Математическую модель для выбора оптимального режущего инструмента и технологических параметров режима обработки полимерных композиционных материалов (ПКМ), используемых в авиастроении, разработали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 26 июля сообщает пресс-служба вуза.

Применение матмодели позволит производителям сократить брак и улучшить качество обрабатываемых деталей, что увеличит эксплуатационный ресурс изделия.

Результаты экспериментального исследования работы модели ее создатели представили в статье «Оценка качества обработанной поверхности при плоском шлифовании ПКМ», опубликованной в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение».

При обработке поверхностей деталей из полимерных композиционных материалов, идущих на изготовление крыльев самолетов, частей ракет и морских судов, основными технологическими операциями являются сверление и фрезерование. В процессе этих операций инструмент деформирует волокна композита, образуя дефектный слой на краях отверстий при сверлении и на верхних и нижних слоях листового композита при фрезеровании.

В настоящее время эту проблему решают увеличением скорости резания или нанесением дополнительных покрытий на основной материал, но оба эти варианта не гарантируют получение высокого качества обработанной поверхности. Политехники предложили третий вариант — абразивную обработку кругами из сверхтвердых материалов, таких как электрокорунд или карбид кремния.

Доктор технических наук, профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ Владимир Макаров поясняет:

«Абразивная обработка полимерных композиционных материалов считается одной из самых перспективных на сегодняшний день. Ее применение может быть представлено, как дополнение к фрезерной обработке полимерных композиционных материалов, либо как операции финишной обработки. Абразивная обработка позволяет обеспечить высокие скорости резания, остроту режущей кромки, а также высокую твердость абразивных частиц».

Проведенный полнофакторный эксперимент по обработке композита абразивным инструментом позволил определить, что стабильность процесса плоского шлифования и сохранение режущей способности обеспечивается при глубине резания на один ход до 0,15 мм и скорости подачи стола 5 м в минуту.

При превышении указанных рекомендаций происходит формирование дефектного слоя, а инструменты быстро изнашиваются.

«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», — рассказал старший преподаватель кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала ПНИПУ Артем Волковский.

Ученые Пермского Политеха рекомендуют начать применение разработанных ими математических моделей на машиностроительных предприятиях авиационной промышленности. Это позволит избежать появления дефектного слоя при обработке деталей, а также обеспечит повышение качества поверхности и прочности изделия.

Исследование ученых ПНИПУ поможет авиастроительным предприятиям выполнить крупный государственный заказ по строительству самолетов, который они получили для обеспечения суверенитета России в области авиастроения.

Напомним, к 2030 году, согласно планам правительства, авиапарк должен пополниться не менее 339 новыми пассажирскими лайнерами типа ТУ-214, Sukhoi Superjet 100 new и МС-21-310, которые должны заменить зарубежные аналоги.