Эксπир
Регистрация / Вход

Исследование процессов лазерной размерной обработки деталей из полимерных композиционных материалов

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3322
Организация
ОАО "НИАТ"
Руководитель работ
Блинков Владимир Викторович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Внебюджетные средства
2 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
МГТУ им. Н.Э.Баумана

Этапы проекта

1
01.08.2007 - 31.10.2007
Отработаны технологические режимы лазерной резки ПКМ –угле-, стекло и органопластиков, выбраны режимы, обеспечивающие резку ПКМ с минимальными зонами термического влияния (З.Т.В.) на кромках. Исследования кромок реза и З.Т.В. проводились на оптическом и электронном микроскопах. Исследована взаимосвязь ширины реза, глубины З.Т.В. от скорости реза, мощности излучения, давления вспомогательного газа.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
Композитные материалы представляют собой сложные структуры, образованные комбинацией элементов-наполнителей и пластичного связующего (матрица). Сочетание разнородных веществ позволяет создавать новые матрицы, свойства которых количественно и качественно отличаются от свойств его составляющих.
Матрица обеспечивает монолитность КМ, фиксирует форму изделий и взаимное расположение волокон. В качестве матрицы используются отвержденные смолы, металлы, а также полимерные материалы. Армирующие элементы в виде тонких стеклянных, углеродных, органических и борных волокон, нитей, сеток или тканей обеспечивают эксплуатационные характеристики материала, в частности высокую прочность и жесткость.
Пластичность ПКМ позволяет производить детали близкие к конечной форме, значительно сокращая потери материалов и затраты на сборку. Однако, несмотря на перечисленные выше преимущества, детали, изготовленные из волоконистых пластиков, требуют окончательной (финишной) размерной обработки.
Рост применения деталей из ПКМ в различных конструкциях диктует необходимость создания эффективных методов их размерной обработки.
В настоящее время обработка заготовок из ПКМ в основном производится с применением механической резки.
Для метода механической обработки характерна низкая производительность и большой объем ручного труда при финишной доработке. Значительное абразивное действие наполнителя ПКМ на режущие кромки приводят к интенсивному износу дорогостоящего инструмента. При использовании для размерной обработки алмазного инструмента происходит его быстрое засаливание.
Сравнительная малая прочность соединения слоистого наполнителя со связующим приводит к расслаиванию пластика под действием сил резания. При механической обработке деталей из ПКМ остро стоит вопрос защиты персонала и окружающей среды от воздействия образующейся при резке пылевидной стружки чрезвычайно вредной для здоровья.
Кроме того, используемое для механообработки оборудование является барьером на пути широкого внедрения ИПИ – технологий, т.к. низкий уровень его автоматизации не обеспечивает прямого восприятия цифровых моделей изделий, созданных конструктором в CAD-среде.
Обладая таким технологическим базисом при изготовлении изделий из ПКМ, российские предприятия способны выпускать продукцию ограниченно конкурентоспособную на внутреннем и неконкурентоспособную на внешнем рынках.
Были попытки использовать для обработки ПКМ гидроабразивную резку.
Однако применение водоструйных методов обработки деталей из ПКМ имеет ряд существенных недостатков:
• снижение прочностных свойств деталей из ПКМ при смачивании их кромок;
• сравнительно малая прочность соединения слоистых наполнителей со связующими приводит к расслаиванию ПКМ под действием сил водяной струи, в первую очередь, верхних и нижних слоев.
Дальнейшее увеличение производительности, повышение качества, улучшение условий труда при изготовлении деталей из ПКМ связано как с совершенствованием существующих методов обработки, так и с разработкой новых.
Одним из перспективных методов размерной обработки деталей из ПКМ является лазерный. Свойства лазерного луча позволяют сфокусировать его в диаметр до 0,1 мм, что обеспечивает высокие плотности мощности в зоне обработки, необходимые для разрушения материала. Существенным достоинством лазерной резки является то, что она ведется без воздействия механических сил.
В работе исследовано качество кромок реза, полученных на оптимальных режимах процесса, обеспечивающего минимальную зону деструкции материала из-за температурного влияния. Проведены механические испытания образцов, изготовленных методом лазерной резки.
Результаты исследований и испытаний показали, что лазерная резка обеспечивает высокое качество обработки кромок деталей из ПКМ.
В дальнейшем будут проведены сравнительные испытания образцов, изготовленных методом лазерной резки и механообработки. Итогом НИР станет разработка технологических рекомендаций по лазерной резке деталей из ПКМ различного класса.
Развернуть
3
01.01.2008 - 31.10.2008
На заданном этапе работы проводились прочностные определения (статической прочности) и усталостные испытания образцов из полимерных композиционных материалов – угле-, органо- и стеклопластиков.

Полученные результаты испытаний сравнивались с результатами таких же испытаний для образцов, изготовленных механообработкой (метод обработки, применяющихся в настоящее время). Итогом работы явилась разработка Технологических рекомендаций (ТР) по лазерной резке ПКМ – нормативной технологической документации, регламентирующей применение лазерной обработки при изготовлении деталей различного класса.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
4,2 млн
Организация
МГТУ им. Н.Э.Баумана
профинансировано
Продолжительность работ
2005 - 2006, 11 мес.
Бюджетные средства
1 млн
Организация
ОАО "НИАТ"
профинансировано
Тема
Разработка технологии и создание опытного образца пятикоординатного лазерного технологического комплекса для размерной обработки деталей из полимерных композиционных материалов.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 13 мес.
Бюджетные средства
62 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка технологии синтеза и обработки наноструктурированных композиционных материалов на основе диоксида циркония и выпуск опытных партии деталей триботехнического назначения.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 15 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка конструкции и технологии изготовления сверхлегких зеркальных космических антенн из композиционных материалов с высокой размерной стабильностью для межспутниковых систем связи.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 27 мес.
Бюджетные средства
60 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
40 млн
Количество заявок
5
Тема
Создание комплекса вакуумных и ионно-вакуумных технологий химико-термической обработки деталей машин с получением наноструктурированного состояния диффузионных слоёв.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
288 млн
Количество заявок
2