ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................... 6
ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛИ И
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ..................................................................................... 12
1.1. Качество деталей, полученных посредством аддитивных технологий..... 12
1.2. Полимерные композиционные материалы................................................... 13
1.3. Изготавливаемые детали и требования к ним.............................................. 17
1.3.1 Детали БПЛА..................................................................................... 17
1.3.2 Общемашиностроительные детали................................................. 20
1.4. Обеспечение качества деталей из полимерных композиционных
материалов ................................................................................................................... 22
1.5. Анализ технологии обработки деталей из ПКМ.......................................... 26
1.5.1 Особенности механической обработки деталей из ПКМ............. 26
1.5.2 Инструменты для абразивной обработки деталей из ПКМ.......... 30
1.5.3 Гибкий абразивный инструмент ..................................................... 31
1.6. Охлаждение деталей из ПКМ при механической обработке ..................... 34
1.7. Цели и задачи исследования .......................................................................... 36
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ И
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ................................................................................ 37
2.1 Технологические параметры и факторы обработки деталей из ПКМ....... 37
2.2 Оборудование, используемое при механической обработке...................... 37
2.3 Измерительные приборы................................................................................ 39
2.4 Выводы по главе.............................................................................................. 43
3
ГЛАВА III. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ
ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПКМ ИНСТРУМЕНТОМ С ГИБКИМ КЕРАМИЧЕСКИМ
ВОРСОМ ...................................................................................................................... 44
3.1 Модель процесса обработки деталей из ПКМ типа «Черный ящик»........ 44
3.2 Схема взаимодействия гибких керамических волокон с обрабатываемой
поверхностью............................................................................................................... 45
3.3 Разработка математической модели теплообмена между инструментом с
керамическим ворсом и обрабатываемой поверхностью ....................................... 47
3.3.1 Схема расчётной области с принятыми во внимание факторами 47
3.3.2 Определение зависимости теплового потока и равновесной
температуры от скорости обработки детали из ПКМ ..................................... 52
3.3.3 Определение необходимой скорости подачи воздушно-эмульсионной
смеси ............................................................................................................. 55
3.3.4 Аналитическое решение уравнения теплопроводности ............... 57
3.3.5 Определение необходимого объёма поступающей смеси для
соблюдения теплового режима детали ............................................................. 62
3.4 Имитационная модель распределения потоков воздушно-эмульсионной
смеси внутри инструмента ......................................................................................... 64
3.5 Выводы по главе.............................................................................................. 67
ГЛАВА IV ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ
КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА И СПОСОБА ОХЛАЖДЕНИЯ.................... 68
4.1 Влияние площади поперечного сечения единичного керамического волокна и
его вылета из корпуса инструмента на шероховатость обработанной
поверхности ................................................................................................................. 68
4.2 Влияние способа охлаждения на параметры точности детали, получаемую
шероховатость и влагопоглощение материала ........................................................ 74
4.2.1 Обработка без охлаждения .............................................................. 74
4
4.2.2 Исследование влияния направленных потоков эмульсионной
смеси ............................................................................................................. 77
4.2.3 Исследование влияния ионизирующего воздуха .......................... 81
4.2.4 Исследование влияния распыления воздушно-эмульсионной
смеси на шероховатость обработанной поверхности...................................... 84
4.2.5 Снижение влагопоглощения за счёт изменения состава воздушноэмульсионной смеси.................................................................................................... 87
4.3 Исследование влияния режимов резания и износа инструмента на
шероховатость обработанной поверхности.............................................................. 91
4.4 Выводы по главе.............................................................................................. 96
ГЛАВА V. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННОГО
ИНСТРУМЕНТА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПКМ .................................................................................................... 98
5.1 Описание конструкции и принципа работы спроектированного инструмента98
5.2 Технологические рекомендации.................................................................. 100
5.2.1 При необходимости обеспечения стабильной производительности
обработки ........................................................................................................... 100
5.2.2 При необходимости обеспечения минимальной шероховатости101
5.2.3 При необходимости обеспечения снижения эффекта
минимального влагопоглощения..................................................................... 102
5.2.4 Общие рекомендации по обработке деталей из ПКМ ................ 102
5.3 Апробация разработанной технологии....................................................... 104
5.3.1 Производственные испытания....................................................... 104
5.3.2 Внедрение технологии обработки................................................. 105
5.3.3 Расчёт экономического эффекта ................................................... 105
5.4 Выводы по главе............................................................................................ 112
5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 113
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ........................................................................................ 115
Приложение 1. Патент на полезную модель .......................................................... 132
Приложение 2. Акт производственных испытаний............................................... 133
Приложение 3. Акт внедрения технологии обработки ......................................... 135
Приложение 4. Анализ поэлементного состава керамического волокна............ 136
