Передекспериментальна оцінка траєкторії наплавлення для дротово-дугового адитивного виготовлення лопатей гребного ґвинта

Abstract

Мета. Розробити підхід до передекспериментальної перевірки та коригування траєкторій наплавлення під час дротово-дугового адитивного виготовлення з керованим перенесенням металу для елементів лопаті гребного ґвинта з порожнистою комірчастою структурою на основі нестаціонарного теплового моделювання. Методика. Використано ітераційну процедуру конструкція – технологія, що узгоджує вимоги міцності, стійкості оболонки, модальних характеристик і оброблюваності внутрішніх поверхонь з обмеженнями траєкторії наплавлення. Місця початку і завершення проходів розташовували в зонах низьких напружень, визначених методом скінченних елементів. У мові параметричного проєктування ANSYS реалізовано тривимірну нестаціонарну теплову модель з активацією матеріалу, двоеліпсоїдним джерелом тепла Голдака, конвективними та радіаційними тепловтратами й покроковим усередненням імпульсного тепловкладення. Збіжність оцінювали для кроків часу Δt = 0,01/0,005 с та розмірів сітки в зоні друку h = 1/0,75/0,5 мм; як робочі прийнято Δt = 0,01 с і h = 1 мм. За температурними історіями введено інтегральні індекси якості: перегріву вище ліквідусу (Iover), ризику тверднення в інтервалі солідус – ліквідус на охолодженні (Isolid) та часу перебування вище солідусу (Ifusion). Результати. Аналіз полів індексів і статистичних показників розрахункової області дав змогу локалізувати зони повторного нагріву, нерівномірного розподілу тепловкладення та недостатньої взаємодії між суміжними проходами. Отримані розподіли показали, що прийнята траєкторія потребує локального коригування, а за необхідності – зміни тривалості пауз охолодження або параметрів процесу до виготовлення першого зразка. Наукова новизна. Набір фізично обґрунтованих накопичувальних теплових індексів інтегровано з оцінюванням траєкторії у тривимірній нестаціонарній моделі наплавлення з керованим перенесенням металу для порожнистих комірчастих лопатей гребних ґвинтів. Практична значимість. Запропонована процедура дає змогу виявляти неприйнятні фрагменти траєкторії до експериментального наплавлення, зменшувати кількість пробних ітерацій і підвищувати ймовірність стабільного формування валиків і прийнятних умов тверднення.