Номер Соглашения о предоставлении субсидии:
14.574.21.0175
Уникальный идентификатор проекта:
RFMEFI57417X0175
Индустриальный партнер:
Акционерное общество "Центр судоремонта "Звездочка"
Соисполнители:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (ФГАОУ ВО «СПбПУ»).
Период выполнения: 26.09.2017 - 30.06.2020
Плановое финансирование проекта: 120.00 млн. руб
Цели проекта:
- Исследование металлургических процессов, протекающих при прямом лазерном выращивании изделий из порошковых металлических материалов, аналогичных используемым в судовом машиностроении металлам и сплавам.
- Разработка технологии прямого лазерного выращивания высокопрочных деталей судового машиностроения из порошковых металлических материалов и оборудования для её реализации, позволяющих многократно снизить себестоимость изготовления деталей сложной геометрии из высокопрочных материалов.
- Разработка технологии ремонта высокопрочных деталей судового машиностроения методом лазерной порошковой наплавки.
- Организация, техническое и технологическое обеспечение участка прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки на АО «ЦС «Звёздочка».
Предлагаемые прикладные научные исследования являются директивно заданными АО «ОСК» (Письмо-обращение № 31-4357 от 12 апреля 2017г.) и соответствуют действующим отраслевым приоритетам в области развития технологий в судовом машиностроении и освоении Арктики.
Назначение и область применения результатов проекта
Разрабатываемые технологии и оборудование прямого лазерного выращивания характеризуются межотраслевой направленностью и обладают потенциалом мультипликативного технологического влияния на развитие нескольких отраслей экономики. Кроме предприятий судостроения и судоремонта потребителями разрабатываемой продукции могут быть предприятия ракетно-космической отрасли, транспортного и энергетического машиностроения. Результаты проекта также могут быть использованы при разработке и модернизации родственных технологий инженерии поверхности, в частности, технологий лазерной порошковой наплавки функциональных поверхностных слоёв, актуальных для атомной, нефтегазовой, нефтехимической, химической отраслей промышленности.
Эффекты от внедрения результатов проекта
Использование результатов данного проекта позволит получить следующие социально-экономические эффекты:
улучшение потребительских свойств выпускаемой продукции;
совершенствование технологических процессов с точки зрения снижения издержек производства, повышения производственной безопасности (включая экологическую);
повышение уровня автоматизации производства;
обеспечение гибкости производств, сокращение производственного цикла.
Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
Объектами коммерциализации в результате выполнения проекта будут:
- лицензия на технологию прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошков;
- лицензия на технологию ремонта высокопрочных деталей судового машиностроения методом лазерной порошковой наплавки;
- технологическая установка лазерного выращивания;
- сервисные услуги.
Стадия коммерциализации результатов проекта составляет 3 года после окончания проекта. Начало промышленного освоения результатов проекта запланировано на 2019 г. с момента проведения пуско-наладочных работ лабораторной установки УТЛВ на территории АО "Центр судоремонта "Звездочка" (г. Северодвинск). Срок окупаемости проекта находится в пределах среднесрочного кредитования проектов отечественными коммерческими банками и составляет 7 лет с начала ПНИ при расчете по показателям чистой прибыли, амортизации и объема инвестиций.
Основные результаты проекта
Этап 1
Проведен аналитический обзор научных и информационных источников. На основе совместного решения газодинамической задачи переноса порошка, тепловой задачи о его нагреве, плавлении и испарении и задачи тепломассопереноса в изделии разработана математическая модель технологического процесса лазерного выращивания, позволяющая рассчитывать тепловые поля и термические циклы в изделии, форму наплавляемых валиков. Разработана методика численно-экспериментального определения параметров математической модели. Проведен анализ геометрии и требований к свойствам типовых компонентов судового машиностроения. Проведен анализ существующих технологий выращивания металлических изделий, в том числе по критерию возможности их адаптации к изготовлению крупногабаритных изделий судового машиностроения. Разработан исследовательский стенд для изучения формирования крупногабаритных изделий в процессе лазерного выращивания. Полученные результаты полностью соответствуют мировому уровню исследований в области промышленных аддитивных технологий, а в части разработки технологий и оборудования прямого лазерного выращивания крупногабаритных высокоточных заготовок и определяют его. Для подтверждения соответствия разработанной математической модели требованиям проекта разработаны программа и методики ее испытаний.
