СЕМЕЙСТВО АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ГТУ НА БАЗЕ УНИФИЦИРОВАННОГО ГАЗОГЕНЕРАТОРА

ПРОЕКТ «ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МС-21»

СЕМЕЙСТВО АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ГТУ НА БАЗЕ УНИФИЦИРОВАННОГО ГАЗОГЕНЕРАТОРА

ПРОЕКТ «ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МС-21» Рыбинск, 2015 г.

Опыт применения аддитивных технологий в ОАО «Авиадвигатель»

Заместитель главного инженера по аддитивным технологиям

ОАО «Авиадвигатель»

А.Г. Аксенов

Селективное лазерное сплавление металлических

порошков (SLM технология)

Селективное лазерное спекание полимерных материалов

(SLS технология)

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВНЕДРЕННЫЕ В ОАО «АВИАДВИГАТЕЛЬ»

Выращивание выжигаемых полистирольных моделей для изготовления отливок

Изготовление металлических деталей методом селективного лазерного сплавления

Прямое нанесения металла для ремонта деталей

(LMD технология)

Ремонт деталей методом лазерной порошковой наплавки

ИСТОРИЯ ВНЕДРЕНИЯ АДДИТВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОАО «АВИАДВИГАТЕЛЬ»

2004 год – первая отливка полученная с применением SLS технологии.

2010 год – внедрение SLS технологии для изготовления полистирольных моделей.

2011 год – внедрение LMD технологии для ремонта деталей.

2013 год – внедрение SLM технологии для изготовления металлических деталей.

ОАО «Авиадвигатель» совместно с ФГУП «ВИАМ» проводит работу по теме «Исследования и разработка экспериментальных аддитивных технологий для изготовления и ремонта сложнопрофильных деталей газотурбинных двигателей (ГТД) с использованием металлических порошков жаропрочного сплава на основе никеля» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы». Приоритетное направление «Транспортные и космические системы». Исследуемые сплавы: ВКНА-1ВР, ВЖЛ12У, ЖС6К, ВЖ159.

1. Проектирование деталей оптимальной конструкции без учета технологических ограничений. 2. Разработка сложнопрофильных, комплексно-интегрированных деталей и конструкций. 3. Внесение изменений в геометрию деталей на этапе опытно-конструкторских работ. 4. Создание конструкций деталей с минимальным весом и необходимым уровнем прочностных

свойств.

ПРИЕМУЩЕСТВА АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДЕТАЛЕЙ

ПРЕИМУЩЕСТВА АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ

1. Сокращение времени и трудоемкости изготовления деталей и конструкций. 2. Отсутствие необходимости изготовления технологической оснастки для изготовления

деталей. 3. Снижение себестоимости изготовления опытных деталей и конструкций. 4. Увеличение коэффициента использования материала. 5. Автоматизация процесса изготовления деталей. 6. Стабильность процесса изготовления.

Геометрическая модель детали

Оборудование для

аддитивных технологий

Заготовка под механическую

обработку детали

Технология SLS –Selective Laser Sintering Послойное лазерное спекание порошковых полимерных материалов

СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ПО ВЫЖИГАЕМЫМ МОДЕЛЯМ С ПРИМЕНЕНИЕМ АДДИТИВНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

• Точность геометрических размеров • Шероховатость поверхности • Прикрепление модели к литниково-питающей системе • Нанесение первого слоя огнеупорного покрытия • Вытопка и выжигание моделей из форм • Засоры при заливке

Свойства материала PrimeCast 101

ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ВЫЖИГАЕМЫХ МОДЕЛЕЙ

Проблемы для литья по выжигаемым моделям

Импорт CAD модели

Позиционирование

модели

Выращивание заданной

геометрии

Выемка, очистка,

обдувка моделей

Подготовка моделей

Сборка моделей в блок

Изготовление

огнеупорных блоков

Изготовление отливок

Сдача отливок

ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ

Срок изготовления отливок по

выплавляемым моделям:

6 - 40 недель

Срок изготовления отливок по

выжигаемым моделям:

3 - 6 недель.

10

Технология литья

по выплавляемым

моделям

(старая технология)

Срок,

день

Технология литья

по выжигаемым

моделям

(новая технология)

Срок,

день

Выпуск чертежа на деталь

Выпуск чертежа отливки 1-5 Выпуск чертежа отливки 1-5

Выпуск ТЗ на оснастку 1-2 Выпуск ТЗ на 3-D модель

отливки 1-2

Проектирование

оснастки 3-30

Проектирование 3-D

модели отливки 1-2

Выпуск УП для

изготовления оснастки 3-30

Выпуск УП для

выращивания моделей 1

Закупка материалов и

инструмента 7-90 Не требуется

Изготовление пресс-

форм 10-50 Не требуется

Прессовка стержней и

моделей 1-3 Выращивание моделей 1-5

Подготовка моделей 1-2 Подготовка моделей 1-2

Сборка блоков 1-5 Сборка блоков 1-5

Нанесение огнеупорного

покрытия 3

Нанесение огнеупорного

покрытия 3

Вытопка форм 1 Вытопка форм 1

Выжигание моделей 1

Далее по технологии литья по выплавляемым моделям

ПРИЕМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ

Сокращение расходов на оснащение процесса

Для литья по выплавляемым моделям

необходимо спроектировать,изготовить и

хранить литейную оснастку

Для литья по выжигаемым моделям нет

необходимости проектировать,

изготавливать и хранить литейную оснастку

ПРИЕМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ

• Расширяет возможности получения сложных

отливок

• Ускоряет процесс отработки технологии литья

• Дает конкурентные преимущества для проведения

сравнительных испытаний деталей и сборочных

единиц

ПРИЕМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ

• Внедрение аддитивных технологий существенно расширило возможности

конструкторам и технологам при проектировании и изготовлении сложных деталей и

узлов.

• В 2014 году при создании двигателей ПД-14 было изготовлено в течение года более 200

наименований новых литых деталей. При применении традиционной технологии на

проектирование, подготовку производства и изготовление литейной оснастки

потребовалось бы примерно 3-4 года.

• С 2011 года более 90% всех фасонных отливок в ОАО «Авиадвигатель»

изготавливаются по технологии литья по выращенным моделям.

• Экономия средств на проектирование и изготовление оснастки в год составляет

примерно 40-60 млн. рублей.

ВЫВОДЫ

Создание траекторий

наплавки

Импорт CAD модели

Обмер геометрии

Адаптивная наплавка

Автоматическая генерация УП адаптивной наплавки

Предварительная ориентация

Обмер геометрии

Создание адаптивной CAD модели

Автоматическая генерация УП адаптивного

фрезерования

Адаптивное фрезерования

Программное обеспечение (Германия)

Программное обеспечение (Великобритания)

ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ LMD В ОАО «АВИАДВИГАТЕЛЬ»

Рабочее кольцо 4 ст. КВД, титановый сплав ВТ20 Присадок: порошок Ti 6242 (TLS Technik, Германия) Восстановление торца на высоту 6 мм

Восстановление геометрии крайних гребешков рабочих лопаток ТВД и ТНД методом импульсной наплавки LMD

Материал рабочих лопаток никелевый сплав ЖС32-ВИ, ЧС70У-ВИ Присадок: порошок сплава ЭП648-ВИ (ФГУП «ВИАМ», Россия)

Присадок: порошок Х20Н80 (Sulzer Metco, Германия)

РЕМОНТ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ LMD

Восстановление посадочных диаметров деталей

ВЫВОДЫ

ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ SLM В ОАО «АВИАДВИГАТЕЛЬ»

Технология SLM –Selective Laser Melting Селективное лазерное сплавление металлических порошков

Контроль качества

Процесс изготовления

детали

Геометрическая модель заготовки

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ SLM ТЕХНОЛОГИЯМ

Выращенная заготовка

Финишная обработка

Механическая обработка

Деталь

Термическая обработка,

газостатическое прессование

Чертеж детали

Порошок

Процесс выращивания

корпуса коллектора

Позиционирование

модели заготовки.

Проектирование

поддержки

Импорт

CAD модели

Выращивание

заданной геометрии

Процесс выращивания

завихрителей

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

ПРИМЕРЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЗЕСКИХ ЗАГОТОВОК

завихрители

ДЕТАЛЬ СПРОЕКТИРОВАННАЯ И ИЗГОТОВЛЕННАЯ SLM МЕТОДОМ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ПЯТОГО

ПОКОЛЕНИЯ ПД-14

РАБОТЫ ПО ВНЕДРЕНИЮ ДЕТАЛЕЙ ГТД, ИЗГОТОВЛЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ АДДИТИВНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

1. В ОАО «Авиадвигатель» для экспериментальных работ в отсеке камеры сгорания и для

газогенераторов и двигателей ПД-14 были изготовлены завихрители методом послойного

лазерного сплавления из материала РН1. Замечаний по состоянию завихрителей после

испытаний нет.

2. Для двигателей 100-07, 100-08, 100-09 завихрители изготавливаются в ФГУП «ВИАМ».

Изготовление осуществляется методом послойного лазерного сплавления на установке

M2 Cusing фирмы «Concept Laser» из порошка ЭП648-ВИ (ВХ4Л). Порошок произведен по

технологии и на оборудовании ФГУП «ВИАМ».

Выращенная заготовка Готовая деталь

Изготовитель фирма Parker (США)

ПРЕМИКСЕР ДЛЯ МАЛОЭМИССИОННОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТД НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

1. На ОАО «Авиадвигатель внедрена технология изготовления деталей из порошков

PH1 (нержавеющая сталь), Inconel718 (никелевый жаропрочный сплав) и MP1

(сверхпрочный сплав кобальт-хром-молибден).

2. Решена ключевая проблема опытного производства для которого характерны

варианты исследования, необходимость частых изменений конструкции и, как

следствие, постоянной коррекции технологической оснастки для изготовления

опытных образцов.

3. Появилась возможность изготовления деталей оптимальной конструкции без учета

технологических ограничений (бионическое проектирование).

ВЫВОДЫ

ПРОБЛЕМЫ, СДЕРЖИВАЮЩИЕ ВНЕДРЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РФ

1. Отсутствует производство порошков из отечественных материалов для аддитивных технологий в объемах, обеспечивающих серийное производство.

2. Отсутствие комплексных исследований свойств материалов, изготовленных с помощью аддитивных технологий.

3. Отсутствуют квалифицированные специалисты в области аддитивных технологий.

4. Отсутствует система сертификации изделий, полученных аддитивными методами.

Необходимо создание на базе ФГУП «ВИАМ» центра по разработке,

изготовлению и внедрению порошков из отечественных материалов

для аддитивных технологий

СЕМЕЙСТВО АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ГТУ НА БАЗЕ УНИФИЦИРОВАННОГО ГАЗОГЕНЕРАТОРА

ПРОЕКТ «ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МС-21»

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !