В настоящее время полимерные композиты широко применяются при изготовлении элементов газотурбинных двигателей, беспилотных летательных аппаратов и оболочечных труб. Традиционная лезвийная обработка таких материалов не позволяет экономически эффективно получать сложные пазы, технологические отверстия и другие элементы на изделиях. Повышенный износ лезвийного инструмента способствует снижению качества обработки. Кроме того, в процессе работы появляется мелкодисперсная пыль, которая отрицательно сказывается на долговечности оборудования, а также требует усиленной защиты оператора от попадания в дыхательные органы. Молодые ученые Передовой инженерной школы Пермского Политеха доказали эффективность альтернативного метода обработки полимерных композитов — проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.
Электроэрозионная обработка — это снятие слоев материала с заготовки за счет плавления и последующего испарения вещества под воздействием электрических импульсов.
Ученые Пермского Политеха решили задачу по обработке материала с ограниченной токопроводностью. Так как полимерный материал в своей основе имеет не токопроводящую связующую смолу, для формирования пробоя необходимо использовать токопроводящий слой. Установлено, что титановая пластина шириной 1 мм позволяет сформировать начальный искровой разряд, который разрушает не токопроводящий слой полимерного композита и запускает взаимодействие с углепластиковой основой материала.
В рамках работы проведен анализ 3D-структуры композита методом компьютерной томографии. Получена трехмерная модель тканной структуры образца, а также проанализированы продольные и поперечные сечения. Установлено, что структура композита однородная, визуально определяется ориентация тканого полотна, но при этом наблюдаются единичные пустоты и дефекты. Отмечено, что разработанная технология позволяет обрабатывать полимерные материалы, однако выбранный режим ведет к оплавлению и разрушению поверхности композита. В настоящее время ведутся исследования по подбору рациональных параметров обработки, обеспечивающих требуемое качество обработанной поверхности.
— В условиях широкого внедрения полимерных композитных материалов в гражданское и специальное машиностроение важно разрабатывать и внедрять технологически эффективные методы обработки. Магистрами и молодыми учеными Передовой инженерной школы установлены основные закономерности, описывающие влияние режимов обработки на качество поверхности. В настоящее время мы работаем над улучшением технологии. Запланирован ряд исследований на циклическую долговечность образцов изделий из полимерных композитных материалов после электроэрозионной обработки, — говорит директор Высшей школы авиационного двигателестроения Тимур Абляз.
Так, благодаря ученым Пермского Политеха, была найдена альтернатива лезвийной обработки композитов. Возможность обрабатывать такие материалы новым способом положительно скажется на их долговечности. Впоследствии это приведет к более длинному сроку эксплуатации деталей из композитов, например, деталей газотурбинных двигателей и БПЛА.