Важнейшим направлением в этой сфере является повышение производительности станка.
Мы разрабатываем цифровые двойники технологических процессов для металлорежущих станков. Эта новая технология призвана повысить эффективность металлообработки.
Идея состоит в совмещении детерминированных математических моделей и цифровых нейронных сетей. То есть получается своеобразный аналог человеческого мышления. У человека первично интуитивное понимание реальности, когда он гарантированно что-то знает, но не может рационально объяснить. Затем возникает объяснение, что и как произошло. Связка нейронных сетей и детерминированных математических моделей составляет суть цифрового двойника для систем металлообработки.
Смысл проекта – повышение производительности станка. Сюда входит снижение издержек, экономия материала, резцов, электроэнергии, трудовых ресурсов. Команда Виктора Лапшина получила рассчитанный на два года реализации грант РНФ в 2023 году. Сейчас завершается первый этап.
Еще одним важнейшим направлением успешного развития отечественного станкостроения является упрочнение металлорежущего инструмента.
Методом электроакустического напыления другая группа ученых ДГТУ получила не имеющий кристаллической решетки маслоудерживающий слой аморфного материала из вольфрамокобальтовых соединений толщиной 6-8 микрон, который обеспечивает микротвердость в 12 000 МПа. Такие свойства напыления позволят изделиям выдерживать высокие ударные нагрузки и абразивную обработку. Уникальный процесс электроакустического напыления был разработан в лаборатории «Ультразвуковые процессы и технологии» ДГТУ.
Коллективом ДГТУ разработана станция электроакустического напыления с магнитострикционным излучателем и ультразвуковым волноводом, трансформирующим сложное акустическое поле. Ультразвук обладает высокой способностью диспергировать элементы, которые в обычных условиях не перемешиваются между собой, например, масло и вода. В результате же действия ультразвука становится возможным смешение вольфрамокобальтовых соединений, что невозможно осуществить в обычных условиях.
Донские ученые благодаря защитному покрытию уже упрочнили ножи, предназначенные для резки металлических листов, для предприятия «Уральская сталь» в Новотроицке. В итоге ресурс работы оборудования продлен в несколько раз.
Команда ученых, возглавляемая профессором кафедры «Материаловедение и технологии металлов» факультета «Технология машиностроения» ДГТУ Валерием Варавкой, проводит исследования в сфере упрочнения металлического инструмента для режущих и давящих систем станков.
Речь идет о резцах, кромкокрошительных ножницах и в целом о технологиях упрочнения металлического инструмента в интересах предприятий машиностроительного и металлургического комплексов.
В ДГТУ разработано направление – ионно-плазменное напыление, то есть нанесение на инструменты покрытий нитрида циркония, нитрида титана. Этот процесс образует на поверхности инструмента защитные слои толщиной порядка шести микрон. Такая пленка снижает коэффициент трения, увеличивает коррозионную стойкость, повышает твердость поверхностей инструмента. При применении данной технологии создаются высокоэнтропийные сплавы и возникает прочность, которая какими-то другими способами просто недостижима.
В настоящее время стойкость ножей, используемых на «Тагмете» для обработки труб, не превышает 12 часов. Новая технология призвана значительно увеличить срок службы этих инструментов.
Продление ресурса металлообрабатывающих станков – критически значимая часть прорывного развития российского станочного парка.
Договор, который заключен между ДГТУ и «Тагметом» и осуществляется группой ученых во главе с Валерием Варавкой, касается смазочных охлаждающих жидкостей (СОЖ) для инструмента металлообработки.
За несколько последних лет в ДГТУ научились получать растворы, внутри которых находятся наноалмазы – кристаллы диаметром порядка 800 пикометров (пикометр – одна триллионная, то есть 1/1.000.000.000.000 часть метра). Эти частицы поляризуются. В университете разработан способ изготовления таких изделий кавитационным путем.
Сейчас на «Тагмете» происходит ежемесячная замена смазочно-охлаждающих жидкостей. Специалисты ДГТУ намерены увеличить этот ресурс в 2-3 раза.
В настоящее время в нашей стране металлообработка тесно связана со сферой импортозамещения.
Научный коллектив кафедры «Материаловедение и технологии металлов» факультета «Технология машиностроения» ДГТУ исследует металлы и их сплавы, определяет химические составы материалов, режимы термической обработки.
Наша кафедра располагает специалистами, компетенциями и всем необходимым оборудованием, для того чтобы помочь определить, из чего изготовлена та или иная деталь зарубежного производства. К нам обращаются компании Ростсельмаш, «Клевер», «Новая динамика» и другие предприятия сельхозмашиностроения.
По линии ООО «Новая динамика» проделана большая работа, связанная с определением причин поломки вала коробки передач трактора. Деталь была изготовлена в Китае, и в связи с ее выходом из строя имели место отказы селян от сельхозтехники. После проведенной экспертизы была установлена степень соответствия вала техническим требованием чертежа и подготовлены рекомендации по улучшению параметров этого изделия.
Комбинированными методами упрочнения, термической обработкой стали в магнитном поле занимается лаборатория структурного анализа и экспертизы материалов, которой руководит профессор кафедры «Материаловедение и технологии металлов» факультета «Технология машиностроения» ДГТУ Виктор Пустовойт.
Например, у предприятия есть необходимость заменить тот или иной узел зарубежного производства, состоящий из валов, шестеренок, зубчатых колес и других деталей. Представители предприятия обращаются в нашу лабораторию, и мы определяем тип материала, из которого данный узел изготовлен, его твердость, пластичность, условия термической обработки и т. д.
Также эта лаборатория занимается вопросами создания броневой стали для средств индивидуальной защиты и техники. Сейчас ученые ДГТУ готовят презентацию своей материаловедческой работы, чтобы начать сотрудничество с крупными научно-исследовательскими центрами России в интересах обороны и безопасности страны.
Мы уже получили положительные результаты, которые дают основание полагать, что наши разработки помогут при прочих равных условиях получить более тонкую, но не менее качественную броневую сталь. Планируем получить грант, привлечь к работе механиков, чтобы провести математическое моделирование и расширить наши исследования в данной сфере. Что же касается задачи импортозамещения, то мы ее обязательно успешно решим. Созданные учеными вуза и применяемые на предприятиях технологии направлены на достижение технологического суверенитета и безопасности России. Станкостроение – составная часть этой большой задачи.
Игорь Голота, управление информационной политики
isdstu@mail.ru
