СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ НАРЕЗАНИИ ВНУТРЕННЕЙ РЕЗЬБЫ В УГЛЕПЛАСТИКЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 62

Селяметов Р.Ю.

аспирант

Крымский инженерно-педагогический университет

им. Ф. Якубова (г. Симферополь, Россия)

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ НАРЕЗАНИИ ВНУТРЕННЕЙ РЕЗЬБЫ В УГЛЕПЛАСТИКЕ

Аннотация: одним из наиболее актуальных вопросов при создании резьбы в углепластике является увеличение долговечности инструмента. Основной целью представленной статьи является выполнение сравнительного анализа относительно эффективности различных технологий, использование которых актуально для задач по увеличению долговечности инструмента при создании внутренней резьбы в углепластике. В результате работы представлены и рассмотрены конкретные технологии, а также их сравнение по различным параметрам. Результаты и материалы статьи могут быть использованы в современной сфере машиностроения, определяя наиболее актуальные и эффективные технологии, предназначенные для увеличения долговечности инструмента при создании внутренней резьбы в углепластике.

Ключевые слова: машиностроение, долговечность инструмента, внутренняя резьба, углепластик, соединение, конструкция, инструмент.

Формирование резьбы в углепластике необходимо для создания прочных и надежных соединений между различными элементами конструкций, выполненных из этого материала. Углепластик, обладая высокой прочностью и малым весом, нашел широкое применение в авиакосмической, автомобильной и спортивной индустриях. Однако его свойства требуют особого подхода к созданию крепежных соединений. В отличие от металлов, углепластик не так

легко поддается традиционным методам нарезки резьбы из-за своей слоистой структуры и хрупкости. Поэтому процесс формирования резьбы в углепластике требует специальных методов и инструментов [1]. При создании резьбы в углепластике важно учитывать особенности этого материала, чтобы избежать его повреждения. Неправильный выбор инструментов или методов может привести к расслоению, трещинам или даже полному разрушению углепластикового компонента. Для формирования резьбы часто используют специализированные сверла и метчики, которые минимизируют риск возникновения дефектов.

Также возможно применение методов холодной деформации, которые позволяют создать резьбу без удаления материала, что сохраняет целостность углепластикового слоя и повышает прочность соединения. Кроме того, формирование резьбы в углепластике позволяет обеспечить высокую точность и повторяемость соединений. Это особенно важно в высокотехнологичных отраслях, где каждая деталь должна соответствовать строгим требованиям по качеству и надежности. Использование резьбовых соединений в углепластике также способствует снижению массы конструкций, что имеет ключевое значение, например, в авиационной промышленности, где каждый грамм на счету. Таким образом, правильное формирование резьбы в углепластике не только обеспечивает надежность и долговечность соединений, но и способствует эффективному использованию преимуществ этого уникального материала.

Задача увеличения долговечности инструмента при создании внутренней резьбы в углепластике актуальна в связи с широким применением этого материала в различных высокотехнологичных отраслях [2]. Углепластик, благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая прочность и малый вес, становится все более востребованным в производстве авиационных и космических аппаратов, автомобилей и спортивного инвентаря. Однако, его высокая твердость и абразивные свойства представляют серьезную проблему для инструмента, используемого при нарезке резьбы. Быстрое изнашивание

инструмента приводит к снижению качества резьбовых соединений, увеличению производственных затрат и простоев в работе, что требует разработки новых решений для повышения долговечности режущего инструмента.

Проблема износа инструмента обостряется еще и тем, что углепластик имеет слоистую структуру и склонность к расслоению при механической обработке [3]. Это означает, что инструмент должен не только обладать высокой твердостью и износостойкостью, но и обеспечивать деликатное взаимодействие с материалом, чтобы избежать его повреждения. Современные методы обработки включают в себя использование специальных режущих покрытий и сплавов, которые могут значительно увеличить срок службы инструмента. Однако поиск оптимальных сочетаний материалов и технологий остается актуальной задачей, требующей постоянного исследования и инноваций.

