Говоря об углепластиках, на ум сразу же приходят самолеты. В настоящее время конструкции из композитов все активнее используют при строительстве гражданской и военной авиатехники. По своим свойствам композиционный материал в несколько раз превышает характеристики металла: он гораздо легче, прочнее, выдерживает сильные нагрузки, экстремальные температуры и устойчив к воздействию агрессивных сред. В отличии от металла углепластик не поддается сварке, поэтому для его скрепки создаются специальные отверстия. Ученые Пермского Политеха исследовали влияния режущего инструмента на качество получаемых отверстий и определили метод, который позволяет сверлить композиционный материал абсолютно без расслоек. Предложенная стратегия сверления обеспечивает импортозамещение и получение отверстий высокого качества в различных областях применения полимерных композиционных материалов.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение» 2022 года. Разработка выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».
Поскольку полимерный композиционный материал не поддается сварке, для скрепления элементов между собой используются исключительно крепежные элементы и клей. Большие отверстия для креплений могут создаваться во время процесса изготовления элемента или детали, но для отверстий малого диаметра, для заклепок и небольших крепежных деталей, отверстия изготавливаются путем сверления. Такая обычная операция приводит к различным дефектам, например, расслоение, разрыв волокна. Чаще всего повреждения появляются из-за быстрой скорости износа режущего инструмента. Политехники проверили, как режущий инструмент влияет на качество получаемых отверстий. Для этого они взяли пластину из армированного композиционного материала. В качестве режущего инструмента выбрали два твердосплавных сверла с упрочняющим нано-покрытием TiAlN: первое – с подрезными кромками, второе – стандартное спиральное.
— Эксперимент, который заключался в сверлении листа углепластика показал, что при использовании инструмента с подрезными кромками отверстие получается более ровным и чистым – меньше стружки. Сверло имеет повышенную остроту и может называться перспективным инструментальным материалом с высокой износостойкостью, — поделился аспирант кафедры инновационных технологий машиностроения Егор Демиденко.
Затем ученые исследовали полученную от сверления стружку, чтобы доказать ее негативное влияние, оказываемое на сверла. Для этого они взяли пробы из высверливаемых отверстий и просеяли ее через три разных по размеру сита — крупное, среднее, мелкое. После этого политехники рассматривали образцы под микроскопом, измеряли размер частиц стружки и применяли математический закон распределения.
— Преобладающим типом стружки во всех образцах является мелкодисперсная абразивная пыль, состоящая из углепластика. Именно она оказывает основное воздействие на режущие элементы сверла, приводя его к затуплению. Гипотеза о том, что стружка, полученная от сверла с подрезными кромками, подчиняется закону нормального распределения, подтверждается. Получается, чем острее режущая кромка сверла, тем меньше пыли и качественнее отверстия, — сообщил профессор кафедры инновационных технологий машиностроения, доктор технических наук Валентин Свирщев.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.