Этап 2
Изготовлен исследовательский стенд для изучения формирования крупногабаритных изделий в процессе лазерного выращивания. Проведены экспериментальные исследования прямого лазерного выращивания (ТЛВ) сложно-профильных объемных деталей и ремонтной лазерной порошковой наплавки (ТРЛПН). Проведены патентные исследования. Разработаны эскизная документация на установку технологическую лазерного выращивания (УТЛВ), а также программы и методики исследовательских испытаний УТЛВ, ТЛВ, ТРЛПН. Проведенные металлографические исследования, механические испытания, испытания на износостойкость и коррозионную стойкость образцов, изготовленных методом прямого лазерного выращивания и порошковой наплавки, подтвердили высокие качество и эксплуатационные характеристики полученных материалов. Полученные результаты полностью соответствуют мировому уровню исследований в области промышленных аддитивных технологий, а в части разработки технологий и оборудования прямого лазерного выращивания крупногабаритных высокоточных заготовок и определяют его.
Полученные результаты соответствуют условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств, а также отвечают целям и задачам коммерциализации результатов проекта АО «ЦС «Звездочка»
Получены охраноспособные РИД
- Ноу-хау, Приказ о введении режима «Коммерческая тайна» от 25.12.2018г. о№ 621 «Технология изготовления изделия полусфера», РФ
- Изобретение, заявка № 2018145268 от 20.12.2018 г «Способ изготовления изделий из стали типа АК», РФ
Этап 3
Проведены исследовательские испытания технологий лазерного выращивания (ТЛВ), ремонта методом лазерной порошковой наплавки (ТРЛПН). Разработаны технические требования к порошковым материалам для прямого лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки. Изготовлены экспериментальные образцы деталей. Разработаны технологические рекомендаций по изготовлению сложно-профильных деталей комбинированным методом литья и прямого лазерного выращивания. Разработано технико-экономического обоснование прямого лазерного выращивания при изготовлении и ремонте высокопрочных деталей судового машиностроения. Разработаны технологические рекомендации по восстановлению изношенной и/или поврежденной геометрии металлических деталей методом лазерной порошковой наплавки в судоремонтном производстве. Изготовлена и испытана лабораторная технологическая установка лазерного выращивания (УТЛВ). Разработаны рекомендации по внедрению технологий лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки в судоремонтное производство. Согласованы с НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» разработанные технологии прямого лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки деталей судового машиностроения, в части применения порошковых материалов конкретных марок для изготовления и ремонта деталей судового машиностроения. УТЛВ предназначена для применения в изготовлении и ремонте высокопрочных деталей судового машиностроения, эксплуатируемых в ледовых условиях Арктики, на предприятиях судового машиностроения. В качестве манипулятора изделия и технологического инструмента используется промышленный робот с двухосевым позиционером. Досягаемость робота составляет 1800 мм, грузоподъемность позиционера – 500 кг. Герметичная технологическая кабина позволяет проводить процесс прямого лазерного выращивания и наплавки в контролируемой атмосфере аргона высокой чистоты.
