Разработка технологии прецизионной резки и сверления конструкционных углепластиков излучением волоконного иттербиевого лазера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Котов Сергей Александрович

• Котов Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Котов Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Состояние и перспективы развития лазерной технологии по обработке конструкционных волокнистых полимерных композиционных материалов

1.1. Применение конструкционных волокнистых ПКМ в современной технике

1.2. Особенности технологического процесса лазерной обработки углепластиков

1.3. Показатели качества лазерной обработки углепластиков

1.4. Направления и методы теоретических исследований

1.5. Современное состояние экспериментальных исследований

1.6. Выводы по главе

Глава 2. Экспериментальная технологическая установка для прецизионной лазерной обработки углепластиков

2.1. Структурная схема и технические параметры основных компонентов экспериментальной технологической установки

2.2. Методики и результаты измерений параметров импульсных и непрерывных волоконных иттербиевых лазеров

2.3. Расчет и экспериментальная оценка параметров обрабатывающего светового пятна

2.4. Методики оценки показателей качества лазерной обработки

2.5. Структура и технологические свойства исследуемых углепластиков

2.6. Выводы по главе

Глава 3. Теоретическая оценка зоны термического влияния при лазерной обработке углепластиков

3.1. Физические процессы взаимодействия сфокусированного излучения с углепластиком

3.2. Расчет температурных полей при обработке излучением импульсного иттербиевого лазера

3.3. Расчет температурных полей при обработке излучением непрерывного иттербиевого лазера

3.4. Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальные исследования по лазерной обработке углепластиков толщиной 1-3 мм

4.1. Резка углепластиков наносекундным импульсным излучением волоконного иттербиевого лазера

4.1.1. Методика и результаты исследований по резке лазером модели

УЬРМ-1-4х200-20-20 со средней мощностью 20 Вт

4.1.1.1. Оценка влияния технологического газа на качество обработки

4.1.1.2.Оценка влияния технологических свойств материала

на качество обработки

4.1.1.3. Оценка влияния длины волны лазерного излучения

на качество обработки

4.1.2. Методика и результаты исследований по резке лазером модели УЬРР-1-150-30-М со средней мощностью 30 Вт

4.2. Резка углепластиков непрерывным излучением

волоконного иттербиевого лазера

4.2.1. Методика и результаты исследований по резке лазером модели

ЛС-4 мощностью 4 кВт

4.2.2. Методика и результаты исследований по резке лазером модели ЛК-1000ЮМ мощностью 1 кВт

4.3. Исследования по сверлению отверстий в углепластиках излучением наносекундных импульсных и непрерывных волоконных иттербиевых лазеров

4.4. Выводы по главе

Глава 5. Оценка качества и стоимости лазерной обработки углепластиков

толщиной 1-3 мм

5.1. Влияние способа обработки на прочностные свойства

5.1.1. Методика проведения механических испытаний

5.1.2. Результаты статических испытаний образцов с концентратором напряжений на растяжение

5.2. Стоимость лазерной обработки углепластика толщиной 3 мм

5.2.1. Методика расчета затрат на обработку

5.2.2. Результаты расчетов затрат при резке по сложному контуру

и сверлении отверстий

5.3. Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии прецизионной резки и сверления конструкционных углепластиков излучением волоконного иттербиевого лазера»

ВВЕДЕНИЕ

Конструкционные углепластики относятся к классу волокнистых полимерных композиционных материалов (ПКМ), обладающих уникальным комплексом технологических и эксплуатационных свойств: высокие упругопрочностные свойства, статическая и динамическая выносливость и усталостная прочность, низкий удельный вес. Благодаря этим свойствам углепластики находят широкое применение в ключевых отраслях современной промышленности: авиастроении, судостроении, строительстве, автомобилестроении, электротехнике, ветроэнергетике, трубной и др. [1, 2]. Высокие конструкционные показатели углепластиков обеспечивается сочетанием высокопрочных волокон (нитей, лент, тканей различной текстуры) с термореактивными и термопластичными связующими матрицами на основе эпоксидных, винилэфирных, фенолоальдегидных, имидных и др. смол.

На финальном этапе производства изделий из углепластиков требуется прецизионная размерная обработка по внутренним и внешним контурам формованных заготовок. Одной из часто встречающихся и в тоже время наиболее трудоемкой операцией является формирование отверстий различного назначения: крепежных, технологических, базовых, контрольных и др. Для выполнения этих операций применяются механический, гидроабразивный и лазерный способы обработки. Проблемы при обработке углепластиков определяются их сложным строением: слоистой структурой, неоднородностью состава и высокой анизотропией механических и теплофизических свойств. Каждый способ обработки обладает определенными преимуществами и недостатками [3-6].

При механической обработке 90% теплоты уходит в инструмент, 5% в стружку и 5% в обрабатываемую деталь. Такие тепловые условия обработки требуют охлаждения инструмента эмульсиями, что может ухудшить физико-механические свойства детали, или сжатым воздухом, что требует установки

фильтровентиляционной системы для уменьшения концентрации вредных веществ. Технологический процесс механической обработки характеризуется образованием макротрещины в материале перед рабочей кромкой режущего инструмента с формированием стружки. Однако, наряду с главной трещиной образуется сетка мелких трещин, направленных вглубь материала, которые формируют дефектную область. Анизотропия механических свойств материала определяет различия режимов обработки углепластиков в разных направлениях и необходимость разработки особых технологических методов для достижения высокого качества. Целый ряд проблем возникает из-за высокой твердости углеродных армирующих наполнителей, в первую очередь, это необходимость применять дорогостоящие сверхтвердые инструментальные материалы. При механическом сверлении отверстий такие характеристики, как точность, шероховатость и отклонение оси от перпендикуляра к поверхности могут быть причиной повышения концентрации напряжений в зоне механического крепления, ведущей к его преждевременному разрушению. Типовыми дефектами являются: вырывание волокон и фрагментов матрицы вследствие износа инструмента; расслоение и сколы материала на входе и выходе сверла по причине склонности углепластиков к межслоевому разрушению; термодеструкция полимерной матрицы из-за высокой интенсивности обработки. Свойства углеродного армирующего наполнителя, тип и схема армирования оказывают большее влияние на обрабатываемость режущим инструментом, чем материал связующей полимерной матрицы. Для устранения возникающих дефектов проводят сверление в несколько этапов с предварительным выполнением «пилотного» отверстия диаметром не более 1/2 от заданного с применением алмазного инструмента, ресурс которого составляет не более нескольких сотен отверстий, и специальных подпор, прижимов и приводов с регулируемой подачей для снижения расслаивающих усилий на материал. При этом точность механического сверления отверстий в углепластиках находится в пределах 9.. .12 квалитетов [7].

