Во Владимире разработали лазерный способ повышения прочности деталей для машиностроения

Как сделать ключевые детали для машиностроения прочными и износостойкими и при этом сохранить их высокое качество, придумал студент Владимирского государственного университета им. Столетовых Александр Петрушин. Стартап на базе разработанной им технологии повышения прочности деталей с помощью лазера получил поддержку Платформы университетского технологического предпринимательства.

Работоспособность и безопасность конструкции в машиностроении напрямую зависят от деталей ответственного назначения или, другими словами, ее ключевых элементов. Именно поэтому к ним предъявляются более высокие требования по точности, износостойкости и прочности. Последний показатель – самый важный, его повышению на производствах уделяют особое внимание.

 Но современные методы упрочнения не всегда обеспечивают необходимое качество изделий. Это выяснил аспирант кафедры «Автоматизация, мехатроника и робототехника» Владимирского госуниверситета (ВлГУ) Александр Петрушин. Он разработал собственную технологию – интеллектуальную лазерную систему с замкнутым контуром управления «Лазертех». Она предназначена для поверхностного термического упрочнения деталей ответственного назначения на предприятиях машиностроительной отрасли. Технология будет опробована на деталях типа «пуансон» – они используются при маркировке, штамповке и прессовании материалов, например, в металлообработке.

«Традиционные методы упрочнения, например, термообработка в печах, не позволяют точно контролировать процесс. Это приводит к неравномерной твердости, деформациям и браку деталей, увеличивает стоимость производства и снижает надежность конечной продукции. Наше решение предназначено для машиностроительных предприятий, которые хотят повысить качество и эффективность производственного процесса», – рассказал Александр Петрушин.

Адаптивная система управления, разработанная аспирантом, работает так: деталь закрепляется на платформе, которая приводится в движение шаговым двигателем. Вращаясь, деталь подвергается обработке статичным лучом лазера равномерно по всей окружности. Ключевое ноу-хау технологии – пирометр, который в реальном времени измеряет температуру в зоне обработки и передает данные на программно-логический контроллер – «мозг» системы. Последний анализирует температуру и, исходя из полученных данных, мгновенно корректирует скорость вращения детали, увеличивая ее при повышении температуры для предотвращения перегрева и наоборот. Благодаря этому достигается главная цель – повышение твердости, износостойкости и антикоррозийных свойств пуансонов без вреда для качества. Весь процесс в режиме реального времени отображается на мониторе компьютера.

«Технология исключает риск локального перегрева или недогрева. Это гарантирует однородную твердость и микроструктуру по всей поверхности детали. Процесс полностью автоматизирован: система сама подбирает оптимальные параметры, минимизируя влияние человеческого фактора. Это обеспечивает и экономическую эффективность: за счет снижения количества брака, экономии энергии по сравнению с закалкой в печах и увеличения ресурса деталей. Наша технология позволит повысить износостойкость пуансонов на 15-20 тысяч циклов, твердость рабочей поверхности до 55-65 HRC и выше, а антикоррозийные свойства – на 20%», – пояснил руководитель проекта.

В перспективе он вместе с командой планирует расширить область  применения технологии и адаптировать на упрочнение других типов деталей ответственного назначения. Система может применяться в виде отдельного станка для небольших производств и в виде программно-аппаратного модуля – для интеграции в уже существующие или перспективные лазерные комплексы.

Стартап развивается в рамках акселерационной программы Платформы университетского технологического предпринимательства. Оператором в этом направлении выступает АНО «Платформа НТИ». Также в 2024 году проект стал победителем конкурса «Студенческий стартап» и получил грант в 1 млн рублей на развитие от Фонда содействия инновациям.

В настоящее время команда уже завершила работу над лабораторным прототипом, отработала логику управления и взаимодействия всех компонентов. В ближайших планах – проведение серии испытаний на различных марках сталей для сбора статистики и оптимизации алгоритмов, регистрация патента на программное обеспечение и поиск промышленных партнеров для тестирования технологии в реальных условиях.

Платформа университетского технологического предпринимательства запущена Минобрнауки РФ в 2022 году с целью раскрытия предпринимательского потенциала молодежи и подготовки профессионалов в области технологического предпринимательства. Входит в федеральный проект «Технологии» нацпроекта «Эффективная и конкурентная экономика». Сайт https://univertechpred.ru.