Используемое в технологической головке 3х-струйное сопло для подачи порошка в зону лазерного воздействия, а также 6ти-осевой роботизированный манипулятор технологической головки, позволяют проводит обработку в различных пространственных положениях, в том числе с заклонением до 90о относительно вертикали. Предварительный анализ деталей, подлежащих выращиванию позволил создать стратегии изготовления, компенсирующие остаточные деформации изделия. Технологические рекомендации по прямому лазерному выращиванию и лазерной наплавке разработаны на основе опытных данных, полученных коллективом исполнителей в течение выполнения проекта. Результаты исследований влияния технологических параметров на механические и эксплуатационные свойства позволили сформулировать рекомендации для разработки технологий. Создание расчётных моделей температурных полей при лазерной обработке позволило создать методику расчёта термо-деформационных процессов при выращивании, которая, в свою очередь, помогает учитывать деформацию изделия во время выращивания. Проведённое технико-экономическое исследование показало экономическую эффективность внедрения УТЛВ для изготовления и ремонта некоторых деталей судового машиностроения. Прямое лазерное выращивание становиться экономически целесообразным для изделий, претерпевающих длительную и материалоёмкую механическую обработку заготовок (КИМ - менее 10%), при традиционном технологическом процессе изготовления. В случае сравнения с литейными технологиями, при которых КИМ стремится к 1, экономическая выгода от прямого лазерного выращивания отсутствует. Однако не стоит забывать о том, что прямое лазерное выращивание для некоторых изделий может быть единственным реализуемым способом изготовления. Полученные результаты полностью соответствуют мировому уровню исследований в области промышленных аддитивных технологий, а в части разработки технологий и оборудования прямого лазерного выращивания крупногабаритных высокоточных заготовок и определяют его. Полученные результаты соответствуют условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств, а также отвечают целям и задачам коммерциализации результатов проекта АО «ЦС «Звездочка».
Охраноспособные РИД
- Ноу-хау "Технология изготовления изделия корпус", приказ №483 от 31.10.2019
- Ноу-хау "Технология ремонтной наплавки изделия переходник", приказ №484 от 31.10.2019
- Заявка на изобретение "Способ повышения механических свойств стали АБ2-1 при осуществлении прямого лазерного выращивания металлических заготовок" № 2019132739, от 14.10.2019
Описание проекта на сайте СПбГМТУ https://www.smtu.ru/ru/page/515/
14.574.21.0175
Уникальный идентификатор проекта:
RFMEFI57417X0175
Индустриальный партнер:
Акционерное общество "Центр судоремонта "Звездочка"
Соисполнители:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (ФГАОУ ВО «СПбПУ»).
Период выполнения: 26.09.2017 - 30.06.2020
Плановое финансирование проекта: 120.00 млн. руб
Цели проекта:
- Исследование металлургических процессов, протекающих при прямом лазерном выращивании изделий из порошковых металлических материалов, аналогичных используемым в судовом машиностроении металлам и сплавам.
- Разработка технологии прямого лазерного выращивания высокопрочных деталей судового машиностроения из порошковых металлических материалов и оборудования для её реализации, позволяющих многократно снизить себестоимость изготовления деталей сложной геометрии из высокопрочных материалов.
- Разработка технологии ремонта высокопрочных деталей судового машиностроения методом лазерной порошковой наплавки.
- Организация, техническое и технологическое обеспечение участка прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки на АО «ЦС «Звёздочка».
Предлагаемые прикладные научные исследования являются директивно заданными АО «ОСК» (Письмо-обращение № 31-4357 от 12 апреля 2017г.) и соответствуют действующим отраслевым приоритетам в области развития технологий в судовом машиностроении и освоении Арктики.
Назначение и область применения результатов проекта
Разрабатываемые технологии и оборудование прямого лазерного выращивания характеризуются межотраслевой направленностью и обладают потенциалом мультипликативного технологического влияния на развитие нескольких отраслей экономики. Кроме предприятий судостроения и судоремонта потребителями разрабатываемой продукции могут быть предприятия ракетно-космической отрасли, транспортного и энергетического машиностроения. Результаты проекта также могут быть использованы при разработке и модернизации родственных технологий инженерии поверхности, в частности, технологий лазерной порошковой наплавки функциональных поверхностных слоёв, актуальных для атомной, нефтегазовой, нефтехимической, химической отраслей промышленности.