Технологии гидроабразивной обработки наряду с другими высокотехнологичными способами используются при резке и сверлении ПКМ углепластиков. Гидроабразивное резание (ГАР) основано на сжатии рабочей жидкости до сверхвысоких давлений - до 400 МПа с последующим продавливанием через специальное сопло диаметром около 250 мкм. В зоне обработки кинетическая энергия высокоскоростной струи жидкости (800-900 м/с) с частицами абразива преобразуется в механическую работу - резание. При ГАР обеспечивается возможность обработки по сложному контуру с отсутствием зоны термического влияния (ЗТВ), пыли и токсических испарений. На установках портального типа ведущих мировых производителей [8] точность прецизионной обработки составляет порядка ± 100 мкм, а конусность канала реза не превышает 100 мкм. При этом существует и ряд недостатков, снижающих возможности использования ГАР:

- высокие эксплуатационные затраты на расходные материалы: абразивный песок, сопло, фокусирующие трубки, уплотнители помпы и др.;

- необходимость гашения энергии режущей струи в ванне с толщиной слоя воды до 700 мм;

- премущественное использование для резки листовых заготовок, вследствие ограничений при обработке деталей сложной формы;

- опасность изменения физическо-механических свойств материала, обусловленная сорбцией (поглощением) влаги;

- растрескивание и расслоение из-за возникновения и распространения волн напряжения в области, окружающей начальную точку проникновения струи в заготовку. Для уменьшения таких дефектов необходимо сверление «пилотного» отверстия;

- повышенный уровень шума.

Лазерная обработка углепластиков представляет собой бесконтактный термический процесс, результат которого зависит от параметров излучения лазера, фокусирующей оптической системы и метода обработки. При

сопоставлении с рассмотренными способами лазерная обработка имеет ряд преимуществ:

- отсутствие износа инструмента и потребности в его замене;

- отсутствие механического воздействия на материал и, как следствие, необходимости в крепежной оснастке;

- возможность обработки деталей сложной формы с высокой скоростью, точностью и воспроизводимостью;

- возможность создания узких щелей, тонких стенок, малых радиусов, отверстий с малым диаметром и под заданным наклоном к поверхности;

- высокая производственная гибкость благодаря автоматическому управлению технологическим процессом;

- высокая универсальность применения для обработки различных типов ПКМ;

- высокая экономическая эффективность.

Проведенный анализ позволяет утверждать, что лазерная обработка углепластиков является перспективным технологическим направлением, как альтернатива традиционным способам. Вместе с тем, при обработке лазерным излучением возникает термодеструкция полимерного связующего, что приводит к нарушению прочности сцепления углеродного армирующего волокнистого наполнителя (АВН) с полимерной матрицей и, следовательно, к снижению эксплуатационных свойств материала, в первую очередь, упругопрочностных. Наибольшие сложности возникают при лазерной обработке ПКМ с высокой неоднородностью и анизотропией теплофизических свойств - углепластиков. Углепластики с термореактивной матрицей характеризуются высокой температурой испарения углеродного волокна -^ 3900 К при температуре устойчивости материала полимерной матрицы не более 450 К [9]. С учетом высокой энергоемкости процесса разрушения в испарительном режиме и высокой теплопроводности углеродного волокна задача по качественной лазерной обработке углепластиков с минимальной ЗТВ является одной из наиболее сложных по сравнению с другими типами ПКМ.

Поэтому, экспериментальные и теоретические исследования, направленные на разработку технологии прецизионной лазерной обработки конструкционных углепластиков являются актуальными.

Целью диссертационной работы является разработка технологии прецизионной резки и сверления конструкционных углепластиков излучением импульсных и непрерывных волоконных иттербиевых лазеров.

Для достижения указанной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. Провести обзор отечественной и зарубежной литературы о состоянии и развитии лазерной технологии и оборудования по обработке конструкционных волокнистых ПКМ;

2. Разработать экспериментальную технологическую установку для проведения исследований по обработке конструкционных ПКМ углепластиков на базе высокоэффективных импульсных и непрерывных отечественных волоконных иттербиевых лазеров. Разработать методики оценки качества обработки;

3. Сформулировать, на основе результатов расчетов температурных полей, рекомендации по выбору основных технологических параметров режима лазерной обработки для уменьшения объема экспериментальных исследований ЗТВ;

4. Провести экспериментальные исследования закономерностей формирования и зависимостей дефектов макрогеометриии (ЗТВ и конусности) и микрогеометрии (шероховатости, расслоений и растрескиваний) канала лазерного реза от метода и технологических параметров режима обработки;

5. Провести сравнительные исследования качества и оценку стоимости лазерной обработки углепластиков.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, выносимых на защиту:

1. Разработаны методы эффективной многопроходной послойной лазерной резки и сверления углепластиков излучением волоконного иттербиевого

9 2

лазера при плотности мощности в импульсном режиме 109 Вт/см2,

7 2

непрерывном - 10' Вт/см2, когда процесс обработки идет в испарительном режиме;

2. Исследованы зависимости дефектов макрогеометрии (ЗТВ, конусность) и микрогеометрии (шероховатость, расслоение, растрескивание) канала лазерного реза углепластиков толщиной 1-3 мм от параметров излучения, скорости перемещения луча, свойств материала, условий и алгоритма многопроходной обработки. Установлено, что требуемое (максимальное) качество обработки: ЗТВ < 50 мкм, конусность < 100 мкм, шероховатость Я2 < 40 мкм, отсутствие расслоений и растрескиваний в импульсном режиме достигается при скоростях 0,5-2 м/с, частоте следования и длительности импульсов 30-40 кГц и 5-100 нс;

3. Показано, что при резке углепластиков толщиной 1-3 мм излучением непрерывного лазера сопоставимое качество обработки с импульсным лазером достигается при скоростях перемещения луча > 1 м/с и паузе между последовательными проходами длительностью 0,5-1 с;

4. Исследованы зависимости механической прочности на растяжение углепластика толщиной 1, 2 и 3 мм с концентратором напряжений в виде отверстий диаметром 6, 8 или 16 мм от способа обработки. Установлено, что при лазерной обработке прочность образцов сопоставима с механической обработкой алмазным инструментом и до 15% выше по сравнению с гидроабразивной резкой.

