В Перми разработали технологию повышения качества деталей из полимерных композитов
Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ, участник НОЦ «Рациональное недропользование») разработали технологию обработки деталей из полимерных композитов, которая минимизирует деформацию и разрушение поверхности материала. Это позволит сократить количество дефектов и повысить надежность технических систем в целом в аэрокосмической, авиационной и оборонной промышленности, в создании судов и автомобилей – где сегодня активно внедряются детали из композитов.
В частности, до 40 % деталей нового отечественного пассажирского самолета МС-21 и газотурбинного двигателя ПД-14 изготовляют из полимерных композиционных материалов. Их также используют при создании спортивных болидов и морских судов.
Из-за особенностей строения и неоднородной структуры полимерных композитов их поверхность в процессе обработки подвергается различным деформациям и разрушению. Эти дефекты в дальнейшем могут привести к появлению трещин, разрушению деталей. По словам ученых, сейчас нет способов, которые могли бы сократить дефектный слой до 0 мкм.
– Мы провели эксперименты и выяснили, что наилучшее качество поверхности обеспечивают высокая скорость обработки, твердость инструмента и его острая режущая кромка. Эти факторы совмещает в себе абразивная обработка, или шлифование, которую мы предложили использовать для обработки полимерных композитов, – рассказывает аспирант, старший преподаватель кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала Пермского Политеха Артем Волковский.
Преимущество технологии пермских ученых, в отличие от аналогов, состоит в том, что она позволит математически описать и спрогнозировать показатели качества. Кроме того, способ более экономичен и прост в реализации.
Абразивная обработка углепластика с помощью шлифовальных кругов из электрокорунда позволила получить поверхность без трещин, ворсистости, расслоения и непрорезов. Исследователи также создали математические модели, которые помогут эффективно управлять процессом обработки материалов.
Поверхность композита, обработанная абразивом из электрокорунда нормального
– В результате абразивной обработки нам удалось получить необходимое качество поверхности деталей. Высокая скорость обработки режущими абразивными зернами с твердыми острыми кромками позволяет легко перерезать армирующие волокна композиционных материалов, не деформируя их, что не всегда обеспечивает применяемая сегодня лезвийная обработка при фрезеровании, сверлении и точении, – объясняет профессор кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского Политеха, доктор технических наук, академик РАЕ Владимир Макаров.
Результаты исследования они опубликовали в сборнике ICIE 2021: Proceedings of the 7th International Conference on Industrial Engineering. Кроме того, разработчики стали победителями на международных конференциях «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации 2021» и «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении», где представили промежуточные результаты исследования.