Эффекты от внедрения результатов проекта
Использование результатов данного проекта позволит получить следующие социально-экономические эффекты:
улучшение потребительских свойств выпускаемой продукции;
совершенствование технологических процессов с точки зрения снижения издержек производства, повышения производственной безопасности (включая экологическую);
повышение уровня автоматизации производства;
обеспечение гибкости производств, сокращение производственного цикла.
Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
Объектами коммерциализации в результате выполнения проекта будут:
- лицензия на технологию прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошков;
- лицензия на технологию ремонта высокопрочных деталей судового машиностроения методом лазерной порошковой наплавки;
- технологическая установка лазерного выращивания;
- сервисные услуги.
Стадия коммерциализации результатов проекта составляет 3 года после окончания проекта. Начало промышленного освоения результатов проекта запланировано на 2019 г. с момента проведения пуско-наладочных работ лабораторной установки УТЛВ на территории АО "Центр судоремонта "Звездочка" (г. Северодвинск). Срок окупаемости проекта находится в пределах среднесрочного кредитования проектов отечественными коммерческими банками и составляет 7 лет с начала ПНИ при расчете по показателям чистой прибыли, амортизации и объема инвестиций.
Основные результаты проекта
Этап 1
Проведен аналитический обзор научных и информационных источников. На основе совместного решения газодинамической задачи переноса порошка, тепловой задачи о его нагреве, плавлении и испарении и задачи тепломассопереноса в изделии разработана математическая модель технологического процесса лазерного выращивания, позволяющая рассчитывать тепловые поля и термические циклы в изделии, форму наплавляемых валиков. Разработана методика численно-экспериментального определения параметров математической модели. Проведен анализ геометрии и требований к свойствам типовых компонентов судового машиностроения. Проведен анализ существующих технологий выращивания металлических изделий, в том числе по критерию возможности их адаптации к изготовлению крупногабаритных изделий судового машиностроения. Разработан исследовательский стенд для изучения формирования крупногабаритных изделий в процессе лазерного выращивания. Полученные результаты полностью соответствуют мировому уровню исследований в области промышленных аддитивных технологий, а в части разработки технологий и оборудования прямого лазерного выращивания крупногабаритных высокоточных заготовок и определяют его. Для подтверждения соответствия разработанной математической модели требованиям проекта разработаны программа и методики ее испытаний.
Этап 2
Изготовлен исследовательский стенд для изучения формирования крупногабаритных изделий в процессе лазерного выращивания. Проведены экспериментальные исследования прямого лазерного выращивания (ТЛВ) сложно-профильных объемных деталей и ремонтной лазерной порошковой наплавки (ТРЛПН). Проведены патентные исследования. Разработаны эскизная документация на установку технологическую лазерного выращивания (УТЛВ), а также программы и методики исследовательских испытаний УТЛВ, ТЛВ, ТРЛПН. Проведенные металлографические исследования, механические испытания, испытания на износостойкость и коррозионную стойкость образцов, изготовленных методом прямого лазерного выращивания и порошковой наплавки, подтвердили высокие качество и эксплуатационные характеристики полученных материалов. Полученные результаты полностью соответствуют мировому уровню исследований в области промышленных аддитивных технологий, а в части разработки технологий и оборудования прямого лазерного выращивания крупногабаритных высокоточных заготовок и определяют его.
