Сборка с помощью ультразвуковых технологий как альтернатива клеевому и крепежному соединению полимерных деталей сегодня применяется в различных отраслях промышленности. Иногда этот метод остается единственно возможным вариантом сборочного соединения. О том, как проходит разработка отечественных ультразвуковых сварочных комплексов, призванных заменить и превзойти зарубежные аналоги, а также о возможностях их более широкого использования в производстве рассказал порталу «Волга Ньюс» директор института машиностроения Тольяттинского государственного университета Александр Селиванов.
Инженеры из ТГУ уверены, что за ультразвуковыми технологиями — большое будущее. Сегодня их разработки находятся на стадии освоения серийного выпуска ультразвуковых сварочных аппаратов под различные технологические процессы сборки изделий из полимерных материалов: в машиностроении, автомобилестроении, медицине и других сферах, в которых применяются пластики.
Технология ультразвуковой сварки служит альтернативой клеевому соединению материалов, а также сборке комплектующих с применением крепежных элементов. В ряде случаев ультразвук по определенным требованиям является практически безальтернативным вариантом соединения деталей, объясняет Александр Селиванов.
К преимуществам такого способа соединения относятся отсутствие лишних элементов (клей, растворители, крепеж) и достаточно высокая стабильность и повторяемость процесса, что позволяет его легко автоматизировать, а это важно с точки зрения повышения производительности в условиях массового производства.
Сварочными работами могут заниматься не только люди, но и роботы. В созданном при ТГУ центре ультразвуковых технологий уже разрабатывают автоматические комплексы, а также проекты по интеграции сварочных аппаратов в робототехнические комплексы (РТК). При этом для повышения эффективности операций сборки не обязательно использовать большой промышленный РТК — достаточно применить КОБОТы (коллаборативные роботы, или роботы-манипуляторы. — Прим. «Волга Ньюс»).
Через пару лет разработчики планируют организовать серийное производство ультразвуковых аппаратов различного технологического назначения, а через три года на базе инновационно-технологического парка Тольяттинского государственного университета построить в Самарской области завод по производству ультразвукового оборудования. Объект возводится при поддержке губернатора Самарской области Дмитрия Азарова и планируется к запуску уже в 2023 году.
«В настоящее время мы формируем модельный ряд ультразвуковых комплексов под различные технологические задачи. Причем линейка будет унифицированной и будет разработана по модульному принципу. Под каждую модельную линейку будем определять емкость рынка», — поделился планами руководитель института машиностроения ТГУ.
В оборудовании для ультразвуковой сварки заинтересованы в первую очередь предприятия автомобилестроительного кластера, и здесь достигнуты значительные результаты по внедрению комплексов. В частности, тольяттинские разработки используют в своем производстве ООО «ДСК», АО «Полад», АО «Сатурно-ТП», ООО «АРТ-Т», АО «САПТ» и другие. Есть заинтересованность в поставке таких комплексов и у АвтоВАЗа. Стоит подчеркнуть, что проект появился и развивается при участии студентов университета.
«Ультразвуковую сварку можно использовать на любых предприятиях, занимающихся производством изделий из полимерных и нетканых материалов, — везде, где нужна сборка. Одним из направлений может быть получение неразъемных соединений в термопластичных композитных материалах, например, в авиастроении, в том числе в военно-промышленном комплексе. И хотя в настоящее время с Министерством обороны эта работа не проводится, но если будут поставлены такие задачи, с удовольствием готовы работать и на укрепление обороноспособности нашей страны», — говорит Александр Селиванов.
По технологическим характеристикам тольяттинские комплексы в чем-то превосходят зарубежные аналоги. Например, в ТГУ запатентован оригинальный способ крепления ультразвуковых волноводов, что позволяет уменьшить габариты самого ручного комплекса и, соответственно, его вес — ультразвуковые пистолеты на базе магнитострикционных преобразователей легче, а по выходной мощности превосходят зарубежные аналоги в этом классе.
Что касается алгоритмов захвата резонансной частоты и ее отслеживания в цикле сварки, то здесь есть над чем работать. Одним из перспективных направлений за рубежом в области развития технологий ультразвуковой сварки является ультразвуковая аддитивная технология с последующей обработкой фрезерованием. В этой технологии изделие «печатается» с помощью ультразвука слоями, как пирог из ленты. Затем фрезерной обработкой изготавливается деталь. Сегодня зарубежный стартап Fabrisonic производит гамму станков для реализации такой технологии. В России этому направлению пока не уделяется должного внимания, между тем перспективы применения такой технологии весьма велики, особенно в авиации, ракетостроении, космической технике, медицине.
Кроме того, ультразвук как инструмент интенсификации различных технологических процессов имеет большие перспективы промышленного применения: пропитка, сушка, эмульгирование, диспергирование, дегазация, сонохимия, воздействие ультразвука на сыпучие среды и комплекс других технологий. Например, с помощью ультразвукового распыления расплава можно получать мелкодисперсные металлические порошки для аддитивных технологий.
То есть спектр применения ультразвука достаточно широк. Он позволяет существенно ускорить протекание физико-химических процессов в различных средах, а также технологически обеспечить повышение производительности и качества выпускаемой продукции.
«Конкурентоспособность определяется не только технологическими новшествами и преимуществами, но также стоимостью и сроками разработки, возможностями дальнейшего технологического сопровождения (ремонт, обслуживание, поставка комплектующих, обучение персонала). У нас все это есть, мы предлагаем технологию под ключ. Пока главный инвестор проекта — Тольяттинский госуниверситет, однако мы открыты для сотрудничества», — отмечает Александр Селиванов.
Михаил Криштал, ректор Тольяттинского государственного университета:
— В последние годы ученые и специалисты ТГУ резко нарастили компетенции в сфере ультразвуковых технологий, хотя работы в этом направлении велись еще в 1990-2000-е годы. Уже и тогда мы были нацелены на практический результат. Достаточно вспомнить внедрение на Волжском автозаводе оборудования и технологии правки абразивных кругов с применением ультразвука. Сегодня мы компетентны создавать технологии и устройства с применением ультразвука настолько разного назначения, что иной раз это даже удивляет. Главное — это существенное ускорение темпов внедрения новых разработок, что совершенно точно дает вклад в технологический суверенитет страны и решает задачи не только импортозамещения, но и импортоопережения. Мы уже создали центр ультразвуковых технологий, и в ближайшее время он расширит свои возможности за счет новых площадей инновационно-технологического парка ТГУ, где мы планируем разместить ряд реконфигурируемых производств инновационной продукции, в том числе ультразвукового оборудования различного технологического назначения.
Автор: Алексей Окунев
