Научная школа в области разработки и создания высокоэнергетических процессов скоростной металлообработки и высоконапорных гидроструйных многофункциональных технологий на основе реверсивных, винтовых и двухфазных течений

Руководитель научной школы
Качанов Игорь Владимирович - доктор технических наук, профессор

Год создания научной школы
1965 

Основатель научной школы
Степаненко Александр Васильевич - академик НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор

Основные направления научных исследований

• Разработка новых способов и технологий высокоскоростной горячей штамповки стержневых электродов из ковкого чугуна и порошковых материалов на основе меди
  
• Разработка теоретических и технологических основ скоростного выдавливания деталей штампов для горячей и холодной штамповки
  
• Разработка теории и технологии скоростного горячего выдавливания стержневого инструмента с плакированием торцевой части
  
• Теоретическое и экспериментальное обоснование применения бентонитовой глины с углеродным волокном при струйной очистке листовых стальных материалов, предназначенных под лазерную резку
  
• Теоретико-экспериментальное обоснование по формированию светопоглощающего антикоррозионного покрытия методом реверсивно-струйного воздействия с применением бентонитовой глины на плоской стальной поверхности, предназначенной под лазерную резку
  
• Разработка теоретических и технологических основ создания биметаллического инструмента (пуансоны, толкатели, фрезы, матричные вставки и т.д.), предназначенного для горячей и холодной штамповки
  
• Разработка теорий и технологий скоростного выдавливания полиметаллических резцов для снятия асфальтового полотна
  
• Разработка оросителей с предварительной аэрацией огнетушащей рабочей среды применительно к автоматическим установкам пенного пожаротушения
  
• Теоретико-экспериментальное обоснование конструкции дальнобойного пожарного ствола с винтовой структуризацией потока
  
• Разработка конструкции сепаратора и технологии сепарации пульпы в нагнетательной линии грунтового насоса
  
• Обоснование конструкции поворотного колена на основе применения эллиптического сечения для повышения производительности грунтового насоса
  

Квалификационный состав научной школы

• Доктор наук -1
• Кандидат наук - 4
• Докторанты - 1
• Аспирант - 4
• Магистрант - 5

Основные научные достижения

Фундаментальные результаты:

• Установлен механизм формирования соединения разнородных сталей на основе диффузионного переноса легирующих (вольфрам, ванадий, хром) элементов в зоне соединения на расстояние до 10 мкм в направлении от материала (марки стали) с большей концентрацией к материалу (марке стали) с меньшей концентрацией элементов.
  

  Для соединяемых пар металлов (40Х+5ХНМ, 40Х+ДИ-23, 40Х+Х12МФ, 40Х+Р6М5) при СГВ биметаллических стержневых и формообразующих деталей штамповой оснастки (СГВ составных заготовок, совмещенное с плакированием или деформационной сваркой) необходимым условием формирования соединения является выход дислокаций на контактные поверхности, сопровождаемый повышением их плотности, что приводит к активации и эффективному схватыванию (сварке) указанных поверхностей.

• Значительное ухудшение гидродинамики криволинейной проточной части лафетного ствола связано в основном с появлением эффекта «парного вихря» в плавных поворотах (коленах) проточной части. На образование “парного вихря” расходуется значительная энергия жидкости; причем потери напора пропорциональны моменту инерции площади поперечного сечения вихря. Следует отметить, что круглое поперечное сечение трубы лафетного ствола не является оптимальным т.к. в этом случае вихри будут сплющены в двух соприкасающихся друг с другом плоскостях. Минимальным гидравлическим сопротивлением обладает проточная часть ствола с прямоугольной (или овальной) формой поперечного сечения при соотношении сторон прямоугольника (осей овала) 1:3(1:2); причем большая сторона (или ось овала) должна быть расположена параллельно оси кривизны поворота. В этом случае поперечное сечение каждого вихря имеет оптимальную круглую форму с наименьшим моментом инерции. Полученные результаты планируются к внедрению в РУЭСП «Днепробугводпуть» (г. Пинск). 

Прикладные результаты:

• По результатам компьютерных и лабораторных исследований установлено для трех видов сечений (круглое, прямоугольное, овальное) проточной части лабораторных моделей лафетного ствола снижение коэффициента ξ гидравлического сопротивления прямоугольного сечения на 10÷15 %, а овального на 25÷40 % (по сравнению с круглым сечением). По результатам исследований установлено, что максимальную дальность струи  x_max,ов имеет овальное сечение, несколько меньшая дальность (на 15÷20 %) отмечена для прямоугольного сечения  x_max,пр . Минимальное значение максимальной дальности x_max,кр характерно для проточной части круглого сечения. При этом для равновеликих площадей различных живых сечений установлены следующие соотношения для максимальных дальностей отлета струи . Указанные соотношения между дальностями отлета практически полностью коррелирует с соотношениями между коэффициентами гидравлических сопротивлений 1:(0,85÷0,9):(0,8÷0,85), которые установлены соответственно для проточных частей круглого, прямоугольного и овального сечений исследованных лабораторных моделей пожарных дальнобойных стволов с винтовой структуризацией потока
• Установлены закономерности и технологические особенности соединения разнородных материалов с образованием прочных связей за счет синхронного скоростного пластического течения в условиях горячей деформации двух материалов в радиальном либо аксиальном направлениях, реализуемого при начальных скоростях деформирования 30-60 и 70-80 м/с соответственно, с увеличением контактирующих площадей не мене чем в два раза, с приложением сжимающей нагрузки на поверхности контакта и обеспечением адиабатных условий (за счет высокой скорости деформации) реализации процесса пластического течения. Установлено (на основе компьютерных и экспериментальных исследований) существенное влияние формы сопрягаемых поверхностей (коническая поверхность с углами конусности 90-120°) на получение сварного соединения между основной и рабочей частями составной заготовки. 
  Полученные результаты по созданию биметаллического инструмента используются на предприятиях Минпрома РБ (ОАО МАЗ, ОАО «Завод им. С.М. Кирова»). 
  Дальнобойные пожарные стволы с винтовой структуризацией потока прошли натурные испытания на полигоне КИИ МЧС и рекомендованы к внедрению в подразделениях МЧС РБ
• Разработана и создана реверсивно-струйная технология очистки и защиты от коррозии стального проката (Сталь Ст3сп) перед последующей лазерной резкой на основе использования рабочей суспензии с добавкой бентонитовой глины. Результаты планируются к использованию в СООО «Элезер» (г. Дзержинск)
  
• Обоснованы конструкции корпусов барже-буксирных составов на основе использования воздушной каверны при движении на мелководье. Результаты планируются к использовнаипю в ОАО «Белорусское речное пароходство»
  
• Разработка и создание технологии реверсивно-струйной очистки и защиты от коррозии гребных винтов на основе трехэтапной обработки с использованием рабочей суспензии с микродобавками речного песка и бентонитовой глины. Результаты  планируются к использованию в ОАО «Белсудопроект»

Научные связи с отечественными научными организациями и международным научным сообществом

– С ФТИ НАН Беларуси в рамках программы ГБ11-93/1 (задание 5.2.13) разработана технология биметаллического изготовления штампового инструмента

– С УГЗ МЧС – совместные исследования по созданию оросителей с предварительной аэрацией огнетушащего вещества

– С УГЗ МЧС – создание пожарного ствола с винтовой структуризацией потока

– С ФГБ ОУ РФ «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» – написание совместного учебного пособия с грифом МО РБ «Проектирование судов» (Авторы В.А. Зуев, Качанов И.В.), Мн., РИВШ, 2021. – 292 с.

Общественное признание научной школы

1. И. В. Качанов – Благодарность премьер-министра Республики Беларусь, 2018 г

2. И.М. Шаталов – Грамота Минтранса РБ, 2016

3. И.М. Шаталов – Грамота Министерства образования РБ, 2021

4. И.В. Качанов – медаль «За трудовые заслуги», 2021

5.И.В. Качанов – Почетные Грамоты Министерства образования РБ (2015 г., 2019 г.)

6. Серебряная медаль на международной выставке Hi-Tech-2014 (20-21 апреля 2014 г., г. Санкт-Петербург, РФ) за образцы биметаллического инструмента (пуансоны, толкатели) разработанного в рамках научной школы (награжден коллектив научной школы)

7. Диплом II степени Белорусского промышленного форума 2014 г. за технологию изготовления биметаллического инструмента 25-26 мая 2014 г., Экспофорум, г. Минск (награжден коллектив научной школы)

8. Серебряная медаль Hi-Tech-2021 (21-23 апреля 2021 г., г. Санкт-Петербург, РФ) за образцы биметаллических резцов для снятия асфальтобетонного полотна, разработанных в рамках научной школы

9. Золотая медаль  Hi-Tech-2022 (26-28 апреля 2022 г.) за технологию реверсивно-струйной обработки листового проката перед лазерной резкой, разработанную в рамках научной школы