Алюминий уловит импульс

Самара ‑ город алюминиевой продукции и инновационных технологий. Союз металла и науки активно применяется при создании аэрокосмической техники, а также в других отраслях промышленности. Доцент кафедры обработки металлов давлением, руководитель лаборатории прогрессивных технологических процессов пластического деформирования Самарского университета им. Королёва Дмитрий Черников рассказал о магнитно-импульсных технологиях и их потенциале для отечественных предприятий.

– Дмитрий, вы возглавляете Научно-исследовательскую лабораторию прогрессивных технологических процессов пластического деформирования (НИЛ-41). Можете рассказать о ее деятельности?

– Конечно! Наша лаборатория относится к кафедре обработки металлов давлением, руководит которой академик РАН Гречников Ф.В. Лаборатория успешно работает на протяжении нескольких десятилетий. Мои Коллеги, по сути, стояли у истоков развития магнитноимпульсной обработки металлов в нашей стране. Пользуясь, случаем выражаю слова благодарности за их труд!

В настоящее время мы активно совершенствуем существующие и разрабатываем новые магнитно-импульсные и электрогидроимпульсные технологии формовки, калибровки, резки, сборки, сварки и др. Ключевой нашей особенностью является комплексный подход, т.к. мы не просто разрабатываем технологии, а кроме этого и создаем специализированное оборудование и инструмент для их реализации.

В качестве такого специализированного оборудования выступают магнитно-импульсные установки, а в качестве инструмента – индукторные системы. Как это принято сейчас говорить – мы разрабатываем и внедряем гибкие производственные ячейки для магнитноимпульсной обработки металлов.

С одной стороны у нас научно-исследовательская лаборатория, обладающая уникальной исследовательской базой (высокоскоростные камеры для оценки характера перемещения заготовки и высокоскоростного соударения с матрицей/оправкой или контрдеталью; тепловизионные камеры для оценки изменения температурных полей заготовки и токопровода индукторных систем; программное обеспечение и др.). С другой стороны лаборатория является своего рода производственным полигоном для отработки новых технологий и последующего их внедрения в реальное производство. Для этого мы используем собственные магнитно-импульсные установки энергоемкостью от 1 до 50 кДж.

– Можете привести примеры сотрудничества с производствами?

– К настоящему моменту лабораторией произведено порядка 60 установок, на ведущих предприятиях внедрено 17 производственных участков. Нашими ведущими индустриальными партнерами являются, например, ведущие ракетно-космические предприятия – АО «РКЦ «Прогресс» и АО ГКНПЦ им. М.В. Хруничева; авиастроительные предприятия – Новосибирский авиационный завод им. В.П. Чкалова и АО «Авиакор-авиационный завод». Наши разработки пользуются спросом и за рубежом, так, наши участки работают в Китае, США и Швейцарии. Остановлюсь на проекте, который мы выполняли в интересах крупнейшего производителя алюминиевой продукции компании Arconic из США. Нами была разработана высокочастотная магнитно-импульсная установка и технология формообразования алюминиевых банок для напитков. Единственной проблемой стал огромной рынок – это миллиарды банок и должна быть соответствующая высокая производительность. Остановились на выпуске лимитированных партий.

– Продукция ваших разработок – из алюминия?

– В основном да. Почему именно алюминий? Так исторически сложилось – Самарский университет им. Королёва основан на базе Самарского государственного аэрокосмического университета, поэтому он обладает большим опытом решения задач для авиации и космонавтики. Существует определенный штамп, что в самолетах и ракетно-космической техники алюминий вытеснят композиты, но этим разговорам уже десятки лет, а алюминий и его сплавы по-прежнему остаются самым востребованным материалом в отрасли – «крылатый» металл одним словом.

– Чем же так ценен алюминий?

– Он – технологичен, обладает высокой электропроводимостью. А эффективность магнитноимпульсных технологий напрямую зависит от этого. Для нас алюминий – близкий к идеальному материалу, если не идеальный!

– Что можно сделать из алюминия благодаря магнитно-импульсным технологиям?

– Почти все, что угодно – от небольших деталей весом несколько десятков грамм до обтекателей топливных баков. Причем, это высокоскоростной процесс, который выгодно отличается от традиционных технологий. Сам процесс пластической деформации заготовки длится не более 100 микросекунд, при этом заготовка разгоняется до сотен метров в секунду – один импульс и деталь готова! При таких скоростях алюминий ведет себя вязкопластично, что позволяет за один импульс достигать больших степеней деформации – там, где традиционным технологиям требуется несколько переходов. В качестве примера продемонстрирую операцию магнитно-импульсной сборки алюминиевой трубки со стальной втулкой. В результате получаем прочное неразъемное герметичное соединение. Для этого используется простая технологическая оснастка металлоемкость, которой значительно снижена по сравнению с инструментальными штампами.

– В каких отраслях, помимо аэрокосмической, могут применяться ваши наработки?

– Например, разработанные Самарским университетом им. Королёва магнитно-импульсные установки и все та же операция сборки позволяет получать соединение электрожгутов с различного рода наконечниками – такой продукт должен быть востребован в автомобильной отрасли, особенно с развитием тренда электромобилей. В данном случае главное преимущество заключается в том, что переходное сопротивление такого соединения на порядок ниже, чем при традиционной гексагональной запрессовки. Также для автомобильной промышленности мы готовы предложить технологию и оборудование для обжима шлангов высокого давления.

Для приборостроения требуется изготовление различных прокладок сложных контуров, толщина которых может достигать порядка 0,05 мм. Если делать инструментальный без зазорный штамп, то его стоимость составит миллионы рублей. В нашем случае, это существенно дешевле при высоком качестве реза.

– Требуется ли человек за станком или это полностью автономное оборудование?

– В Самарском университете им. Королёва успешно работает Передовая инженерная аэрокосмическая школа. В рамках этой школы мы создали опытный образец гибкой роботизированной производственной ячейки, в которой в дополнение к нашей установки используется коллаборативный робот. В этом случае если обеспечить охлаждение индукторной системы, то такая производственная ячейка может работать в режиме «24 на 7» без оператора. Это некая перспектива, на сегодняшний момент предприятия перед нами такую задачу пока не ставили.

– С какими сплавами алюминия вы работаете?

– Мы работаем практически со всеми деформируемыми алюминиевыми сплавами, в том числе и с металлическими композитами на их основе. Их электропроводимость отличается незначительно, но вот механические характеристики отличаются более существенно. Поэтому в каждом конкретном случае надо отталкиваться от конфигурации изделия.

– На какой тип материала направлена технология?

– Наши технологии предназначены для листовых и трубчатых заготовок. Максимальная толщина может составлять до 6-8 мм.

В качестве примера могу продемонстрировать заготовку толщиной 6 мм на которой выполнена отбортовка отверстия. Применение заготовок толщиной более 8 мм может быть экономически нецелесообразно.

– Помимо разработки технологий и создания оборудования вы готовите и кадры для промышленности?

– Да, мы не только внедряем разработки в реальное производство. В лаборатории у нас учатся (выполняют лабораторные работы) и проходят практику студенты, готовят исследовательские дипломы. Наш принцип – обучение через науку. Наиболее ответственных ребят мы привлекаем к выполнению текущих проектов для конкретных Заказчиков. Таким образом, они получают не только теоретическую подготовку, но и практическую.

– Есть ли зарубежные аналоги?

– Конечно, это не новая технология. Первую установку в Женеве продемонстрировали американские ученые в 50-х годах прошлого века. Затем технология начала активно развиваться в СССР – 42 организации занимались магнитно-импульсными технологиями. Сейчас, к сожалению таких организаций заметно поубавилось. Мы единственные, кто сохранил возможность подходить к данному вопросу комплексно – разрабатывать технологии, создавать оборудование и инструмент для их реализации. Из зарубежных аналогов приведу пример фирмы PSTproducts GmbH (Германия). Они активно работали с автомобильным концерном Audi, где начиная с модели A4 корпус автомобиля практически весь состоял из алюминия. Концерн активно внедрял магнитно-импульсную сварку. К сожалению, наши автомобили пока не обладают таким широким применением алюминиевых сплавов, поэтому и возможности не такие широкие. Другой пример, французская компания Bmax, которая производит, например, изделия для аэрокосмической и автомобильной техники, а также как принято называть товары народного потребления - парфюмерные колпачки.

– Можно сказать, что это ваши конкуренты?

– Прежде всего, это серьезные мировые компании. Мы с ними не можем конкурировать физически – мы не промышленная компания, а лаборатория при университете. Возможности, все-таки, не сопоставимы. С другой стороны, мы и не пытаемся конкурировать, каждый занял свои ниши. Данные компании в основном применяют две операции сборки и сварки. У нас же комплекс таких технологий значительно шире – в дополнении к сборке и сварке еще и формовка, калибровка, резка.

Материал предоставлен пресс-службой Алюминиевой Ассоциации