Кроме того, увеличение долговечности инструмента при нарезке внутренней резьбы в углепластике имеет прямое влияние на экономическую эффективность производства. Более долговечный инструмент снижает потребность в частой замене и обслуживании, что уменьшает эксплуатационные затраты и время простоя оборудования [4]. Это особенно важно в условиях массового производства, где даже незначительные улучшения в долговечности инструментов могут привести к значительным экономическим выгодам. Таким образом, задачи по увеличению долговечности инструмента при создании внутренней резьбы в углепластике являются неотъемлемой частью современного производственного процесса, направленного на повышение эффективности и качества продукции. На момент 2024 года существует множество технологий для увеличения долговечности инструмента при создании внутренней резьбы в углепластике (таблица 1):

Таблица 1. Сравнительный анализ технологий для увеличения долговечности

инструмента.

№ Технология Технические особенности Преимущества Применимость

1 Покрытия на основе твердых сплавов Применение покрытий из карбида титана (TiC), нитрида титана (TiN) или алмазоподобных углеродов (DLC) на поверхности инструмента Повышенная твердость и износостойкость, уменьшение коэффициента трения, устойчивость к высокотемпературным воздействиям Используется для инструментов, работающих при высоких скоростях резания и высоких температурах, подходит для серийного производства

2 Использование керамических материалов Инструменты, изготовленные из оксида алюминия (Al2O3) или нитрида кремния (Si3N4) Высокая твердость и устойчивость к износу, высокая температурная стабильность, минимальное взаимодействие с углепластиком Эффективны при обработке твердых композитных материалов, используются в аэрокосмической и автомобильной промышленности

3 Инструменты с алмазными вставками Использование поликристаллического алмаза (PCD) в режущих кромках инструмента Исключительная твердость и износостойкость, отличное качество обработки поверхности, длительный срок службы Идеально подходит для высокоточных и ответственных операций, таких как обработка авиационных и космических деталей

4 Криогенная обработка инструментов Обработка инструментов при низких температурах с использованием жидкого азота для повышения их твердости и износостойкости Увеличение срока службы инструмента, снижение остаточных напряжений, улучшение механических свойств Подходит для обработки углепластика в серийном производстве, где требуется высокая повторяемость и надежность

5 Аддитивное производство инструментов Применение 3D-печати для создания инструментов с оптимизированной геометрией и внутренними структурами для улучшения охлаждения и уменьшения вибраций Возможность индивидуального подхода к проектированию инструментов, улучшение теплового и механического поведения инструмента Используется в производстве уникальных и сложных деталей, подходит для опытных и малосерийных производств

Как видно, на момент 2024 года существуют разнообразные технологии, направленные на увеличение долговечности инструментов при создании внутренней резьбы в углепластике [5]. Одним из ключевых направлений является применение покрытий на основе твердых сплавов, таких как карбид титана, нитрид титана и алмазоподобные углероды. Эти покрытия значительно повышают износостойкость и твердость инструментов, уменьшают коэффициент трения и обеспечивают устойчивость к высоким температурам, что особенно важно при обработке углепластика, обладающего высокой абразивностью. Инструменты с такими покрытиями широко используются в серийном производстве, где требуется высокая скорость и качество обработки.

Помимо покрытий, активно применяются инструменты из керамических материалов, таких как оксид алюминия и нитрид кремния [6]. Эти материалы обладают высокой твердостью и устойчивостью к износу, а также минимальным взаимодействием с углепластиком, что предотвращает его повреждение. Также популярны инструменты с алмазными вставками, которые обеспечивают исключительную твердость и долговечность, делая их идеальными для высокоточных операций. Криогенная обработка и аддитивное производство инструментов позволяют улучшить механические свойства и оптимизировать конструкции для снижения вибраций и улучшения охлаждения. Эти передовые технологии обеспечивают высокую повторяемость и надежность при обработке углепластика, что делает их незаменимыми в производстве деталей для авиационно-космической и автомобильной промышленности.

Таким образом, основной целью представленной статьи являлось выполнение анализа относительно эффективности различных технологий, использование которых актуально для задач по увеличению долговечности инструмента при создании внутренней резьбы в углепластике. На основании рассмотренных технологий и подходов к увеличению долговечности инструментов для создания внутренней резьбы в углепластике можно сделать несколько ключевых выводов. Во-первых, применение специализированных

покрытий, таких как карбид титана, нитрид титана и алмазоподобные углероды, значительно повышает износостойкость и долговечность инструмента [7]. Эти покрытия помогают справиться с высокими абразивными свойствами углепластика и способствуют лучшему качеству обработки, что делает их особенно актуальными для серийного производства.