Практическая значимость работы определяется следующими

результатами:

1. Создана уникальная экспериментальная технологическая установка для прецизионной резки и сверления углепластиков на базе отечественных промышленных наносекундных импульсных и непрерывных волоконных

иттербиевых лазеров с длиной волны излучения 1,06 мкм; скоростью перемещения луча до 10 м/с; точностью позиционирования ± 5 мкм в рабочем поле до 220х220 мм2 и плотностью мощности излучения в обрабатывающем световом пятне (30...160 мкм) в непрерывном режиме -

7 2 9 2

10' Вт/см2, импульсном - 109 Вт/см2;

2. Разработаны технологии по качественной и производительной лазерной резке угле- и стеклопластиков толщиной от 1 до 8 мм с полимерной связующей матрицей на основе термо- и реактопластов;

3. Проведена оценка стоимости лазерной обработки углепластика толщиной 3 мм по суммарным затратам на погонный метр реза по сложному контуру с учетом затрат на амортизацию технологической установки, расходные материалы, энергоресурсы и зарплату оператора. Показано, что разработанная технология лазерной резки излучением непрерывного волоконнного иттербиевого лазера мощностью 1-4 кВт характеризуется более чем на порядок меньшими затратами по сравнению с обработкой импульсным наносекундным лазером с 20 < Рср < 30 Вт.

Методы исследования. Для экспериментальных исследований использованы стандартные и специально разработанные микрометрические, оптико-физические, спектральные и расчетные методы, производимые с использованием разработанной технологической установки, стандартных приборов, устройств и элементов. Эксперименты по резке и сверлению углепластиков проводились с использованием промышленных импульсных и непрерывных волоконных иттербиевых лазеров отечественного производства.

Расчет температурных полей в материале проводился по аналитическим решениям для моделей мгновенно-действующего и быстродвижущегося нормально-распределённых (функция Гаусса) круговых источников на поверхности полубесконечного тела в открытой математической программе для научных расчетов 8ейаЬ.

Механические испытания образцов на растяжение проводили в научно-исследовательской и испытательной лаборатории НПЦ «НИАТ Композит» на универсальной испытательной машине Tinius Olsen H1000KU.

Достоверность полученных результатов обеспечена корректным использованием общих положений фундаментальных наук (уравнения баланса энергии, теплопереноса и т.д.), проверена по известным критериям.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры «Лазерные технологии в машиностроении» ФГБОУ ВО МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2017 г.) и научно-технических конференциях, семинарах и конгрессах: 27 и 28-ой Международных конференциях «Лазеры в Науке, Технике, Медицине»; Международных конференциях «Оптика лазеров 2016» и «Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛаПлаз-2017»; VI Конгрессе техплатформы «Фотоника»; 10-ой Международной конференции «Современное состояние и перспективы развития производства и применения композитных материалов в России»; VI Всероссийском конгрессе молодых ученых; Международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения - 2017» и «Перспективные подходы и технологии в проектировании производства деталей и изделий аэрокосмической техники - 2017».

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 научных работах рецензируемых научных изданий, входящих в перечень ВАК РФ, общим объемом 1,9 п.л., и 1 научной работе в журнале, индексируемом в базе данных SCOPUS объемом 0,2 п.л.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 76 наименований и одного приложения. Работа содержит 157 страниц машинописного текста, в том числе 18 таблиц и 90 рисунков.

Глава 1. Состояние и перспективы развития лазерной технологии по обработке конструкционных волокнистых полимерных композиционных

материалов

1.1. Применение конструкционных волокнистых ПКМ в современной

технике

Первые сообщения о разработках конструкционных волокнистых ПКМ появились в середине ХХ века [2]. В настоящее время они являются одним из важнейших и интенсивно развивающихся классов современных материалов. Основные типы ПКМ определяются химической природой армирующего волокнистого наполнителя: стекло-, органо- и углепластики. Применение ПКМ в современной технике, благодаря уникальной совокупности свойств, позволяет снизить вес, трудоемкость изготовления и увеличить износостойкость конструкций, что значительно повышает экономическую эффективность конечного изделия. Наглядным примером, представленным на Рисунке 1.1, является использование угле- и стеклопластиков в конструкциях авиационной техники.

Интегральные панели Негерметнчные отсеки Киль и

Рисунок 1.1.

Примеры применения угле- и стеклопластиков в конструкциях авиационной техники [2]

В известных зарубежных авиастроительных компаниях, таких как Boeing и Airbus, объем использования ПКМ в конструкциях достигает по весу до 50%, а в современном отечественном самолете МС-21 - до 30%. Структура применения ПКМ в МС-21 показана на Рисунке 1.2 [10].

н ■ Полимерные композиционные панели пола

Углепластики (А, В1) Стеклопластики (В9В\) Металлы

Рисунок 1.2.

Применение ПКМ в конструкциях планера МС-21 [9]

Среди ПКМ, лидирующие позиции занимают углепластики, существенно превосходящие традиционные стали, алюминиевые и титановые сплавы по удельной прочности и жесткости, усталостной и длительной прочности, возможностям регулировки анизотропии свойств, широкому комплексу тепло-и электрофизических характеристик, многофункциональности применения [1112]. В большинстве конструкций летательных аппаратов используют углепластики на основе модифицированных эпоксидных матриц с

оптимизированными параметрами теплостойкости, огнестойкости, трещиностойкости и водопоглощения. Производство элементов конструкций из углепластика и других типов ПКМ в значительной степени ориентируется на препреговую технологию, которая предполагает использование высококачественных полуфабрикатов для изделий, получаемых с применением технологий прессования, вакуумного и автоклавного формования и др. Так, например, в конструкциях самолета МС-21 одним из основных материалов выбраны препреги фирмы HEXCEL (США) на основе эпоксидного связующего марки M21 и армирующего углеродного волокна.

