Systems. Methods. Technologies 4(36) 2017

Системы Методы Технологии . А . Е . Пашков и др Оценка эффективности … 2017 № 4 (36) с . 60-66 61 Введение В производстве современных самолетов важную роль играют легкие и прочные материалы из - за необ - ходимости снижения веса летательного аппарата без потери эксплуатационных характеристик . Например , в конструкции Boeing 787 Dreamliner масса полимерных композиционных материалов ( ПКМ ), армированных углеводородным волокном , составляет около 57 т (50 %), масса титановых сплавов — около 17 т (15 %). Превосходные свойства углепластиков и титановых сплавов способствуют все большему увеличению их доли в составе авиационной техники . Общемировые тенденции не обошли и российскую авиапромышлен - ность , проекты SSJ-100 и MS-21 нацелены на широкое применение ПКМ и титановых сплавов . Одной из важнейших задач в авиастроении является получение надежных соединений ПКМ с металличе - скими сплавами ( смешанные пакеты , пакеты ). В подав - ляющем большинстве соединения выполняются путем установки соединительных элементов в полученные сверлением отверстия . Надежность соединений зависит прежде всего от качества отверстий . Ухудшение этого параметра может привести к высоким нагрузкам в со - единении , что повлечет за собой снижение характери - стик ресурса или разрушение . Сверление ПКМ совместно с титановыми сплавами является сложной задачей из - за конфликтующих усло - вий обработки . Исследованиями ряда авторов установ - лены существенные отличия в механизме резания лез - вийным инструментом этих материалов [1–7]. Если при обработке металлических сплавов процесс является результатом пластических деформаций , то в случае с ПКМ имеет место только хрупкое разрушение . Пластические деформации , наряду с трением , ста - новятся причиной повышенного тепловыделения в зоне резания , а низкая теплопроводность титанового сплава ( в 3–5 раз меньше , чем у стали , и в 15–25 раз меньше , чем у алюминия ) способствует значительному повы - шению температуры . В свою очередь , воздействие вы - соких температур может привести к разрушению свя - зующего ПКМ [8–12] ( для большинства углепластиков , используемых в авиации , эта температура составляет 180–190 0 С ). Высокая адсорбционная способность ПКМ не позволяет применять в процессе сверления смазочно - охлаждающие жидкости ( СОЖ ) в достаточ - ном количестве , в лучшем случае используется масля - ный туман . Абразивный характер углеродных волокон приводит к преждевременному износу инструмента и , как следствие , к росту температуры , снижению качест - ва отверстий и превышению установленных на них допусков . Многообразие специфических ограничений связан - ных с обработкой смешанных пактов , затрудняет вы - бор оборудования , инструмента и технологических условий обработки . Для обеспечения высокой стабильности и качества лучше использовать жесткое стационарное оборудова - ние [13–15], однако это не всегда возможно . При про - ведении ряда сборочных операций необходимо ком - пактное сверлильное оборудование [16–18], которое можно доставить к месту обработки . Таким оборудова - нием являются сверлильные машины с автоматической подачей ( СМАП ). По некоторым данным , в современ - ном самолете доля отверстий , обработанных с исполь - зованием подобных машин , составляет порядка 40 %. На российском рынке представлены СМАП таких фирм , как Atlas Copco, Seti-Tec, Recoules, Lubbering и др . Выбор той или иной машины зависит от конкрет - ных условий обработки : свободного пространства для установки машины , состава и толщины смешанного пакета , требуемой точности и шероховатости отверстия и др . [19, 20]. При прочих равных условиях предпочте - ние следует отдавать СМАП , построенным на модуль - ном принципе и обладающим возможностью измене - ния частоты вращения шпинделя и подачи . Это позво - лит при необходимости быстро производить ремонт путем замены того или иного модуля , а также исполь - зовать одну и ту же сверлильную машину для смешан - ных пакетов разной толщины и состава , а также для разных операций ( сверление , развертывание и др .). Наибольшую трудность представляет выбор режу - щего инструмента и режимов резания . Многие инстру - ментальные фирмы в последнее время пополнили свои каталоги инструментом для обработки ПКМ . Инстру - мента для СМАП , адаптированного для обработки па - кетов , содержащих титановые сплавы и ПКМ , в боль - шинстве каталогов не представлено . Такой инструмент , как правило , имеет резьбовой хвостовик под конкрет - ную модель СМАП и изготавливается по спецзаказу . Стоимость и сроки поставки специального инструмен - та значительно выше , чем у инструмента , изготавли - ваемого серийно . В некоторых случаях специальный инструмент можно заменить на стандартный , но при этом особое внимание необходимо уделить выбору режимов резания . Данное исследование нацелено на сравнение специ - ального сверла для СМАП и стандартного сверла из ка - талога . Исследуемый инструмент оценен с точки зрения выделения тепла при резании , что особо важно при об - работке ПКМ . Качество отверстий оценивалось по двум основным параметрам : диаметр и шероховатость . Методика испытаний . Обрабатываемые мате - риалы . В качестве образца для проведения исследова - ний был выбран смешанный трехслойный пакет сле - дующего состава : 1- й слой — титановый сплав ВТ 6 ОСТ 1.90218-76 толщиной 6 мм ; 2- й слой — углепластик на основе препрега Hexply M21/IMA194 ( объемная доля эпоксидной смолы 34 %) толщиной 15 мм ; 3- й слой — титановый сплав ВТ 6 ОСТ 1.90218-76 толщиной 6 мм . Все перечисленные компоненты были вырезаны с размерами в плане 320 х 250 мм и скреплены между собой болтами . Экспериментальное исследование . Эксперимен - тальные исследования проводились с использованием СМАП Atlas Copco PFD-1500. Эта сверлильная машина имеет пневматический двигатель , обеспечивающий мощность на шпинделе 1,5 кВт . Она построена на мо - дульном принципе , что позволяет путем замены редук - торов осуществлять быструю смену частоты оборотов шпинделя и подачи . Для дробления стружки в СМАП