Полученные результаты соответствуют условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств, а также отвечают целям и задачам коммерциализации результатов проекта АО «ЦС «Звездочка»
Получены охраноспособные РИД
- Ноу-хау, Приказ о введении режима «Коммерческая тайна» от 25.12.2018г. о№ 621 «Технология изготовления изделия полусфера», РФ
- Изобретение, заявка № 2018145268 от 20.12.2018 г «Способ изготовления изделий из стали типа АК», РФ
Этап 3
Проведены исследовательские испытания технологий лазерного выращивания (ТЛВ), ремонта методом лазерной порошковой наплавки (ТРЛПН). Разработаны технические требования к порошковым материалам для прямого лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки. Изготовлены экспериментальные образцы деталей. Разработаны технологические рекомендаций по изготовлению сложно-профильных деталей комбинированным методом литья и прямого лазерного выращивания. Разработано технико-экономического обоснование прямого лазерного выращивания при изготовлении и ремонте высокопрочных деталей судового машиностроения. Разработаны технологические рекомендации по восстановлению изношенной и/или поврежденной геометрии металлических деталей методом лазерной порошковой наплавки в судоремонтном производстве. Изготовлена и испытана лабораторная технологическая установка лазерного выращивания (УТЛВ). Разработаны рекомендации по внедрению технологий лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки в судоремонтное производство. Согласованы с НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» разработанные технологии прямого лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки деталей судового машиностроения, в части применения порошковых материалов конкретных марок для изготовления и ремонта деталей судового машиностроения. УТЛВ предназначена для применения в изготовлении и ремонте высокопрочных деталей судового машиностроения, эксплуатируемых в ледовых условиях Арктики, на предприятиях судового машиностроения. В качестве манипулятора изделия и технологического инструмента используется промышленный робот с двухосевым позиционером. Досягаемость робота составляет 1800 мм, грузоподъемность позиционера – 500 кг. Герметичная технологическая кабина позволяет проводить процесс прямого лазерного выращивания и наплавки в контролируемой атмосфере аргона высокой чистоты.
Используемое в технологической головке 3х-струйное сопло для подачи порошка в зону лазерного воздействия, а также 6ти-осевой роботизированный манипулятор технологической головки, позволяют проводит обработку в различных пространственных положениях, в том числе с заклонением до 90о относительно вертикали. Предварительный анализ деталей, подлежащих выращиванию позволил создать стратегии изготовления, компенсирующие остаточные деформации изделия. Технологические рекомендации по прямому лазерному выращиванию и лазерной наплавке разработаны на основе опытных данных, полученных коллективом исполнителей в течение выполнения проекта. Результаты исследований влияния технологических параметров на механические и эксплуатационные свойства позволили сформулировать рекомендации для разработки технологий. Создание расчётных моделей температурных полей при лазерной обработке позволило создать методику расчёта термо-деформационных процессов при выращивании, которая, в свою очередь, помогает учитывать деформацию изделия во время выращивания. Проведённое технико-экономическое исследование показало экономическую эффективность внедрения УТЛВ для изготовления и ремонта некоторых деталей судового машиностроения. Прямое лазерное выращивание становиться экономически целесообразным для изделий, претерпевающих длительную и материалоёмкую механическую обработку заготовок (КИМ - менее 10%), при традиционном технологическом процессе изготовления. В случае сравнения с литейными технологиями, при которых КИМ стремится к 1, экономическая выгода от прямого лазерного выращивания отсутствует. Однако не стоит забывать о том, что прямое лазерное выращивание для некоторых изделий может быть единственным реализуемым способом изготовления. Полученные результаты полностью соответствуют мировому уровню исследований в области промышленных аддитивных технологий, а в части разработки технологий и оборудования прямого лазерного выращивания крупногабаритных высокоточных заготовок и определяют его. Полученные результаты соответствуют условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств, а также отвечают целям и задачам коммерциализации результатов проекта АО «ЦС «Звездочка».
Охраноспособные РИД
- Ноу-хау "Технология изготовления изделия корпус", приказ №483 от 31.10.2019
- Ноу-хау "Технология ремонтной наплавки изделия переходник", приказ №484 от 31.10.2019
- Заявка на изобретение "Способ повышения механических свойств стали АБ2-1 при осуществлении прямого лазерного выращивания металлических заготовок" № 2019132739, от 14.10.2019
Описание проекта на сайте СПбГМТУ https://www.smtu.ru/ru/page/515/