НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o209.pdf (1135.82Кб)

УДК 621.91.01:621.7.01

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Специфика структуры и свойств некоторых разновидностей полимерных композиционных материалов  с волокнистыми наполнителями (органопластики, гибридные материалы, содержащие органоволокна, и др.) вызывает при их обработке резанием возникновение на обработанной поверхности ворса из перерезанных волокон наполнителя и характерных поверхностных дефектов, что приводит к существенному ограничению достижимых уровней качества обработки - шероховатости поверхности, состояния материала поверхностного слоя, точности размеров и др. Эти особенности ПКМ позволяют выделить их в особую группу труднообрабатываемых материалов, требующей для обеспечения высокого качества обработки и необходимых технико-экономических показателей создания и применения нетрадиционных методов и средств обработки.
В МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан метод чистовой обработки ПКМ – резание с дополнительным технологическим покрытием (ДТП). Сущность метода заключается в том, что обработка в окончательный размер осуществляется за два прохода. Первым проходом инструмента поверхность изделия обрабатывается в окончательный размер предварительно; затем образовавшийся после обработки изделия ворс связывают путем нанесения твердеющего технологического покрытия, и уже вторым (чистовым) проходом в окончательный размер удаляется ворс, прочно удерживаемый связующим, вместе с затвердевшим временным покрытием. При этом достигается  снижение шероховатости, значительно сокращаются размеры и количество дефектов поверхностного слоя. Однако время, затрачиваемое на отверждение временного покрытия перед вторым (окончательным) проходом режущего инструмента, приводит к снижению нормы выработки станочной операции чистовой обработки с ДТП, производительности обработки, увеличению себестоимости изделия. Повышение производительности обработки при резании с ДТП с сохранением высокого качества обработанных поверхностей волокнистых композитов было достигнуто путем сокращения времени отверждения наносимого покрытия, что возможно осуществить разными путями.
Экспериментально установлено, что при оптимальных условиях обработки достигается высокое качество обработанной поверхности (7-8 класс шероховатости) и значительное сокращение времени отверждения покрытия, т.е. промежутка времени между предварительным и окончательным проходами инструмента за счет управления температурой отверждения ДТП. Так, нагрев покрытия от 20 С до 120 С уменьшает продолжительность его отверждения в 18 раз. Дополнительно операционное время резания с ДТП можно сократить и за счет предварительного отверждения технологического покрытия на месте смешивания компонентов перед нанесением его на обрабатываемое изделие. Существенное влияние на продолжительность отверждения покрытия из эпоксидного связующего оказывает и изменение весового соотношения между эпоксидным компаундом и отвердителем.
Исследования показали, что качество обработанной поверхности при резании с ДТП зависит также от таких условий обработки, как толщина слоя покрытия (не менее 0,8...1мм), ворсистость поверхности после предварительного прохода инструмента перед нанесением временного покрытия и величина износа режущего инструмента. Обеспечение экономической эффективности процесса резания с ДТП и высокого качества обработки требует учета всех рассмотренных в работе факторов, оказывающих влияние на формообразование обрабатываемой поверхности.

1. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. Л.: Машиностроение, 1987. 176 с.
2. Ярославцев В.М. Высокоэффективные технологии обработки изделий из композиционных материалов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 4. DOI: 10.7463/0412.0361759
3. Криворучко Д.В., Залога В.А., Пасечник В.А., Колесник В.А., Емельяненко С.С., Некрасов С.С. Механическая обработка композиционных материалов при сборке летательных аппаратов: аналитический обзор / под общ. ред. проф. В.А. Залоги. Сумы: Университетская книга, 2013. 272 с.
4. Михайлин Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. СПб.: Научные основы и технологии, 2013. 752 с.
5. Ярославцев В.М. Процесс образования стружки при резании полимерных композиционных материалов с волокнистыми наполнителями // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. № 2. С. 81-87.
6. Бойцов А.Г., Дудаков В.Б., Плешаков А.В.Новое в обработке композитов //РИТМ: Ремонт, Инновации, Технологии, Модернизация. 2014.№ 6 (94). С. 34-36.
7. Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В., Алфутов Н.А., Бейль А.И., Бунаков В.А., Дымков И.А., Ермоленко А.Ф., Жигун И.Г., Зиновьев П.А., Кинцис Т.Я., Клейменов В.В., Круклиньш А.А., Кульков А.А., Мануйлов В.Ф., Попов Б.Г., Портнов Г.Г., Сироткин О.С., Скудра А.М., Соловьев И.А., Тарнопольский Ю.М., Царахов К.С. Композиционные материалы: справочник / под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.
8. Вильдеман В.Э., Рочев И.Н. Кинетика разрушения волокнистых композитов с упругопластической матрицей // Вестник ПГТУ. Математическое моделирование систем и процессов. 1996. № 4. С. 14-19.
9. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984. 280 с.
10. Баженов С.Л., Берлин А.А., Кульков А.А., Ошмян В.Г. Полимерные композиционные материалы. Прочность и технология. М.: Издательский дом « Интеллект», 2010. 352 с.
11. Тамуж В.П., Куксенко В.С. Микромеханика разрушения полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1978. 294 с.
12. Баженов С.Л. Механика и технология композиционных материалов. М.: Издательский дом «Интеллект», 2014. 328 с.
13. Миронов Ю.М., Храповицкая Ю.В., Макеев М.О., Нелюб В.А., Бородулин А.С., Чуднов И.В., Буянов И.А. Оценка структурных дефектов углеродных волокон и полимерных композиционных материалов на их основе //Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2011. № 11.
14. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. 516 с.
15. Ярославцев В.М., Буланова М.В. Способ обработки композиционных материалов: а. с. № 839711 СССР. 1981. Бюл. № 23.
16. Ярославцев В.М. Обработка резанием полимерных композиционных материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 182 с.
17. Ярославцев В.М., Сабельников В.В., Гусенко А.Ю. Технологические возможности чистовой обработки резанием волокнистых композиционных материалов с применением технологического покрытия // Известия вузов. Машиностроение. 1998. № 4-6. С. 100-104.
18. Ярославцев В.М. Особенности и метрологические резервы оценки качества изделий из полимерных композиционных материалов // Комментарии к стандартам, ТУ, сертификатам. 2012. № 11. С. 30-35.