Сделано в Политехе
Как политеховцы создают высокоточные полировальные инструменты
В настоящее время в машиностроении широко используется обработка изделий ультразвуком. Однако на российском рынке полировальных инструментов по-прежнему отсутствуют отечественные приспособления для такой полировки – на протяжении многих лет нам их поставляли иностранные компании. Между тем появление новых, высокотехнологических материалов, которые тяжело поддаются механическому воздействию, требует поиска новых способов их обработки.
– Ультразвуковая полировка металла даёт возможность сделать материал менее шероховатым, – объясняет сотрудник кафедры «Химия и технология полимерных и композиционных материалов» Александр Гречухин. Вместе с коллегой Нурланом Ахмедовым, студентом Владиславом Титовым под руководством заведующего кафедрой доктора технических наук Ильи Нечаева они занимаются разработкой новых высокоэффективных технологических процессов прецизионной алмазной обработки изделий и деталей. – Ультразвуком можно полировать наружные и внутренние поверхности деталей из стали, меди и других металлов. Поверхности могут быть плоскими, шаровыми, торцевыми, цилиндрическими, коническими с радиусными или прямоугольными канавками. Ультразвуковая полировка может использоваться, например, для улучшения аэродинамических свойств таких компонентов авиационной техники, как корпуса и двигатели самолётов.
Илья Нечаев,
доктор технических наук, заведующий кафедрой «Химия и технология полимерных и композиционных материалов»:
– Композиты на полимерной основе всё больше заменяют металлы в качестве конструкционных и технологических материалов. Создание таких композитов с уникальными свойствами – одно из приоритетных направлений деятельности кафедры. Совместная работа преподавателей, аспирантов
и лучших студентов позволяет решать широкий круг задач, стоящих перед нашими индустриальными партнёрами, в частности, использовать алмазы детонационного синтеза в различных абразивных инструментах.
Неволшебные палочки
Понятно, что ультразвук сам по себе не может ничего отполировать. Для этого существуют разнообразные инструменты, которые передают ультразвуковые колебания от специального генератора к полируемому материалу. Работа наших учёных как раз и заключается в создании приспособлений для ультразвуковой полировки. Инструменты выглядят как палочки шириной в сантиметр, длиной 10 см и толщиной 5 мм, изготовленные из композиционных материалов. Они состоят из абразива – мелкодисперсных твёрдых частиц (алмаз, корунд), которые полируют обрабатываемую поверхность, полимерной связки – вещества, играющего роль связующего, и различных технологических добавок –неорганических наполнителей, улучшающих физико-механические свойства инструмента. В качестве связующего для абразивных частиц может выступать, например, бакелитовая смола.
– Первым делом мы экспериментальным путём вырабатываем оптимальный состав «полировщиков», изменяя процентное содержание связки и наполнителя, – описывает процесс научного поиска Нурлан Ахмедов. – Ищем оптимальное соотношение, при котором инструменты не рассыпаются при лёгком внешнем воздействии и не «мажут» обрабатываемую поверхность.
В ходе работы была также оценена абразивная способность материала для изготовления полировального инструмента. Для этого инженеры проводили триботехнические испытания инструментов – проще говоря, подвергали их трению, например, о подшипниковые кольца, взвешивали до и после испытаний. Уже проведено примерно 50 экспериментов. На основании полученных результатов выбран оптимальный состав и изготовлены демонстрационные образцы полировального инструмента типа «супералмазный камень».
Эта разработка существенно превосходит импортные аналоги. В частности, ресурс работы нашего инструмента оказался на 30 процентов больше, чем у зарубежных образцов за счёт того, что абразивные зёрна фракцией 14 – 10 микрон распределены по всему объёму стержня. Из-за этого происходит постоянное обновление рабочей поверхности, тогда как в импортных инструментах абразив используется только в качестве напыления на основу.
Кстати, в ходе экспериментов учёные пришли к выводу, что благодаря уникальным свойствам полимерной связки инструментам можно придать различную форму. Отсюда и пошла идея расширить номенклатуру и изготавливать, например, полировальные инструменты с хвостовиком, позволяющим закреплять его в держателе.
Результаты исследования политеховцев опубликованы в сборнике трудов XXIV Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» 2023 года.