В Пермском Политехе улучшили способ обработки углекомпозитов

Новая методика позволяет отслеживать поведение материала непосредственно в процессе обработки

Из-за ужесточения экологических норм в автомобилестроении последние несколько лет растет спрос на углепластики. Эти материалы позволяют снизить массу автомобиля на 20-40%, что ведет к уменьшению расхода топлива и сокращению выбросов CO₂. Но из-за отсутствия рекомендаций для углепластиков производители вынуждены применять стандарты обработки для металлов, которые не подходят для этого материала. Из-за трения обрабатывающего инструмента о материал возможен нагрев — до 300-400°C. При таких температурах полимерная смола, скрепляющая волокна, карбонизируется и теряет свои свойства, что приводит к потере прочностных и эксплуатационных характеристик.

Ученые Пермского Политеха изучили, как ведут себя углепластики при повышении температуры. В отличие от многих существующих методов, которые ориентированы на изучение готовых изделий, методика ученых ПНИПУ позволяет отслеживать поведение материала непосредственно в процессе обработки.

Вадим Карманов, зав. кафедрой «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ, д.т.н.:
«Для начала, чтобы определить, после какой именно температуры происходит разрушение материала, мы нагревали образец углепластика в окислительной среде. В результате выяснили, что процесс разрушения начинается уже с температуры 215°C. В интервале 215-335°C происходит окисление с потерей массы материала в 2%. При дальнейшем нагреве до 470°C потери массы составляют 15%, а чем выше этот процент, тем больше разрушение связующего углеродного волокна. Затем мы протестировали механическую обработку образца фрезой со сменными пластинами на установке со скоростью резания 750 м/мин и подаче 0,1 мм на режущий инструмент. Было установлено, что температура в зоне резания при данных параметрах превышает 260°C. При повышении скоростей резания до 1000-1200 м/мин, рекомендованных при обработке композитов температура поднимается выше 350°C».

Результаты исследования ученых ПНИПУ, опубликованные в материалах Международной научно-практической конференции «Химия. Экология. Урбанистика», показывают, что для качественной обработки композитов важно не только подбирать скорость и подачу инструмента, но и контролировать температуру резания. Также рекомендуется снижать скорость резания, но увеличивать подачу — так инструмент меньше изнашивается и лучше режет материал. Полученные данные могут быть использованы для повышения качества и долговечности деталей из композитных материалов для автомобилестроения, авиации и космонавтики.

Pstu.ru
Фото carbon-microsystem.com.