Разработка технологий импортозамещения для производства магнитопроводов на базе перспективных электротехнических сталей и композиционных магнитомягких материалов, предназначенных для использования в электродвигателях (приводах) промышленных роботов и металлообрабатывающих станков

Ключевым элементом современных станков и обрабатывающих комплексов является электропривод, технические и эксплуатационные характеристики которого определяют массогабаритные, энергетические и экономические показатели всего технологического процесса. При этом отечественный и мировой опыт электромашиностроения показывает, что существенные резервы улучшения функциональных параметров электрических двигателей заложены в повышении магнитных характеристик и энергоэффективности конструкционных материалов магнитопроводов. Особенно актуальным это становится в высокочастотных электроприводах, где нагрев традиционных листовых шихтованных магнитопроводов повышается и не обеспечивает требуемого КПД для эффективной работы. Кроме того, стоимость специальных динамных сталей и трудоемкость изготовления таких электрических машин при классической конструкции существенно снижают рентабельность их производства. Таким образом, необходимо разработать и исследовать качественно новые магнитомягкие материалы, отвечающих современным требованиям энергетической эффективности и технологичности использования для широкого круга типоразмеров электродвигателей. Проект направлен на обеспечение технологической независимости (технологическое лидерство) в области производства высокотехнологичных станков и повышение уровня промышленной роботизации, в том числе создание новых, более совершенных, образцов высокотехнологичных станков и комплектующих, разработки новых технологий и материалов, используемых в машиностроении, что отражено в федеральных проектах "Развитие производства станкоинструментальной промышленности" и "Наука и кадры для производства средств производства и автоматизации», входящих в состав национального проекта по обеспечению технологического лидерства «Средства производства и автоматизации". Значимость проекта для производства подтверждена запросом и согласованным техническим заданием Квалифицированного заказчика - АО "Производственный комплекс НПО "Андроидная техника", входящего в структуру Группы компаний «Элемент» - крупнейшей российской корпорации по разработке компонентной базы для сложных промышленных систем во всех ключевых отраслях: от медицины, нефтегазового сектора и электроэнергетики до машиностроения, промышленной робототехники, судо-, авиастроения и автопрома. Задачи работы: 1. Анализ предъявляемых требований к современным электроприводам промышленных робототехнических комплексов и металлообрабатывающих станков нового поколения. 2. Формирование и систематизация комплекса технических характеристик и технологических требований к известным и новым материалам магнитопроводов электрических машин. 3. Формирование подходов и математических моделей к дизайну, синтезу и технологиям получения композиционных магнитомягких материалов. 4. Описание эффективных технологических схем производства магнитопроводов из композиционных материалов для их применения в электромашиностроении. 5. Опытно-промышленное получение и испытание макетных образцов электродвигателей на базе композиционных магнитомягких материалов с заданными свойствами. Разработка технологий производства магнитопроводов энергоэффективных электродвигателей приводов промышленных роботов и металлообрабатывающих станков нового поколения на базе перспективных электротехнических сталей и композиционных магнитомягких материалов Состав результата ПНИ: 1. Исследование требований к современным электроприводам беспилотных промышленных роботов и металлообрабатывающих станков. 2. Формирование базы технических характеристик и технологических требований к новым перспективным электродвигателям. 3. Результаты патентных исследований по тематике разработки. 4. Формирование подходов к синтезу и производству электродвигателей на основе композиционных магнитомягких материалов. 5. Математические модели и программные продукты для достижения требуемого уровня специальных свойств электродвигателей с магнитопроводами на основе композиционных магнитомягких материалов нового поколения. 6. Описание технологических схем производства магнитопроводов из композиционных материалов для их применения в электромашиностроении. 7. Создание и развитие опытно-промышленного центра для цифрового дизайна и синтеза композиционных магнитомягких материалов. 8. Опытно-промышленное получение и тестирование макетных образцов электродвигателей с магнитопроводами из композиционных магнитомягких материалов с заданными свойствами. Прикладной результат исследований направлен на выбор оптимальной структуры дисперснонаполненных и слоистых композиционных материалов (дизайн материала), физико-химических свойств их компонентов и связующих (синтез материала), разработку эффективных технологических схем их промышленного производства для широкого применения в отечественном электромашиностроении. Прямых аналогов предлагаемого решения в Российских и иностранных источниках не выявлено. Промышленно освоенные технологии отсутствуют. В проекте будут сформированы предложения по разработке и применению нового класса магнитных материалов для перспективных электрических двигателей с улучшенными техническими характеристиками. По сравнению с существующими образцами прогнозируется: - увеличение кпд и удельной мощности электродвигателей; - снижение массогабаритных показателей; - снижение тепловых потерь; - снижение материалоемкости производства, - сокращение затрат на производство и сроков изготовления электрических машин и их компонентов. Таким образом, разработка отечественных композиционных магнитомягких материалов нового поколения и технологий их изготовления для магнитопроводов перспективных энергоэффективных электроприводов является значимой задачей обеспечения промышленной безопасности и технологического суверенитета России.