Отечественная и зарубежная практика [11, 13-16] показала, что наряду с применением углепластиков в авиакосмической отрасли, их использование целесообразно в судостроительной промышленности - для деталей и корпусов морских и речных судов, гребных винтов, в панелях и надстройках; в автомобилестроении - для деталей и корпусов грузовых и легковых автомашин, цистерн, дверей, бамперов и корпусов агрегатов; в строительстве - для изготовления панелей жилых домов, балок, пролетов мостов, кранов; в электротехнике - для изготовления опор линий электропередач, деталей электродвигателей и высоковольтных изоляторов; в железнодорожном транспорте - для изготовления вагонов, контейнеров и узлов подвески; в нефтяной и газовой промышленности - для бурения скважин и при постройке трубопроводов. Это подтверждается прогнозами аналитического агентства Allied Market Research по которым мировой рынок углепластиков к 2022 г. превысит 20 млрд. долл. (США).

1.2. Особенности технологического процесса лазерной обработки

углепластиков

Лазерная обработка углепластиков является сложным многофакторным технологическим процессом, в котором значительное влияние на результат оказывают неоднородность и анизотропия теплофизических свойств, и чувствительность материала к концентрации напряжений. Основные факторы и

параметры, определяющие режимы технологического процесса и влияющие на качество лазерной обработки показаны на Рисунке 1.3.

Рисунок 1.3.

Основные факторы и параметры, определяющие режимы технологического процесса и влияющие на качество лазерной обработки

углепластиков [7]

Базовые основы технологического процесса лазерной обработки углепластиков впервые были заложены в известных работах А.Г. Григорьянца [9, 17, 18]. Из них следует, что при лазерной обработке в импульсно-периодическом и непрерывном режимах наиболее характерным и реализуемым на практике механизмом удаления материала является испарение, которое, в виду сложного химического строения неметаллических материалов характеризуется процессом термодеструкции за счет последовательного разложения отдельных составляющих (возгонки вещества). При этом достижение высокого качества с минимальной ЗТВ при обработке углепластиков с термореактивной матрицей представляется наиболее сложной задачей по сравнению с другими типами ПКМ по следующим причинам:

- Высокая температура испарения углеродных волокон и коксового остатка ( ^ 3900 К), образующегося в результате термодеструкции полимерной матрицы, в совокупности с отводом тепла в определенном направлении из-за анизотропии теплофизических свойств материала, приводит к тому, что связующая

полимерная матрица, стабильная только до температуры 450 К, начинает разрушаться и формируется ЗТВ с ее частичной и полной термодеструкцией;

- Низкая трещиностойкость и остаточная прочность термореактивных углепластиков при наличии дефектов и как следствие их большая чувствительность к концентрации напряжении и склонность к преждевременному разрушению.

Слабую устойчивость полимерной связующей матрицы к нагреву хорошо демонстрирует результат термогравиметрического анализа эпоксидной смолы, который показан на Рисунке 1.4 [19].

Рисунок 1.4.

Результат термогравиметрического анализа эпоксидной смолы [19]

Типовой пример формирования ЗТВ при лазерной обработке представлен на Рисунке 1.5 [20].

Рисунок 1.5.

ЗТВ на изображении микрошлифа поперечного сечения канала лазерного

реза в углепластике [20]

Удаление продуктов эрозии (разрушения) из канала реза происходит в виде паро-капельной фазы с околозвуковыми скоростями. Данный процесс вместе с формированием значительного температурного градиента приводит к возникновению волн давления и термомеханических напряжений, которые могут привести к растрескиванию материала. Пример формирования трещин при лазерной обработке показан на Рисунке 1.6 [20].

Растрескивание

Рисунок 1.6.

Изображение микрошлифа поперечного сечения канала лазерного реза в углепластике с растрескиванием [20]

В работе [20] подробно рассмотрены основные дефекты макро- и микрогеометрии канала реза, возникающие при лазерной обработке углепластика. На примерах изображений микрошлифов поперечного сечения канала показаны расслоение, растрескивание, области частичной и полной термодеструкции материала полимерной матрицы и другие дефекты. Сравнительный анализ, проведенный в указанной работе, показал, что качество лазерной обработки углепластиков зависит от коэффициентов поглощения излучения армирующего углеродного волокна и полимерного связующего. И для повышения качества одним из направлений является увеличение коэффициента поглощения путем выбора длины волны излучения лазера или модификацией свойств материала, например, с помощью добавления в связующую полимерную матрицу специальных частиц, например, сажи.

В виду того, что механизмы поглощения излучения в неметаллах достаточно сложны и могут существенно отличаться в разных спектральных диапазонах, и зависят от температуры, состояния и структуры материала, достаточно сложно рассчитать их коэффициенты отражения и поглощения. Так, по существующим данным, на длине волны излучения С02-лазера (Я = 10,6 мкм) полимерная матрица и армирующее углеродное волокно характеризуются высокими коэффициентами поглощения излучения [17, 18, 21], поэтому установки на данном типе лазеров широко применяются для обработки углепластиков. Армирующий углеродный наполнитель имеет высокий коэффициент поглощения не только в инфракрасной, но и в видимой и ультрафиолетовой областях спектра (А — 0,8). Связующая полимерная матрица характеризуется низким поглощением в ближнем ИК диапазоне и видимой области спектра (А — 0,1), а в ультрафиолетовой области спектра напротив имеет высокий коэффициент поглощения (А = 0,8...0,9) [17, 22-24]. Пример, экспериментальной зависимости коэффициента прохождения полимерной матрицы на основе эпоксидной смолы от длины волны падающего излучения показан на Рисунке 1.7.

Коэффициент прохождения (%)

100 г

40

20

и и . : ; _1

200 400 600 800 10001200 1400

Длина волны излучения (нм)

Рисунок 1.7.

