Инновационный штамповый инструмент

Ученые Института машиностроения, материаловедения и транспорта Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. создали инновационный штамповый инструмент повышенной прочности и долговечности, который может применяться для изготовления штампованных титановых лопаток авиационных двигателей.

Технический результат разработки достигается благодаря уменьшению износа штамповых вставок за счет применения лазерной наплавки на поверхность их гравюр высокопрочного наноструктурированного покрытия, состоящего из двухкомпонентной смеси порошков карбида титана и карбида бора.

Авторы проекта: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Сварка и металлургия» ИММТ СГТУ Игорь Родионов, доценты Ирина Перинская и Любовь Куц. 

«Минусом многих конструкций штампов для авиационной промышленности является недостаточно высокая механическая прочность поверхности гравюр верхней и нижней вставок, приводящая к их деформированию и разрушению при изотермической штамповке авиационных лопаток. Поэтому сегодня инженеры и ученые уделяют большое внимание созданию высокотехнологичных и более совершенных конструкций штампов. Мы смогли создать штамп с улучшенными характеристиками качества и надежности в эксплуатации, что может существенно продлить срок службы штампового оборудования на производстве, минимизируя необходимость в частом ремонте или замене», – рассказывает Игорь Родионов.

Технология упрочнения рабочих поверхностей штампа с использованием лазерного облучения представляет собой эффективный метод для повышения износостойкости и долговечности инструментов. Основной процесс включает следующие этапы:

– Подготовка поверхности: на поверхность опытных образцов наносится специальная порошковая присадка, состоящая из мелкодисперсных порошков карбида титана и карбида бора, смешанных со связующим веществом. Это создает основу для формирования наплавленного покрытия.

– Лазерное сканирование: после нанесения порошковой смеси поверхность сканируется с использованием лазера. Процесс может проводиться в различных режимах, включая импульсно-периодический и непрерывный. Каждый из этих режимов влияет на процесс расплавления частиц и характер образования покрытия.

– Формирование наплавленного покрытия: в результате воздействия концентрированного светового потока происходит термическое стимулирование, которое вызывает расплавление порошковой присадки и её интеграцию с основным материалом. Толщина получаемого наплавленного покрытия может варьироваться от 30 мкм до 800 мкм, а его твердость колеблется от 14 ГПа до 22 ГПа. Эти характеристики зависят от количества циклов сканирования (от 2 до 6), где после каждого сканирования наносится новый слой порошковой смеси.

– Достижение заданных свойств: С помощью многократного лазерного сканирования и дополнительного нанесения слоев порошковой смеси можно достичь заданных параметров толщины и механических свойств покрытия. Это позволяет обеспечить максимальную защиту рабочей поверхности штампа и улучшить его эксплуатационные характеристики.

Таким образом, технология политеховцев предлагает высокоэффективное решение для упрочнения инструментов, что позволяет значительно увеличить их срок службы и снизить частоту замен и ремонтов.

В ноябре 2024 года по разработке получен патент РФ на полезную модель №230163 «Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток».