Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Металлическая 3D-печать все шире используется в таких отраслях промышленности, как авиакосмическая и автомобильная, в энергетике, кораблестроении, медицине, а также в ювелирном деле, исследовательской деятельности, в создании арт-объектов и в ряде других направлений [1]. Практически всегда металлическую печать выбирают в том случае, когда требования разработчика, технолога, хирурга, стоматолога, ученого или дизайнера выходят за пределы возможностей традиционных видов производства. С одной стороны, это может быть, например, топологически оптимизированная конструкция, либо сложное изделие с объединением в единое целое нескольких элементов сборочного узла, либо индивидуальный имплантат или протез. Другой веской причиной перехода к аддитивной технологии может стать отсутствие цеховых площадей для размещения всего спектра механообрабатывающего оборудования или невозможность использования крайне дорогого и вредного литейного производства [2].
Сегодня, такие металлопорошковые технологии, как селективное лазерное сплавление (Laser Beam Melting, LBM), электроннолучевое сплавление (Electron Beam Melting, EBM), газопорошковая наплавка с прямым подводом энергии и материала (Direct Energy Deposition, DED), уже ассоциируются со стандартом печати металлических заготовок высокого качества. Конечно, деталям, полученным по этим технологиям, может потребоваться доработка: удаление поддержек, отделение от основы, улучшение шероховатости поверхности, а также внутренней структуры материала, что иногда занимает значительное время. Но вряд ли стоит рассматривать это как существенный недостаток, ведь в целом с помощью металлической 3D-печати удается существенно сократить время цикла, количество задействованного персонала, значительно увеличить конструктивную сложность изготавливаемых изделий. А дорабатывать с помощью механообработки, виброгалтовки, пескоструйной, термической или газостатической обработки зачастую необходимо лишь те поверхности или структуру объемных тел, которые нуждаются в плотном прилегании к другим деталям сборки, эстетического качества, или с целью минимизации напряжений и пористости [3].
Цель работы — изучение влияния параметров электрической дуги на структуру и свойства наплавленных зон из присадочной проволоки Св-АК5 (ER4043) при роботизированной наплавке.
Материалы и методика экспериментов.
В исследования по объемной электродуговой наплавке использовался сварочный инверторный полуавтомат EWM Titan 350 XQ puls D — с системой подачи проволоки внутреннего исполнения.
Для автоматизации процесса наплавки использовался промышленный робот манипулятор KUKA KR-210-2 2000, применяемый в машинной обработке, наплавке, сварке, разгрузке-погрузке на паллеты. Для наплавки робот был оснащен разработанной и спроектированной специализированной оснасткой для крепления сварочной горелки. В работе использовалась алюминиевая проволока марки ER4043 аналогом является АК5 [4].
Реализация процесса объемной электродуговой наплавки включала в себя следующие этапы:
1. Разработка модели наплавляемой заготовки определенной формы со всеми необходимыми размерами, с помощью специализированной программы КОМПАС-3D V17.1, в том числе и задание траектории движения стола, с помощью программы SprutCAM 14 Robot.
2. Полученная рабочая программа загружается в блок управления роботом манипулятором. Рабочая программа открывается через встроенный контроллер KRC2 ed05. Наплавка выполняется с помощью сварочного инверторного полуавтомата EWM Titan 350 XQ puls D непосредственно на самом принтере.
3. Подготовка подложки непосредственно для наплавки (зачистка, обезжиривание, обезвоживание) и последующего крепления субстрата к рабочей области стола.
4. В зависимости от размеров и формы изготавливаемой заготовки выбираются режимы наплавки (скорость перемещения станка, сила тока сварочного аппарата и скорость подачи присадочной проволоки), которые задаются на сварочном аппарате. После этого открывается баллон с газом (аргон) и выставляется необходимый расход газа.
5. Подробный анализ наплавленной заготовки:
Анализ поверхности в зоне реза указывает на высокую плотность по всей высоте зоны наплавки и минимальное количество пор. Хорошо видно различие в дисперсности структуры при разных режимах наплавки. При наплавке от 57 до 67 А формируются крупные зерна твердого раствора кремния в алюминии (от 30 до 60 мкм), что обусловлено более интенсивным нагревом наплавленных зон и меньшей скоростью теплоотвода. Так же наблюдается дисперсная и однородная структура.
Исследования микроструктуры наплавленных образцов проводили на установке ПМТ-3. Нагрузка, используемая во время работы, составляет 200 г.
В ходе анализа исследования микротвердости установлено, что средняя твердость полученных образцов незначительно ниже справочных значений (45 кгс/мм2 для Ак5 эталонное значение) и сопоставимо с твердостью исходной проволоки, равной 45,4 кгс/мм2. Это говорит о том, что технология наплавки обеспечивает приемлемую твердость на всей площади образцов. Что, в свою очередь, говорит об удовлетворительном качестве получаемых заготовок данной технологией [6].
Исследование плотности образцов производилось по методу гидростатического взвешивания. В ходе исследования были получены следующие значения.
Анализируя полученные значения можно сделать выводы, что при более высоких значениях силы тока (от 57–67А) плотность исследуемых образцов выше справочных значений. Это свидетельствует о том, что технология электродуговой наплавкой при высоких токах отсутствует пористость материала, что положительно влияет на практическую составляющую данной технологии.
Механические испытания на растяжение проводились на разрывной испытательной машине ИР 5057–50 Образцы получали наплавкой (70×20×25мм) для испытания механических свойств при растяжении [7].
Режимы наплавки:
Образец 1 — υпод = 5,3 м/мин; υдв = 0,62 м/мин; I = 62 A;
Образец 2 — υпод = 5,7 м/мин; υдв = 0,62 м/мин; I = 67 A;
Проведенные механические испытания при комнатной температуре на растяжение наплавленных образцов показали, что они обладают приемлемым комплексом механических свойств, сопоставимые со справочными значениями. Это подтверждает, что процесс формирования в данных режимах идет с высоким качеством, без образования зон несплавления и пористости.
В данной работе были проведены исследования и разработка процесса изготовления заготовок на основе электрофизических аддитивных технологий. В качестве присадочного материала применялась алюминиевая деформируемая проволока Св-Ак5.
Режимы наплавки менялись в следующих диапазонах:
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:
После проведенных комплексных исследований выбраны следующие наиболее оптимальные режимы объёмной электродуговой наплавки с присадочной проволокой Св-Ак5:
При этом обеспечивается качественное сплавление наплавленного материала с заготовкой, формируется однородная структура и отсутствуют поры в зоне наплавки. Проведенные механические испытания наплавленных образцов показали, что они обладают приемлемым комплексом механических свойств (предел текучести и временное сопротивление) незначительно отличающиеся от справочных значений.
