Возрождение отечественной научной и инженерной школы неразрывно связано с темой импортозамещения.
В последнее время она стала особенно актуальной из-за санкционного давления, с одной стороны, и давно объявленным курсом на обеспечение производственной безопасности, возможности отечественной промышленности работать автономно – с другой. Все это требует создания чисто российских технологических цепочек, которые будут включать в себя все операции обработки материалов без необходимости прибегать к импортным технологиям и комплектующим. Тем интереснее, когда такие технологии осваиваются не просто как замена зарубежных аналогов, а как собственные оригинальные разработки, интересные на международном уровне, поскольку это передний край науки.
Рязанским ученым тоже есть что предложить на фронте импортозамещения. В частности – это технология кавитации. За таким достаточно новым словом в инженерии стоит целый раздел физики, который обещает ряд прорывов как в обработке материалов, так и в создании принципиально новых подходов к заводским процессам, созданию установок и станков, а возможно, и производству таких деталей, создание которых ранее считалось невозможным.
Плотно над темой трудится коллектив рязанского Политеха. Начальник научно-исследовательского отдела института, заведующий кафедрой «Энергетические системы и точное машиностроение», кандидат технических наук Александр Асаев уже не первый год плотно работает над технологией вместе с коллегами из своего вуза и учеными из других научных учреждений.
- Одной из тем, которой мы занимаемся, является применение кавитации для финишной обработки деталей. И это не единственное применение физического эффекта и соответствующей, разработанной на его основе технологии, – рассказывает Александр Асаев. – Кавитация позволяет очищать газовую среду, к примеру простой воздух, от примесей, от взвешенных частиц. Особенности фундаментального физического явления делают возможным добиться множества полезных эффектов, но все это требует дополнительного изучения, создания прикладных методов использования явления на производстве. Вообще сама по себе кавитация – это такое особое свойство жидкости, которое проявляется, когда в этой среде происходит разрыв из-за внешнего воздействия или повышения температуры. В последнем случае пример, знакомый всем: когда кипит вода, в ней вдруг откуда ни возьмись появляется множество пузырьков. Это и есть простейший вариант кавитации. А если говорить о примере кавитации на основе внешнего воздействия, то его может показать наша современная торпеда «Шквал», которая с огромной скоростью может лететь под водой, поскольку создает вокруг себя разрешенную пузырьковую среду.
Кроме бытового и военного применения, кавитация, разумеется, может быть использована где-либо еще. И наиболее разнообразными эти методы могут быть в обрабатывающей промышленности. В частности, за счет кавитации частицы абразива, которые находятся в жидком растворе, начинают вести себя очень активно и нехарактерно. Их скорость «плавания» увеличивается, кроме того, режимы этих состояний можно тонко настраивать, быстро регулировать и программировать режимы с предсказываемым эффектом в течение всего цикла обработки. Если раньше детали, которым требовалось особое состояние поверхности, нужно было долго обрабатывать на дорогих станках с минимальными допусками, а в некоторых случаях даже упрощать их форму в угоду именно заводским процессам, а не конечному применению, то сейчас все меняется. Форма заготовки роли почти не играет. Ее просто погружают в жидкость с абразивом, включают установку, которая вызывает кавитацию вязкой среды, и через некоторое время вынимают полностью обработанную деталь.
- В нашей работе мы используем два типа кавитации. Первый – вихревая кавитация. Такой вариант предполагает работу ротора, который похож на гребной винт подводной лодки. Он очень быстро вращается в жидкости, и на конце лопаток, где поток срывается с винта, мы имеем тот самый искомый эффект, – говорит Александр Асаев. – И он распространяется на весь объем среды. Сама кавитация известна давно, серьезные исследования велись еще в Советском Союзе. Но промышленного применения не было. А все потому, что никак не получалось создать эффект во всем объеме. А у нас получилось подобрать такой режим и габариты установки, что в ней происходят невиданные ранее процессы. Сейчас у нас в разработке опытный образец, объемом в 25 литров. В нее заливается обычная дистиллированная вода, добавляется эмульсия для металлорежущих станков и абразив. Все перемешивается, и можно класть в установку детали, которые будут обработаны по поверхности исключительно равномерно. Точность находится в зоне нанометровых размерностей. Что самое поразительное, себестоимость создаваемой установки составляет около 35 тыс. руб., что вообще нельзя сравнивать со стоимостью станков, действующих на других принципах, да еще и обрабатывающих детали значительно грубее. Коммерческая стоимость нашей установки будет, по расчетам, около 250-300 тыс. рублей вместе со всеми комплектующими. А вот аналогичный станок с ЧПУ обойдется предприятию в сумму не менее 9 млн евро. Особенно сейчас технология кавитации востребована в сфере нефтегазодобычи и двигателестроения. Есть уже пример конкретной практической работы на результат. Наша группа смогла произвести полировку и доводку форсунок для дизель-электрических подводных лодок, и на флоте остались довольны качеством обработки ответственных деталей при помощи нашей технологии.
Второй метод вызова кавитации, над которым работают в Политехе, – вибрационный. На электродинамический вибростенд ставят сосуд с тем же самым водным раствором, задаются параметры частоты и амплитуды. Емкость трясется в таком режиме, что в ней создается полный эффект кавитации, жидкость начинает «разрываться» во всем объеме и активно перемешивается. И прямо сейчас идет выполнение заказа для приборного завода, которому требуется особая обработка волноводов. На предприятии производят уровнемеры, у которых длина чувствительного элемента составляет несколько метров. Ответственные поверхности внутри должны быть идеально отполированы. Сейчас эту задачу выполняют голыми руками, которые, как выяснилось, являются единственным подходящим инструментом. Но прогресс здесь явно требуется. А кавитация решает не только ту же самую задачу, но и позволяет идеально откалибровать, стандартизировать процесс так, чтобы все детали выходили с одинаковыми характеристиками, тогда как при «ручном труде» эффект полировки до предела нестабильный.
Твердыми телами и жидкостями разработки не ограничиваются. Тема очистки газов тоже очень живо волнует ученых. Создается гидрофильтр на новых физических принципах. Он создает настолько мелкие пузырьки, что это позволяет улавливать вообще всю пыль в обрабатываемом объеме воздуха. Достаточно сказать, что при скорости вращения ротора в 30 тыс. оборотов в минуту получаются пузырьки диаметром не более 20 микрометров. Это актуально для промышленной очистки газов, получаемых методом пиролиза, а также для перспективных медицинских технологий. Научная группа стремится довести свою установку до совершенства. А показателем этого станет возможность полной очистки от примесей самого легкого из всех возможных газов – водорода. Это резко удешевит процесс получения ценного сырья.
Друзья! Уважаемые читатели "Рязанских ведомостей"! Присоединяйтесь к нашему каналу) Подписывайтесь на канал) Ставьте лайк!
Еще больше новостей и интересных материалов вы найдете на сайте https://rv-ryazan.ru/
Другие материалы Михаила СКрипникова ищите в разделе АВТОРЫ.
#рязанские ведомости #рязань #ученые #наука #импортозамещение #приборный завод #инженерия #производственная безопасность #промышленность россии #машиностроение
