Ученые ПНИПУ повышают эффективность обработки полимерных композитов

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.

3D-изображение образца

Электроэрозионная обработка – это снятие слоёв материала с заготовки за счёт 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.

Фотография образца, установленного для съемки

– 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.

3D-изображение образца

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.