Теоретико-аналитическое обоснование разрабатываемой технологии получения композитных деталей

Объектом исследования является технология изготовления композитной детали включающая: проектирование формы изделия с учётом требуемых свойств детали, аддитивную технологию изготовления тонкостенной оболочки детали, технологию заполнения тонкостенной оболочки дисперсно-наполненным полимером (металлополимером), технологию финишной механической обработки композитной конструкции детали, осуществление технического контроля качества композитной детали. Предметом исследования является композитная деталь, представляющая собой тонкостенную аддитивно изготовленную оболочку выполненную с применением топологической оптимизацией формы детали, полость которой заполнена высокопрочным металлополимерным реактопластом и область её эффективного использования. Целью исследования заключается в снижении стоимости изготовления деталей машин, за счёт повышения технологической и экономической эффективности их изготовления, повышения эргономичности и надежности серийно производимых объектов машиностроительной отрасли, что достигается за счет применения генеративного дизайна изделия при аддитивном производстве тонкостенных оболочек заполненных дисперсно-наполненными металлополимерами образующими композитную металл-металлополимерную деталь обладающую уникальными свойствами. Методология проведения работы. При выполнении исследований и решении поставленных задач автором были использованы основные положения технологии машиностроения, физики твёрдого тела, экспериментальные исследования и обработка их результатов. В результате выполнения НИР были получены следующие научно-технические результаты: - установлены критерии оценки целесообразности применения дисперсно-наполненных полимерных материалов в серийном производстве объектов машиностроения; Установлены закономерностей между давлением отверждения дисперсно-наполненных полимерных материалов и внутренними дефектами композитной конструкции; Разработано технологическое обеспечение для получения литых композитных конструкций из дисперсно-наполненных полимеров; Исследованы закономерности назначения режимов абразивной обработки композитных деталей при получении поверхностей с требуемой размерной точностью и шероховатостью; Разработана методика проектирования тонкостенных оболочек на основе топологической оптимизации с учётом реологических свойств металлополимера; - разработано методологическое обеспечение поддержки решений при технологической подготовке производства композитных деталей машин из дисперсно-наполненных полимеров с использованием топологической оптимизации которое обеспечит повышение эффективности серийного производства путем применения комплексного подхода при решении задач прогнозирования и управления технологическим процессом, а также позволит учитывать влияние факторов внутренней и внешней среды производства; - разработаны закономерности назначения параметров технологической системы в которой производится отверждение дисперсно-наполненного полимера и качества его внутренней структуры, позволят получить однородную структуру дисперсно-наполненного полимера с равномерным распределением наполнителя в полимерной матрице, а также исключить возможность появления различных дефектов литья в виде пустот, непроливов, раковин. При этом применение пониженного давления в случае дисперсно-наполненного полимера при его отверждении и литье выше пороговых значений приводит к вспениванию композита, что требует дополнительных исследований. Наличие закономерностей приложения направленных вибраций в технологической системе при литье вязко текучего материала обеспечит возможность пролива материала в топологически оптимизированную литьевую форму изготовленную с применением аддитивных технологий, а специально спроектированное оборудование для 3D печати быстросхватывающимися двухкомпонентными материалами обеспечит возможность изготовления композиционных литьевых форм; - разработаны закономерности назначения параметров технологической системы в которой производится отверждение дисперсно-наполненного полимера и качества его внутренней структуры, позволят получить однородную структуру дисперсно-наполненного полимера с равномерным распределением наполнителя в полимерной матрице, а также исключить возможность появления различных дефектов литья в виде пустот, непроливов, раковин. При этом применение пониженного давления в случае дисперсно-наполненного полимера при его отверждении и литье выше пороговых значений приводит к вспениванию композита, что требует дополнительных исследований. Наличие закономерностей приложения направленных вибраций в технологической системе при литье вязко текучего материала обеспечит возможность пролива материала в топологически оптимизированную литьевую форму изготовленную с применением аддитивных технологий, а специально спроектированное оборудование для 3D печати быстросхватывающимися двухкомпонентными материалами обеспечит возможность изготовления композиционных литьевых форм; - разработаны новые подходы проектирования и серийного изготовления топологически оптимизированных композитных конструкций с использованием дисперсно-наполненных полимерных материалов. Совокупность свойств дисперсно-наполненных полимеров, особенности приготовления литьевой смеси и её живучести, методы изготовления топологически оптимизированных литьевых форм, и постобработка в условиях серийного производства требуют разработки принципиально нового технологического процесса; - разработана методика оценки внутренних и поверхностных дефектов композитных изделий изготовленных из полимера с дисперсным наполнителем. Отсутствие методов оценки качества литых композитных конструкций и следовательно, средств их автоматизации, требует всестороннего изучения и создания методики технического контроля литых композитных конструкций из дисперсно-наполненных полимеров. Использование результатов исследования планируется при разработке методики проектирования композитной конструкции функциональной детали, а также технологии её изготовления. Результаты исследования будут положены в основу создания технологического обеспечения разрабатываемой технологии производства композитных деталей. Дальнейшее развитие проекта требует продолжения НИР и совершенствования технологии с целью её модернизации, уменьшения материалоёмкости и увеличения габаритов изготавливаемых деталей.