Инструментальный материал для обработки углепластиков
Инструментальный материал для обработки углепластиков
The new material is obtained by synthesizing diamond compacts with ultrafine grains, allows to solve successfully
various problems of precision machining of CFRP (carbon fiber reinforced plastics).
Новый материал, полученный в результате синтеза ультрадисперсных алмазных компактов, позволяет успешно решать разнообразные задачи прецизионной обработки углепластиков.
Производство композитов в России значительно отстает от мирового уровня, хотя и входит в перечень приоритетных технологий страны.
В последние годы возросло число отечественных предприятий – производителей композиционных материалов, расширилась номенклатура их продукции, при этом технический уровень некоторых производств не уступает зарубежным фирмам.
Композиты, армированные углеродными волокнами (углепластики), находят наиболее широкое применение в качестве конструкционных материалов в точном машиностроении. Углепластики экологически безопасны, намного легче других конструкционных материалов, имеют значительно более высокие прочностные, упругие, триботехнические характеристики, отличаются стойкостью к агрессивным химическим средам.
Одной из причин, тормозящих их широкое внедрение, является сложность обработки резанием по сравнению с обычными конструкционными материалами. Обработка углепластиков с использованием абразивных инструментов – малопроизводительная и трудоемкая операция, которая относится к вредным производствам, в связи с чем обработка углепластиков лезвийным инструментом более предпочтительна. Однако ее затрудняет низкая теплопроводность, высокие адгезионные свойства и неоднородность материала заготовки.
Как показывает опыт, наиболее эффективны для лезвийной обработки углепластиков алмазные инструменты.
В этом сегменте рынка сейчас сконцентрированы усилия всех известных зарубежных производителей сверхтвердых материалов. Российские разработчики, используя значительные достижения советской школы синтеза сверхтвердых материалов, имеют возможность не допустить отставания от мировых лидеров в этом направлении.
Например, специалистами ОАО ЦНИТИ (Москва) еще в 80-90-е годы ХХ в. был разработан специальный алмазный материал АСПК-5, использование которого для обработки углепластика марки П-5-12 обеспечило повышение скорости резания в 4 раза при одновременном увеличении стойкости инструмента в 12 раз (в сравнении с твердым сплавом ВК3М). В настоящее время на этой же технологической базе готовится выпуск специальных ультрадисперсных алмазных компактов АСПК-51 для использования в инструментах точной лезвийной обработки углепластиков.
Основным направлением получения ультрадисперсных алмазных компактов АСПК-51 выбран их синтез путем фазового перехода в алмазоподобную форму объемных заготовок графита [1] при давлении не менее 7.0 ГПа. Сверхтвердые компакты, синтезированные таким образом, имеют микроструктуру, сходную с природными алмазами карбонадо, отличительной особенностью которой является взаимное прорастание алмазных зерен, обеспечивающее компакту высокую прочность.
Для полного фазового перехода графит-алмаз использованы специальные активаторы процесса (сплавы никеля
с хромом). При правильном выборе исходных компонентов и термобарических параметров синтеза компакты имеют эффективные размеры зерен меньше 1 мкм с объемным содержанием неалмазных фаз до 5%. Дополнительные преимущества этому материалу обеспечивает возможность синтеза образцов заданной формы [2] под конкретный инструмент, благодаря чему снижаются затраты на механическую обработку компакта.
Таким образом, имеющийся отечественный технологический задел позволил быстро и эффективно создать новое направление синтеза алмазных компактов с ультрамелким зерном, с помощью которых могут успешно решаться разнообразные задачи прецизионной обработки углепластиков.
В.П. Филоненко
Институт физики высоких давлений (ИФВД) РАН
142190, г.Москва, г.Троицк, Калужское шоссе, стр. 14
hpp@hppi.troitsk.ru
С.Н. Малышев
Предприятие «Микротехника»
303032, Мценск, Орловская обл., Автомагистраль, 4
info@microtechnika.ru
Литература
1. В.П. Филоненко, И.П. Зибров, А.А. Антанович, Н.Ф. Боровиков, С.Н. Малышев. Сверхтвердые композиты с ультрамелким зерном. Перспективные материалы. 2012, №3, 1-11.
2. Н.С. Каличкина, В.А. Боровикова, Н.А. Бенделиани. Способ получения поликристаллических алмазов заданной формы. - Патент РФ № 2060933. 1994.
Институт физики высоких давлений (ИФВД) РАН был создан академиком Л.Ф.Верещагиным в 1958 году, получил международное признание в результате успешного синтеза алмаза и кубического нитрида бора. Оригинальная аппаратура и технологии, разработанные в ИФВД, послужили основой для создания алмазной промышленности в СССР. Недавнее открытие в ИФВД сверхпроводящего алмаза привело к развитию нового направления в физике полупроводников и еще раз подтвердило высокую репутацию Института.
ООО Предприятие «Микротехника» создано в 1992 году. Предприятием, в сотрудничестве с ведущими академическими и технологическими институтами страны освоен промышленный выпуск ультрадисперсных сверхтвердых материалов на основе плотного нитрида бора и алмаза, лезвийных инструментов на их основе, в том числе для сверхпрецизионной обработки.
25.05.2013 //Источник журнал "РИТМ"
