Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (Пермский Политех) разработали технологию, которая позволит сохранить дорогостоящее оборудование для обработки биметаллических материалов. С ее помощью можно будет рассчитать наиболее эффективные режимы и скорость обработки, а также выбрать оптимальные инструменты. Разработка будет перспективна для внедрения в авиационной, нефтегазовой и других сферах промышленности, считают ученые. Результаты работы опубликованы в журнале Materials.

Сегодня в нефтегазовой и авиационной промышленности используют биметаллические материалы. Их создают из двух и более металлов или сплавов. Эти композиты обладают уникальными свойствами: изделия из них отличаются высокой прочностью, стойкостью к износу и коррозии. Но при их обработке часто возникают дефекты, а инструменты быстро изнашиваются.

По словам руководителя проекта, заместителя заведующего кафедрой «Инновационные технологии машиностроения» Пермского Политеха Тимура Абляза, биметаллические материалы позволяют добиться того, что детали могут работать в агрессивных средах, при высокой температуре и давлении, они более прочны и противостоят коррозии. Но при их обработке возникают сложности из-за того, что металлы в составе композита различаются по структуре и свойствам. Это приводит к изнашиванию режущих лезвий инструментов и снижению качества изделий.

Некоторые биметаллы отличаются большей прочностью, чем режущий инструмент, поэтому для создания изделий из них чаще всего применяют копировально-прошивную электроэрозионную обработку. Ученые Пермского Политеха определили оптимальные условия, при которых удалось добиться наиболее точных результатов.

Обработанная поверхность медного слоя биметаллического материала 4000 a — электрод-инструмент из графита, b — электрод-инструмент из меди, c — электрод-инструмент из композита

Совместно с коллегами из Тульского университета исследователи разработали математическую модель и провели серию экспериментов, обрабатывая материал со стальной основой и медным покрытием. Для этого они использовали копировально-прошивной электроэрозионный станок с числовым программным управлением. Заготовки ученые обрабатывали в разных режимах с помощью различных электродов-инструментов: графитового, медного и композитного.

«Мы установили, что инструмент менее всего изнашивается в случае использования композитного материала при минимальном режиме. Он позволяет обеспечить однородность обработки. При применении графитового композита происходит разложение его поверхностного слоя. В пространстве между металлами появляются заряженные частицы углерода, которые притягиваются обратно к инструменту. Это позволяет предотвратить его разрушение и обеспечить высокую производительность обработки», – поясняет один из разработчиков, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Пермского Политеха Евгений Шлыков.