1.3 Характеристика объекта и предмета исследования 18
1.4 Анализ состояния научно-технического уровня по теме обработки
поверхностного слоя изделий, полученных методами аддитивных технологий 18
1.5 Формулирование цели и задач исследования 32
2 Разработка модели операции технологического процесса 33
2.1 Формализованное описание модели 34
3 Экспериментальные исследования 42
3.1 Постановка задачи эмпирического исследования с детализацией
основных моментов исследования 42
3.2 Характеристика проводимых эмпирических исследований 42
3.3 Разработка и обоснование плана эксперимента 43
3.4 Интерпретация результатов экспериментов 46
3.5 Гидроабразивная обработка образцов с большой величиной огранки
поверхности 50
3.6 Обработка результатов измерений 52
3.7 Регрессионная модель обработки поверхности гидроабразивным
методом 59
4 Прикладные исследования для конкретного объекта с использованием
разработанных моделей и методов 62
4.1 Разработка практических рекомендаций по результатам исследований 62
5 Выводы по этапам исследования 64
5.1 Экономическое сравнение методов обработки 64
5.2 Выводы по проделанному исследованию 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 77
Актуальность темы исследования: Селективное лазерное сплавление (СЛС) - одно из направлений аддитивного производства, при котором происходит формирование трехмерного изделия путем последовательного сплавления слоев порошкового материала лучом лазера по заданной программе. Технология СЛС позволяет получить минимальный припуск на постобработку у заготовки, что делает СЛС привлекательной альтернативой для производства деталей сложной формы. В настоящее время детали, полученные по технологии СЛС, как правило, имеют достаточно большую шероховатость поверхности до Ra = 15 мкм и Rz = 70 мкм, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к деталям в аэрокосмической, машиностроительной и медицинской отраслей. Поэтому данная технология является заготовительной, т.е. не может быть использована в полной мере без постобработки поверхности.
Цель работы: Повышение эффективности аддитивных технологий за счет снижения шероховатости труднодоступных для инструмента поверхностей методом пост обработки изделий с применением технологии Micro Machine Processes (MMP) - технология обработки микронеровностей.
Задачи исследования:
1) провести аналитический обзор и систематизировать данные по типовым дефектам поверхности, получаемых при выращивании деталей методом СЛС;
2) провести аналитический обзор методов обработки поверхности изделий с высокой шероховатостью поверхности;
3) разработать и изготовить конструкцию экспериментального стенда для гидроабразивной обработки внутренних полостей деталей с высокой шероховатостью поверхности;
4) разработать конечно-элементную модель гидроабразивной обработки в ANSYS и на ее основе провести численный эксперимент для выявления особенностей процесса;
5) провести натурный эксперимент и методом регрессионного анализа получить зависимость качества поверхностного слоя по параметрам шероховатости от управляющих воздействий (перепада давления, концентрации абразива, времени экспозиции). Провести экспериментальное обоснование эффективности методов обработки поверхностного слоя (ОПС);
6) провести сравнительное технико-экономическое обоснование методов ОПС.
Научная новизна работы:
1) на основе теоретического анализа и по результатам экспериментов определены ограничения рабочего процесса выращивания деталей на установках СЛС применительно к качеству поверхностного слоя;
2) теоретически методом численного анализа выявлено и экспериментально подтверждено наличие кавитации, а также оценено её влияние на качество поверхности для гидроабразивной обработки изделий полученных методом СЛС;
3) разработана регрессионная модель гидроабразивной обработки, устанавливающая зависимость качества поверхностного слоя по параметрам шероховатости от управляющих воздействий (перепада давления, концентрации абразива, времени экспозиции).
Предметом исследования является оценка процессов изменения состояния поверхностного слоя сложнопрофильных изделий, полученных методом СЛС.
Объектом исследования является технологический процесс постобработки поверхности сложнопрофильных деталей, полученных методом СЛС.
Публикации: суммарно по объекту исследования написано 7 статей, в том числе 2 статьи Scopus, 3 статьи РИНЦ, 2 статьи-тезисов. Одна статья Scopus готовится к печати.
Метод гидроабразивной обработки подходит для обработки внутренних каналов и полостей, изделий, полученных методами аддитивного производства, при единичном и мелкосерийном производстве, за счет низкой цены на комплектующие и низкой стоимости обработки. Альтернативные методы требуют более дорогого оборудования и в случае с химической и электрохимической обработкой, защитного снаряжения с вытяжными системами.
