К 2030 году, по плану правительства, в авиационный парк должно войти не менее 339 новых пассажирских лайнеров типа ТУ-214, Sukhoi Superjet 100 new и МС-21-310, которые заменят зарубежные аналоги. Чтобы успеть в срок, необходимы огромные денежные вложения, создание дополнительных производственных мощностей и внедрение новых высокотехнологичных решений. Одним из важных процессов во время изготовления деталей из полимерных композиционных материалов, которые используют в изготовлении крыльев самолетов, а также при строительстве ракет и морских судов, является обработка поверхности. Действующие методы часто не дают необходимого качества, из-за чего может возникнуть брак. Некачественные детали могут привести к авиакатастрофе, уменьшению их эксплуатационного ресурса, а также финансовым убыткам, поэтому ведется поиск более совершенных решений. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволит выбрать рациональный режущий инструмент и режим обработки и, тем самым, повысить качество деталей.
Модель Пермского Политеха повысит качество авиадеталей / ©Getty images
Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение».
Основными технологическими операциями при обработке полимерных композиционных материалов выступают сверление и фрезерование, однако в результате деформаций волокон возникает образования дефектного слоя на краях при сверлении, а также на верхних и нижних слоях при фрезеровании листового композита. На сегодняшний день данные проблемы пытаются решить путем повышения скорости резания или нанесением дополнительных покрытий на материал, но ни один из них не позволяет обеспечить высокое качество обработанной поверхности. По словам политехников, исправить ситуацию может абразивная обработка, то есть шлифование кругами из сверхтвердых материалов, например, электрокорунда или карбида кремния.
«Абразивная обработка полимерных композиционных материалов считается одной из самых перспективных на сегодняшний день. Ее 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», – рассказывает доктор технических наук, профессор кафедры «инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ Владимир Макаров.
Ученые 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 миллиметров 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 Артем Волковский.
Разработанные математические модели ученые ПНИПУ рекомендуют начать применять на машиностроительных предприятиях авиационной промышленности. Благодаря ним исключается дефектный слой при обработке деталей, а так же обеспечивается повышение качества поверхности и прочности изделия. Исследование поможет выполнить крупный государственный заказ по строительству самолетов, а также укрепит технологический суверенитет России в области авиастроения.