Во-вторых, инструменты из керамических материалов, таких как оксид алюминия и нитрид кремния, также играют важную роль в повышении долговечности. Их высокая твердость и устойчивость к износу позволяют эффективно работать с углепластиком, минимизируя повреждения и улучшая качество резьбовых соединений. Инструменты с алмазными вставками представляют собой передовое решение, обеспечивающее максимальную долговечность и точность обработки, что критично для высокотехнологичных применений, таких как авиационная и космическая промышленность [8]. Криогенная обработка инструментов и аддитивное производство представляют собой современные подходы, которые способствуют улучшению эксплуатационных характеристик инструментов. Криогенная обработка увеличивает срок службы и снижает остаточные напряжения, в то время как аддитивные технологии позволяют создавать инструменты с оптимизированными геометриями, улучшая их производительность.

Эти методы открывают новые возможности для повышения эффективности и надежности в производственных процессах. В целом, внедрение и совершенствование этих технологий значительно увеличивают срок службы инструментов, улучшают качество обработки и снижают затраты на техническое обслуживание. Это особенно важно в условиях высоких требований к точности и надежности в современных промышленных отраслях, где углепластик используется в качестве ключевого материала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Марков А.М., Некрасов В.Н., Салман А.М., Гайст С.В., Су Ц. Исследование влияния технологических параметров на прочность резьбового соединения в деталях из углепластика // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2020. №2. С. 6-15;

2. Никонов А.В. Расчет геометрических параметров метчика со встречно расположенными винтовыми стружечными канавками // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. 2021. №1. С. 58-68;

3. Шевцов С.Н., Сибирский В.В., Чигринец Е.Г. Повышение производительности обработки и качества отверстий в слоистом армированном титаном стеклопластике за счет снижения виброактивности процесса сверления // Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2016. №1 (84). С. 119-126;

4. Околович Г.А., Шарикова Т.Г., Петрова Е.В. Повышение долговечности инструмента в условиях взаимного влияния износа и усталости стали // Ползуновский вестник. 2015. №2. С. 33-36;

5. Титова И.В., Коноплин А.Н. Совершенствование технологического процесса механической обработки с разработкой конструкции резца для чистового точения // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. 2020. №10. С. 84-90;

6. Дышенко В.С., Донецкий К.И., Минибаев М.И., Абляз Т.Р., Шлыков Е.С., Ширяев В.В. Способы механической и электроэрозионной обработки полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. 2022. №3 (109). С. 102-120;

7. Хрульков И.А., Гуляев И.Н., Мишкин С.И. Особенности резки полимерных композиционных материалов алмазными кругами (обзор) // Труды ВИАМ. 2022. №4 (110). С. 22-31;

8. Федорова Л.В., Иванова Ю.С., Воронина М.В. Повышение надежности резьбовых соединений электромеханической обработкой // Записки Горного института. 2017. №1. С. 356-461

Selyametov R.Yu.

Crimean Engineering and Pedagogical University named after F. Yakubov (Simferopol, Russia)

COMPARATIVE STUDY OF THE EFFICIENCY OF VARIOUS TECHNOLOGIES FOR INCREASING THE PERFORMANCE OF A TOOL WHEN CUTTING INTERNAL THREADS IN CARBON FIBER

Abstract: one of the most pressing issues when creating threads in carbon fiber is increasing the durability of the tool. The main objective of the presented article is to perform a comparative analysis regarding the effectiveness of various technologies, the use of which is relevant for tasks to increase the durability of the tool when creating internal threads in carbon fiber. As a result of the work, specific technologies are presented and considered, as well as their comparison by various parameters. The results and materials of the article can be used in the modern field of mechanical engineering, determining the most relevant and effective technologies designed to increase the durability of the tool when creating internal threads in carbon fiber.

Keywords: mechanical engineering, tool durability, internal thread, carbon fiber, connection, design, tool.