Зависимость спектрального коэффициента прохождения полимерной матрицы на основе эпоксидной смолы от длины волны падающего излучения [24]

Значения спектральных коэффициентов поглощения, отражения и прохождения излучения, как правило, получены экспериментально и могут сильно отличаться в разных литературных источниках. В связи с этим при разработке технологии лазерной обработки представляются важными задачи по экспериментальной оценке влияния длины волны лазерного излучения на эффективность и качество обработки.

1.3. Показатели качества лазерной обработки углепластиков

В отечественных и зарубежных работах [4, 9, 17, 18, 21, 25-29], на основе исследований по лазерной обработке углепластиков излучением импульсных и непрерывных лазеров инфракрасного, видимого и ультрафиолетового спектра, проведенных различными коллективами авторов за последние годы, рассмотрены основные подходы к оценке качества детали.

Основные показатели качества детали, обобщенные на основе анализа указанных работ, показаны на Рисунке 1.8.

Рисунок 1.8.

Основные показатели качества при лазерной обработке углепластика

Схематичное изображение канала лазерного реза представлено на Рисунке 1.9. В виду того, что формирование ЗТВ существенно зависит от типа армирующего наполнителя (однонаправленные слои, ткани и др.) и схемы армирования, значение ширины ЗТВ принято определять как Ьзтв = 8зтв / Ьреза,

где 8зтв - площадь области, в пределах которой установлена ЗТВ, Ьреза - длина контура, по которому осуществлялась обработка.

На основе выше указанных критериев оценки ЗТВ вводят три класса качества деталей [26-28]:

1. Класс А - хорошее качество: длина АВН без полимерной матрицы (зона полной термодеструкции) Ьзтв < 50 мкм, отсутствие видимого теплового повреждения материала матрицы (зоны с частичной термодеструкцией);

2. Класс Б - удовлетворительное качество: 50 < Ьзтв < 150 мкм, допускается видимое тепловое повреждение материала матрицы;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Котов Сергей Александрович, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михайлин Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. СПб.: Научные основы и технологии, 2015. 720 с.

2. Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. СПб.: Научные основы и технологии, 2015. 380 с.

3. Раскутин А.Е., Хрульков А.В., Гирш Р.И. Технологические особенности механообработки композиционных материалов при изготовлении деталей конструкций // Труды ВИАМ. 2016. №9. C. 106-118.

4. Jamal Y. S. Machining of Polymer Composites. Berlin: Springer, 2009. P. 315.

5. Панов Д.В., Коротков А.Н., Саушкин Б.П. Композиты и станки для их обработки // РИТМ. 2014. №7. C. 32-36.

6. Комаров Г.В. Соединение деталей из полимерных материалов. СПб.: Профессия, 2006. 592 с.

7. Дударев А.С. Повышение эффективности и качества обработки отверстий на основе стабилизации процесса сверления изделий из полимерных композиционных материалов: дис. ...канд. техн. наук. Пермь, 2009. 173 с.

8. URL.https://www.rosmark-steel.ru/upload/iblock/d87/WJS 2018.pdf (дата обращения 19.04.2018 г.)

9. Особенности лазерной резки углепластиков/ Григорьянц А.Г. [и др.]// Сварочное производство. 1991. №5. C. 4-6.

10.Савин С.П. Применение современных полимерных композиционных материалов в конструкции планера самолетов семейства МС-21 // Известия Самарского НЦ РАН. 2012. Т.14, №4. С. 686-693.

11. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. СПб.: Научные основы и технологии, 2010. 822 с.

12.Нелюб В.А. Высокопрочные углепластики на эпоксидной матрице с регулируемым адгезионным взаимодействием: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2015. 157 с.

13.URL.http://compositeshipbuilding.ru/articles/pochemu-stoit-vybrat-suda-iz-kompozitnyh-materialo/(AaTa обращения 19.04.2018 г.)

14.URL. http://www.apatech.ru/pictures/catalog/ApATeCh_catalog_2014_rus.pdf (дата обращения 19.04.2018 г.)

15.URL.http://www.avangard-plastik.ru/dokumentaciya/catalog-download/ (дата обращения 19.04.2018 г.)

16.Елизаров С.В. Композиционные материалы, их механико-структурный анализ и некоторые новые области применения: дис. ... доктора техн. наук. Санкт-Петербург, 2000. 313 с.

17.Григорьянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная обработка неметаллических материалов. М.: Высшая школа, 1988. 191 с.

18.Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 664 с.

19.Analysis of laser ablation of CFRP by ultra-short laser pulses with short wavelength/ C. Emmelmann [et al.] // Physics Procedia. 2011. Vol. 12 (part A). P. 565-571.

20.Stock J., Zaeh M., Conrad M. Remote laser cutting of CFRP: Improvements in the cut surface// Physics Procedia. 2012. Vol. 39. P. 161-170.

21.Гуреев Д.М., Кузнецов С.И., Петров А.Л. Лазерный раскрой углеродных композиционных материалов // Известия Самарского НЦ РАН. 1999. №2. С. 255-264.

22.Investigations on the thermal effect caused by laser cutting with respect to static strength of CFRP/ D. Herzog [et al.] // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008. Vol.48. P. 1464-1473.

23.Laser ablation of CFRP using picosecond laser pulses at different wavelengths from UV to IR/ A. Wolynski [et al.] // Physics Procedia. 2011. Vol. 12. P. 292301.

24.Heat conduction analysis of laser CFRP processing with IR and UV laser light/ K. Takahashi [et al.] // Composites: Part A applied science and manufacturing. 2016. Vol. 84. P. 114-122.

25.Caprino G., Tagliaferri V. Maximum cutting speed in laser cutting of fiber reinforced plastics // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1988. Vol.48, № 4. P. 389-398.

26.Cenna A.A., Methew P. Evaluation of cut quality of fibre-reinforced plastics -a review // Int. J. Mach. Tools Manufacture. 1997. Vol. 37. P. 723-736.

27.Negarestani R., Li L. Laser machining of fibre-reinforced polymeric composite materials // Hocheng H. Machining Technology for Composite Materials. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2012. P. 288-308.

28.Laser machining of carbon fibre-reinforced plastic composites/ Li Z. L. [et al.] // Lawrence J. Advances in laser materials processing. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2010. P. 136-177.

29. Chryssolouris G., Salonitis K. Fundamentals of laser machining of composites // Hocheng H. Machining Technology for Composite Materials. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2012. P. 266-287.

30.Галиновский А. Л. Разработка и реализация инновационного потенциала ультраструйных машиностроительных гидротехнологий: дис. ... доктора техн. наук. Москва, 2013. 349 с.

31.Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Алюшин Е.Г. Современные технологии гидро- и гидроабразивной обработки заготовок // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2012. №6. C. 11-17.

32.Степанов Ю.С., Бурнашов М.А. Раскрой листовых неметаллических материалов водоледяной струей высокого давления // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. №8. C. 23-28.

33.Коваленко А.В. Точность обработки на станках и стандарты. М.: Машиностроение, 1992. 160 с.

34.Белецкий Е.Н. Обеспечение заданной точности и качества поверхности на операциях сверления антифрикционных углепластиков на основе

результатов моделирования процесса резания: дис. ... канд. техн. наук. Саратов, 2010. 134 с.

35.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.1. М.: Машиностроение, 2001. 920 с.

36.Minimum damage in CFRP laser processing/ R. Weber [et al.] // Physics Procedia. 2011. Vol. 12 (part B). P. 302-307.

37.Short-pulse laser processing of CFRP/ R. Weber [et al.] // Physics Procedia.

2012. Vol. 39. P. 137-146. 38.Calibrated heat flow model for determining the heat conduction losses in laser cutting of CFRP/ P. Mucha [et al.] // Physics Procedia. 2014. Vol. 56. P. 12081217.

39.Ohkubo T., Tsukamoto M., Sato Y. Numerical simulation of laser beam cutting of carbon fiber reinforced plastics // Physics Procedia. 2014. Vol. 56. P. 11651170.

40.URL.http://www.scansonic.de/files/publikationen/nafems_simulation_of_comp osites.pdf (дата обращения 19.04.2018 г.)

41.Xu H., Hu J. Modeling of the material removal and heat affected zone formation in CFRP short pulsed laser processing // Physics Procedia. 2017. Vol. 45. P. 354-364.

42.Three-dimensional numerical simulation during laser processing of CFRP/ T. Okhubo [et al.] // Applied surface science. 2017. Vol. 417. P. 104-107.

43.Wu C., Wu X., Huang C. Ablation behaviors of carbon reinforced polymer composites by laser of different operation modes // Optics and laser technology. 2015. Vol. 73. P. 23-28.

44.Characteristic analysis of CFRP cutting with nanosecond pulsed laser/ K. Ushida [et al.] // Journal of advanced research in physics. 2012. Vol. 3, № 1. P. 1-3.

45.Comparative study of achievable quality cutting carbon fibre reinforced thermoplastics using continuous wave and pulsed laser sources/ S. Bluemel [et al.] // Physics Procedia. 2014. Vol. 56. P. 1143-1152.

46.Experimental study on the CO2 laser cutting of carbon fiber reinforced plastic composite/ A. Riveiro [et al.] // Composite Part A: Applied Science and Manufacturing, 2012. Vol. 43. P. 1400-1409.

47.Leone C., Genna S., Tagliaferri V. Fibre laser cutting of CFRP thin sheets by multi-passes scan technique // Optics and lasers in engineering. 2014. Vol. 53. P. 43-50.

48.Fibre swelling during laser drilling of carbon fibre composites/ K.T. Voisey [et al.] // Optics and lasers in engineering. 2006. Vol. 44, № 11. P. 1185-1197.

49. Schneider F., Wolf N., Petring D. High power laser cutting of fiber reinforced thermoplastic polymers with cw- and pulsed lasers // Physics Procedia. 2013. Vol. 41. P. 415-420.

50.Goeke A., Emmelmann C. Influence of laser cutting parameters on CFRP part quality // Physics Procedia. 2010. Vol. 5 (part B). P. 253-258.

51.Influence of laser scanning conditions on CFRP processing with a pulsed fiber laser/ K. Takahashi [et al.] // Journal of materials processing technology. 2015. Vol. 222. P. 110-121.

52.Investigation of CFRP laser milling using a 30 W Q-switched Yb:YAG fiber laser: Effect of process parameters on removal mechanisms and HAZ formation/ C. Leone [et al.] // Composite Part A: Applied science and manufacturing. 2013. Vol. 55. P. 129-142.

53.Klotzbach A., Hauser M., Beyer E. Laser cutting of carbon fiber reinforced polymers using highly brilliant laser beam sources // Physics Procedia. 2011. Vol. 12 (part A). P. 572-577.

54.Laser cutting of carbon fiber reinforced thermos-plastic (CFRTP) by IR laser Irradiation/ H. Niino [et al.] // Journal of laser Micro/Nanoengineering. 2014. Vol. 9, № 2. P. 180-186.

55.Laser processing of carbon fiber reinforced polymer composite for optical fiber guidelines/ M. Lima [et al.] // Physics Procedia. 2013. Vol. 41. P. 572-580.

56.Machining damage in FRPs: Laser versus conventional drilling/ H. Akshay [et al.] // Composite Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016. Vol. 82. P. 42-52.

57.Remote laser processing of composite materials with different opto-thermic properties/ A. Furst [et al.] // Physics Procedia. 2013. Vol. 41. P. 389-398.

58.Dittmar H., Gabler F., Stute U. UV-laser ablation of fibre reinforced composites with ns-pulses // Physics Procedia. 2013. Vol. 41. P. 266-275.

59. Технологические рекомендации «Лазерная резка полимерных композиционных материалов и металлокомпозиционных материалов». №1.4.2272-2012. Введен. 2012-07-01. Национальный Институт Авиационных Технологий, 2012. 21 c.

60.Material processing with remote technology - revolution or Evolution/ M. Zaeh [et al.] // Physics Procedia. 2010. Vol. 5 (part A). P. 19-33.

61.URL. http://www.ipgphotonics.com/en/products/lasers (дата обращения 19.04.2018 г.)

62.ГОСТ 32656-2014. Композиты полимерные. Методы испытаний. Испытания на растяжение. М., 2014. 34 с.

63.ГОСТ 33375-2015. Композиты полимерные. Метод испытания на растяжение образцов с открытым отверстием. М., 2016. 12 с.

64.Вейко В.П. Технологические лазеры и лазерное излучение. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 52 с.

65.Вакс Е.Д., Миленький М.Н., Сапрыкин Л.Г. Практика прецизионной лазерной обработки. М.: Техносфера, 2013. 696 с.

66.ГОСТ 19300-86. Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры. М., 1987. 9 с.

67.ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности термины и определения. М., 1982. 20 с.

68.ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. М., 1973. 6 с.

69.180 9013:2002. Термическая резка. Классификация резов, полученных термическим способом. Геометрические характеристики изделий и допуски на характеристики. М.: Технонорматив, 2009. 27 с.

70.Рыкалин Н.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

71.Кархин В. А. Тепловые процессы при сварке. СПб.: Изд-во Политехн. Унта, 2015. 572 с.

72.Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. 416 с.

73 .URL.http://www.gsssd-rosatom.mephi.ru/DB-tp-02/db-tp-02.php (дата

обращения 19.04.2018 г.)

74.Возможности прецизионной микрообработки материалов импульсным излучением лазера на парах меди/ А.Г. Григорьянц [и др.] // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2017. №2. С. 36-48.

75. Технологические рекомендации «Резка угле- и стеклопластиков излучением непрерывного волоконного иттербиевого лазера в многопроходном режиме». №103-0001-2018. Введен. 2018-07-01. 0бщество с ограниченной ответственностью научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс», 2018. 22 с.

76.URL.https://www.sandvik.coromant.com/_layouts/15/tibp/downloadshandler.a shx?url=https://www.sandvik.coromant.com/sitecollectiondocuments/downloa ds/global/technical%20guides/ru-ru/c-2920-30.pdf&filename=C-2920-30.pdf&view=true (дата обращения 19.04.2018 г.)

Приложение

Протоколы механических испытаний на растяжение образцов из углепластика толщиной от 1 до 3 мм с отверстиями диаметром 6, 8 и

16 мм

ОАО НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051. Москва. Петровка, 24 Тел.: [phone]. Тел/Факс: [phone] K-mail. spcfri'niat.ru_

НПЦ «НИАТ Композит»

Научно-исследовательская и испытательная лаборатория НИЛ 10160 Аттестат № АР МАК/СЦМ/101 /ИЛ Свидетельство о признании РМРС №12.00079.120

Протокол № 254

от« 8 » декабря 20 16 г.

Настоящий протокол составлен в том, что проведены физико-механические

вид испытаний

испытания _растяжение_ на основании задания 254

тип испытаний

и передан в НТО ИРЭ-Полюс_

лаборатория (организация), адрес

Испытания проведены по ASTM Р5766-02а_

стандарт (НТД) на испытание

1. Аппаратура

Испытательная машина Tinius Olsen H100KU СП 1058525 29.09.2016

Наименование оборудования, марка, модель № свидетельства о действительно до

поверке

2. Образцы

Число образцов: 15

Материал образцов: М21-Т700

Структура образцов: [0°,90о,0о,90°]$ Номинальный диаметр отверстия: Образцы №1-10 - 8мм; Образцы №11-15 - 16 мм

Технология изготовления: Прямое прессование

Способ обработки: Образцы №1-5 - механическая обработка отверстия; Образцы №6-15 - обработка гидроабразивной резкой;

Дата поступления образцов: 18.04.2016

3. Условия испытаний

Условия кондиционирования: ГОСТ 12423-2013

Температура испытаний: 20°С_

Скорость движения траверсы: 5 мм/мин_

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051, Москва. Петровка, 24 Тел.: [phone]. Тел/ Факс: [phone] E-mail: [e-mail]

4. Результаты испытаний

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность аБ) МПа Прочность СТн, МПа

01 35,9 1,03 7,89 17,5 473 606

02 35,9 1,04 7,97 16,3 437 562

03 36,0 1,02 7,94 16,9 461 591

04 35,9 1,01 8,00 18,2 503 647

05 36,0 1,03 7,99 16,2 436 560

Среднее арифметическое: 17,0 462 593

Стандартное отклонение: 0,859 27,89 35,97

Коэффициент вариации, %: 0,0504 0,0604 0,0606

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность Об, МПа Прочность Gh, МПа

06 36,0 1,02 8,03 12,8 348 448

07 36,0 1,02 8,06 14,0 380 490

08 36,1 1,04 8,06 15,1 403 519

09 35,9 1,04 8,03 14,7 395 509

10 35,9 1,03 8,05 15,2 412 531

Среднее арифметическое: 14,4 388 499

Стандартное отклонение: 1,024 25,12 32,54

Коэффициент вариации, %: 0,0713 0,0648 0,0652

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СУб, МПа Прочность GH, МПа

11 36,0 1,02 16,02 11,0 299 538

12 36,0 1,05 16,04 10,1 267 482

13 35,9 1,03 16,02 12,5 339 611

14 35,9 1,04 16,03 11,3 303 548

15 36,0 1,04 16,01 11,6 310 559

Среднее арифметическое: 11,3 304 548

Стандартное отклонение: 0,882 25,48 46,19

Коэффициент вариации, %: 0,0780 0,0839 0,0843

Дата проведения испытаний_20.04.2016

Протокол составлен на_2 стр.

Испытания провел Рябовол Д.Ю.

фамилия и.о.

Начальник лаборатории НИЛ 10160 Шершак П.В.

фамилия и.о.

ОАО НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051. Москва, Петровка, 24 Тел.: [phone]. Тел/ Факс: [phone] E-mail: [e-mail]_

НПЦ «НИАТ Композит»

Научно-исследовательская и испытательная лаборатория НИЛ 10160 Аттестат № АР МАК/СЦМ/101 /ИЛ Свидетельство о признании РМРС №12.00079.120

Протокол № 248

от« 8 » декабря 20 16 г.

