В Перми предложили бездефектный способ механической обработки деталей из ПКМ

Фото: © пресс-служба АО "Аэрокомпозит"

Одним из процессов при изготовлении деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые используются в конструкции крыла самолёта является механическая обработка поверхности. Действующие методы часто не дают необходимого качества, из-за чего может возникнуть брак. Некачественные детали могут привести к лётным инцидентам, уменьшению их эксплуатационного ресурса, а также финансовым убыткам, поэтому ведётся поиск более совершенных решений, способных повысить качество изделий из композитов. В Пермском Политехе разработана математическая модель, которая позволит выбрать наиболее оптимальный режущий инструмент и режим обработки композитных деталей.

«Основными технологическими операциями при обработке ПКМ выступают сверление и фрезерование, однако в результате деформаций волокон образуется дефектный слой на краях при сверлении, а также на верхних и нижних слоях при фрезеровании листового композита. На сегодняшний день эту проблему пытаются решить путём повышения скорости обработки или нанесением дополнительных покрытий на материал, но ни один из них не позволяет обеспечить высокое качество обработанной поверхности. По словам политехников, исправить ситуацию может шлифование кругами из сверхтвёрдых материалов, например, электрокорунда или карбида кремния», – рассказали в пресс-службе университета.

«Абразивная обработка полимерных композиционных материалов считается одной из самых перспективных на сегодняшний день. Её применение может быть представлено, как дополнение фрезерной обработке полимерных композиционных материалов, либо операции финишной обработки. Абразивная обработка позволяет обеспечить высокие скорости резания, остроту режущей кромки, а также высокую твердость абразивных частиц», – считает доктор технических наук, профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ Владимир Макаров.

Учёные провели полнофакторный эксперимент по обработке композита абразивным инструментом. С помощью него они смогли определить, что стабильность процесса плоского шлифования и сохранения режущей способности обеспечивается при глубине резания на один ход до 0,15 мм и скорости подачи стола пять метров в минуту. Если проводить работу с превышением указанных рекомендаций, то инструменты теряют режущую способность и быстрее изнашиваются. Кроме того, выход за пределы полученных диапазонов приводит к формированию дефектного слоя.

«С помощью эксперимента мы описали несколько важных процессов, значения которых ранее не были известны. На их основе мы разработали математические модели, которые описывают зависимости параметра шероховатости и температуры верхних слоев заготовки от представленных факторов для каждого режущего инструмента, принятого для проведения опытов. Каждая из них может быть применена при назначении режимов обработки полимерных композиционных материалов на основе углеволокна на операциях плоского шлифования», – говорит аспирант, старший преподаватель кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала ПНИПУ Артём Волковский.

Разработанные математические модели учёные ПНИПУ рекомендуют начать применять на машиностроительных предприятиях авиационной промышленности. Благодаря им исключается дефектный слой при обработке деталей, а также обеспечивается повышение качества поверхности и прочности изделия. Исследование поможет выполнить крупный государственный заказ по строительству самолётов и укрепит технологический суверенитет России в области авиастроения.