Авторы
Басов А. А.1*,
Коробов К. С.2**,
Лесневский Л. Н.,
Николаев И. А.2,
Рипецкий А. В.2***
1. ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королёва», ул. Ленина, д. 4А, г. Королёв, Московская обл., Россия, 141070
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
*e-mail: sgcherkasov@yandex.ru
**e-mail: korobovks@mai.ru
***e-mail: a.ripetskiy@mail.ru
Аннотация
В работе рассмотрена возможность влияния режимов селективного лазерного сплавления (СЛС) на конечную шероховатость рабочих поверхностей теплообменных агрегатов космических аппаратов (КА), изготовленных методами аддитивных технологий из сплава AlSi10Mg в части уменьшения объема или полного исключения постобработки теплообменных поверхностей полученного изделия. Показано, что использование стратегий лазерного оконтуривания (чистовой обработки) и исследование ее влияния на шероховатость формируемых поверхностей теплообменников позволяет исключить постобработку таких поверхностей, связанную с необходимостью их очистки от частиц порошка. Построены расчетно-экспериментальные зависимости между ключевыми технологическими параметрами процесса СЛС: мощностью, скоростью сканирования, при чистовой обработке, а также углом наклона поверхностей и толщиной синтезируемого слоя. Разделение процесса СЛС на черновую и чистовую обработки, нахождение и применение режимов чистового режима сплавления позволило снизить шероховатость вплоть до Sa = 5,45 мкм. Проведенные исследования показали, что возможно не только исключить неизбежную и трудоемкую очистку внутренних поверхностей теплообменников, изготавливаемых методом СЛС, но и обеспечить требуемую шероховатость теплообменных поверхностей, оказывающих влияние на их коэффициент теплоотдачи и интенсификацию теплообмена в разрабатываемых компактных и эффективных теплообменных элементах КА.
Ключевые слова:
аддитивные технологии, селективное лазерное сплавление, теплообменные аппараты, управляемая шероховатость, объемный энерговклад
Библиографический список
- Гущин В.Н. Основы устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 2003. 272 с.
-
Малоземов В.В. Тепловой режим космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.
-
Кудрявцева Н.С. Основы проектирования эффективных терморегулирования КА. М.: Издательство МАИ, 2012. 226 с.
-
Галиновский А.Л., Голубев Е.С., Коберник Н.В. и др. Аддитивные технологии в производстве изделий аэрокосмической техники: учебное пособие для вузов. М.: изд-во Юрайт, 2020. 115 с.
-
Крохин А.Д. Аддитивные технологии в алюминиевой промышленности // Алгоритм успеха. 2017. № 1. С. 26–29.
-
Мальцев И.Е., Басов А.А., Борисов М.А. и др. Анализ результатов комплексных испытаний экспериментального теплообменника космического назначения, изготовленного методом селективного лазерного сплавления // Электрометаллургия. № 6. 2021.
-
Автушенко А.А., Басов А.А., Мальцев И.Е. и др. Адаптированная к аддитивным технологиям изготовления методика проектирования теплообменных устройств для радиоэлектронной аппаратуры // Цветные металлы. 2019. № 12.
-
Мальцев И.Е., Басов А.А., Борисов М.А. и др. Исследование свойств фрагмента гидроконтура космического аппарата, полученного методами аддитивных технологий // Справочник. Инженерный журнал. 2020. № 4. С. 11–19.
-
Поручикова Ю.В., Якупова Н.С., Басов А.А. и др. Оценка коррозионной стойкости типового фрагмента гидравлического контура системы обеспечения теплового режима космического аппарата, синтезированного селективным лазерным сплавлением // Вестник МАИ. 2023. № 4.
-
Козинер Ю.Д., Мальцев И.Е., Басов А.А. и др. Направленная ультразвуковая очистка малодоступных внутренних поверхностей теплообменных устройств, изготовленных методами аддитивных технологий // Цветные металлы. 2022. № 9. С. 78–83.
-
Козинер Ю.Д., Басов А.А., Кравцов Д.А. и т.д. Метод двухуровневой ультразвуковой очистки скрытых полостей теплообменных устройств, полученных методами аддитивных технологий // Электрометаллургия. 2024. № 6. С. 21–33.
-
Nismath V.H., Beytullah A., Jaggers D. et al. On morphology and roughness of upskin surfaces in laser powderbed fusion additive manufacturing–Contouring strategy effects // Manufacturing Letters. 2024. Vol. 41. pp. 920–930.
