За счет малого веса, высокой устойчивости к коррозии и высоким температурам полимерные композиты значительно превосходят металлические сплавы по механическим свойствам. Сегодня из композиционных материалов создают буквально все подряд: от деталей самолетов и ракет до гоночных автомобилей и водоплавающих средств специального назначения, от бейсбольных бит до гоночных велосипедов. Проблема в том, что полимерный материал не поддается сварке, единственным вариант его скрепления — механическое соединение с использованием крепежных элементов и клея. Для заклепок и небольших крепежных деталей путем сверления изготавливаются отверстия, которые приводят к дефектам изделия. Ученые Пермского Политеха провели сравнительный анализ влияния режущего инструмента на качество получаемых отверстий и нашли способ, который позволяет создавать отверстия с полным отсутствием расслоения материала. Предложенная стратегия сверления обеспечит импортозамещение и получение отверстий высокого качества в различных областях применения полимерных композиционных материалов.
Найден способ сверлить композиты без разрушений / ©Getty images
Исследование опубликовано в сборнике статей IV Международного научно-исследовательского конкурса, состоявшегося 20 марта 2022 года в городе Пенза. Разработка выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».
Во время эксперимента использовался композиционный материл на основе препрега углепластика, содержащий кремнеземную ткань и клеевые пленки. Режущим инструментом послужило твердосплавное сверло с покрытием TiAlN с подрезными кромками и такое же стандартное спиральное сверло.
«Проведенный анализ шероховатости поверхности отверстий показал, что при использовании сверла с подрезными кромками получается более чистая поверхность, чем у отверстий, полученных стандартным сверлом. Это объясняется в первую очередь тем, что у первого более острая режущая кромка», — поделился аспирант кафедры инновационных технологий машиностроения Егор Демиденко.
«Сверло с подрезными кромками позволяет добиться наилучшего качества получаемых отверстий ввиду почти полного отсутствия расслоения на выходе. Применение стратегии резания за проход с двухэтапным уменьшением подачи позволяет добиться снижения машинного времени обработки отверстий за счет сокращения числа циклов ввода/вывода инструмента из отверстия.
В работе показано, что режущий инструмент должен обладать особенными элементами, обеспечивающими высокие технологические показатели обработанных поверхностей — остроту режущих кромок, перспективными инструментальными материалами с повышенными физико-механическими свойствами, характеризуемыми высокой износостойкостью», — сообщил профессор кафедры инновационных технологий машиностроения, доктор технических наук Валентин Свирщев.
