Крепления для корпуса самолета улучшили в Пермском Политехе

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.