-
Buhairi M.A., Foudzi F.M., jamhari F.L. et al. Review on volumetric energy density: influence on morphology and mechanical properties of Ti6Al4V manufactured via laser powder bed fusion // Progress in Additive Manufacturing. 2023. Vol. 8. №. 2. pp. 265–283.
-
Авдуевский В.С., Кошкин В.К. (ред.) Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. М.: Машиностроение. 1992. 518 с.
-
Маграквелидзе Т.Ш. Интенсификация теплообмена методом искусственной шероховатости-достижения и нерешенные проблемы // Материалы 6-го Минского международного форума по Тепломассообмену 2008. 16 с.
-
Коваленко Л.М., Глушков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. М.: Энергоатомиздат, 1986. 240 с.
-
Смекалкин А.С., Иванов А.В. Влияние шероховатости поверхности на коэффициент теплоотдачи рабочих тел в выполненном по аддитивной технологии агрегате наддува // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022. Т. 21. №. 2. С. 109–114.
-
Цаплин С.В., Болычев С.А., Романов А.Е. Теплообмен в космосе. Самаpа: Изд-во Самарского университета, 2018. 92 с.
-
Коробов К.С., Рипецкий А.В., Николаев И.А. и др. Статистические подходы к анализу шероховатости вертикальных поверхностей образцов, изготовленных по технологии СЛС из порошка AlSi10Mg // Проблемы машиностроения и надежность машин. 2025. Т. 54. № 2. С. 150–158.
-
DebRoy T. et al. Additive manufacturing of metallic components–process, structure and properties // Progress in materials science. 2018. №. 92. pp. 112–224.
-
Rahmati S., Vahabli E. Evaluation of analytical modeling for improvement of surface roughness of FDM test part using measurement results. Int J Adv Manuf Technol. 2015. Vol. 79. pp. 823–829.
-
Gu D., Shen Y. Balling phenomena in direct laser sintering of stainless steel powder: Metallurgical mechanisms and control methods // Materials & Design. 2009. Vol. 30. №. 8. pp. 2903–2910.
-
Niu H.J., Chang I.T.H. Instability of scan tracks of selective laser sintering of high speed steel powder // Scripta materialia. 1999. Vol. 41. №. 11. pp. 1229–1234.
-
Masiagutova E., Cabanettes F., Sova A. et al. Side surface topography generation during laser powder bed fusion of AlSi 10Mg // Additive Manufacturing. 2021. Vol. 47.
-
Yang T., Liu T., Liao W. et al. Effect of processing parameters on overhanging surface roughness during laser powder bed fusion of AlSi10Mg // Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 61. pp. 440–453.
-
Сапрыкина Н.А. Анализ, моделирование и прогнозирование шероховатости поверхности меди, полученной методом селективного лазерного плавления // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2017. №. 3 (76).
-
Горбатов И.В., Орлов Ю.А., Антюфеев В.А. и др. Определение геометрической точности и шероховатости поверхности малогабаритных деталей круглого и квадратного сечения, получаемых в зависимости от расположения в рабочем пространстве принтера по технологии селективного лазерного плавления из стали марки 12Х18Н10Т // Вестник Концерна ВКО Алмаз-Антей. 2019. №. 1 (28). С. 59–67.
-
Лаптева М.А., Белова Н.А., Раевских А.Н. и др. Исследование зависимости шероховатости, морфологии поверхности и количества дефектов структуры от мощности лазера, скорости сканирования и типа штриховки в жаропрочном сплаве, синтезированном методом СЛС // Труды ВИАМ. 2016. №. 9 (45). C. 70–82.
-
Subramaniyan A.K., Reddy A.S., Mathias S. et al. Influence of post-processing techniques on the microstructure, properties and surface integrity of AlSi10Mg alloy processed by laser powder bed fusion technique // Surface and Coatings Technology. 2021. Vol. 425.
-
Yang T., Liu T., Liao W. et al. The influence of process parameters on vertical surface roughness of the AlSi10Mg parts fabricated by selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2019. T. 266. С. 26–36.
-
Al Islam Sh., Hao L., Javid Z. et al. Surface Roughness of Interior Fine Flow Channels in Selective Laser Melted Ti-6Al-4V Alloy Components // Microvachines. 2024. Vol. 15. pp. 348–371.