Авиация России

Режущие инструменты и детали машин, которые используют в машиностроении и медицине, авиационной, химической и инструментальной отраслях промышленности, находятся под действием растущих нагрузок, которые приводят к износу и коррозии изделий. Предприятия заинтересованы в продлении их срока службы. Учёные Пермского Политеха, ЦАГИ и Института конструкторско-технологической информатики (ИКТИ) РАН работают над повышением их прочности и стойкости к износу.

В Пермском национальном исследовательском политехническом университете был усовершенствован способ нанесения на режущие инструменты и детали машин упрочняющих и защитных многослойных нанопокрытий. В разработке также приняли участие исследователи из Поволжского государственного технологического университета. Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

При нанесении на покрытии могут образоваться дефекты. Микрокапли, неоднородности, трещины и поры ухудшают износостойкость поверхности изделий и приводят к выходу режущего инструмента и деталей машин из строя. Защитные покрытия должны обладать стабильной структурой, составом и свойствами, не окисляться. При резке важно сохранять невысокую температуру, не допуская перегрева материала инструмента, чтобы он не изнашивался и на нем не появлялись наросты.

Пермские учёные провели исследования одновременных процессов испарения металлов и нанесения покрытий при различных параметрах. Это позволило им выявить наиболее эффективные режимы их нанесения и получить более прочные и стойкие к износу режущие инструменты и детали машин.

«На тестовые образцы из быстрорежущей, конструкционной легированной и углеродистой стали мы нанесли тонкие покрытия на основе нитридов титана с алюминием при различных режимах. Для этого мы использовали метод импульсного магнетронного распыления. Затем мы оценили их свойства и установили оптимальную технологию получения многослойных нанопокрытий из нитрида титана с алюминием с высокими механическими и трибологическими характеристиками», – рассказали в Пермском Политехе.

Широкое применение полимерно-композиционных материалов (ПКМ) в авиационной индустрии требует особенно внимательного к ним подхода – например, при изготовлении из них деталей и агрегатов. В ЦАГИ и ИКТИ занимаются совершенствованием инструмента, применяемого для обработки ПКМ. Одна из решаемых задач – реновация инструмента, используемого при обработке композитов.

«Применяемая фреза имеет недолгий срок жизни – её стойкость около одного часа. Мы освоили технологию заточки, которая позволяет использовать её повторно, продлевает рабочее время и, как следствие, позволяет существенно снизить затраты», – рассказал начальник сектора исследования технологий механической обработки на оборудовании с ЧПУ научно-технического центра научно-производственного комплекса ФАУ «ЦАГИ» Сергей Болсуновский.

Вторая задача проекта – подбор и нанесение оптимального упрочняющего покрытия, которое не только сохраняет фрезу и продлевает срок её работы, но и обеспечивает снижение трения, а значит, уменьшает вероятность повреждений ПКМ в результате обработки. Ведь из-за неверного выбора инструмента или «режима» механической обработки можно повредить композитную деталь и потерять до 10–20 процентов в характеристиках прочности композитного материала.

Наносимые покрытия являются многослойными, что обеспечивает устойчивость самого инструмента к разрушениям. В ЦАГИ уже протестировали фрезы с покрытиями на основе титана и циркония, а также алмазоподобным покрытием. Предварительное заключение сводится к тому, что оптимальный вариант – циркониевое покрытие. Оно не уступает алмазоподобному в обеспечении низкоповреждающей обработки и упрочняющим свойствам, однако является более экономичным в изготовлении. Дальнейший анализ полученных результатов позволит найти оптимальное решение для реновации инструмента.

434