Настоящий протокол составлен в том, что проведены физико-механические

вид испытаний

испытания _растяжение_ на основании задания 248

тип испытаний

и передан в НТО ИРЭ-Полюс_

лаборатория (организация), адрес

Испытания проведены по ASTM D5766-02a

стандарт (НТД) на испытание

1. Аппаратура

Испытательная машина Tinius Olsen H100KU СП 1058525 29.09.2016

Наименование оборудования, марка, модель № свидетельства о действительно до

поверке

2. Образцы

Число образцов: 20

Материал образцов: М21-Т700

Структура образцов: [0°,90о,0°,90о]5 Диаметр отверстия-Образцы №1-10 - 8мм; Образцы №11-20 - 16 мм

Технология изготовления: Прямое прессование

Способ обработки: Образцы №1-5, №11-15 - механическая обработка; Образцы №6-10, №16-20 - лазерная обработка

Дата поступления образцов: 23.03.2016

3. Условия испытаний

Условия кондиционирования: ГОСТ 12423-2013

Температура испытаний: 22°С_

Скорость движения траверсы: 5 мм/мин_

ОАО НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051. Москва, Петровка, 24 Тел.: [phone]. Тел/ Факс: [phone] E-mail: [e-mail]_

НПЦ «НИАТ Композит»

Научно-исследовательская и испытательная лаборатория НИЛ 10160 Аттестат № АР МАК/СЦМ/101 /ИЛ

Протокол № 283

от« 04 » мая 20 17 г.

Настоящий протокол составлен в том, что проведены физико-механические

вид испытаний

испытания _растяжение_ на основании задания 283

тип испытаний

и передан в НТО ИРЭ-Полюс_

лаборатория (организация), адрес

Испытания проведены по ASTM Р5766-02а (ГОСТ 33375-2015)_

стандарт (НТД) на испытание

1. Аппаратура

Испытательная машина Tinius Olsen H100KU СП 1441767 10.10.2017

Наименование оборудования, марка, модель № свидетельства о действительно до

поверке

2. Образцы

Число образцов 90

Материал образцов М21-Т700

Структура образцов Образцы №1-30 - отверстия выполнены механической обработкой, №31 -60 - лазерной, №67-96 - гидроабразивной №61-66 (запасные - лазерная обработка).

Технология изготовления Прямое прессование

Дата поступления образцов 31.03.2017 (№61-90 поступили 04.05.2017)

3. Условия испытаний

Условия кондиционирования: ГОСТ 12423-2013

Температура испытаний: 23°С_

Скорость движения траверсы: 5 мм/мин_

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051. Москва. Петровка, 24 Тел.: [phone], Тел/ Факс: [phone] E-mail: [e-mail]

4. Результаты испытаний

Механическая обработка, толщина образцов - 2мм.

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность ан, МПа

1 36,2 2,08 5,98 33,5 445 533

2 36,2 2,04 6,00 33,2 450 539

3 36,0 2,05 6,00 35,4 480 576

4 36,1 2,06 5,98 35,2 473 567

5 36,2 2,04 6,01 31,6 428 513

Среднее арифметическое: 33,8 455 546

Стандартное отклонение: 1,566 21,27 25,66

Коэффициент вариации, %: .. 0,0464 .... 0,0467 0,0470

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность <7н, МПа

6 36,2 2,07 8,03 30,3 404 520

7 36,2 2,05 8,02 30,1 406 521

8 36,2 2,04 8,00 30,6 414 532

9 36,2 2,05 8,04 29,9 403 518

10 36,2 2,04 8,02 28,1 381 489

Среднее арифметическое: 29,8 402 516

Стандартное отклонение: 0,985 12,58 16,09

Коэффициент вариации, %: 0,0330 0,0313 0,0312

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность Ge, МПа Прочность С7н, МПа

11 36,2 2,04 15,8 21,8 295 524

12 36,2 2,03 15,8 21,9 298 529

13 36,2 2,05 15,7 20,9 282 497

14 36,2 2,05 15,8 21,3 287 509

15 36,1 2,04 15,8 20,2 274 488

Среднее арифметическое: 21,2 287 509

Стандартное отклонение: 0,698 9,73 17,32

Коэффициент вариации, %: 0,0329 0,0339 0,0340

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051, Москва, Петровка, 24 Тел.: [phone], Тел/ Факс: [phone] E-mail: [e-mail]

Лазерная обработка, толщина образцов - 2мм.

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность Об, МПа Прочность Gh, МПа

16 36,1 2,07 5,99 33,5 448 537

17 36,2 2,12 5,96 35,1 457 548

18 36,2 2,07 5,99 35,3 471 564

19 36,1 2,03 5,95 35,6 486 582

20 36,2 2,04 5,96 31,5 427 511

Среднее арифметическое: 34,2 458 548

Стандартное отклонение: 1,715 22,51 26,98

Коэффициент вариации, %: 0,0501 0,0492 0,0492

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность <УБ, МПа Прочность СТн, МПа

21 36,3 2,03 8,04 28,2 383 492

22 36,2 2,05 8,03 28,4 383 492

23 36,2 2,04 8,03 30,2 409 526

24 36,2 2,03 8,02 29,9 407 523

25 36,2 2,11 8,03 30,3 397 510

Среднее арифметическое: 29,4 396 508

Стандартное отклонение: 1,017 12,65 16,26

Коэффициент вариации, %: 0,0346 0,0320 0,0320

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность (Ун, МПа

26 36,2 2,06 16,0 19,5 261 469

27 36,2 2,05 16,0 21,8 294 526

28 36,2 2,06 16,0 21,5 288 517

29 36,1 2,04 15,9 19,8 266 476

30 36,2 2,07 15,8 21,0 280 502

Среднее арифметическое: 20,7 278 498

Стандартное отклонение: 1,023 13,91 25,16

Коэффициент вариации, %: 0,0494 0,0501 0,0505

Механическая обработка, толщина образцов - Змм

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность (Уб, МПа Прочность <5н, МПа

31 36,3 3,14 6,01 47,5 417 499

32 36,3 3,15 6,02 49,1 429 515

33 36,3 3,11 6,03 48,3 428 513

34 36,3 3,19. 6,02 50,1 433 519

35 36,3 3,12 6,02 45,6 403 483

Среднее арифметическое: 48,1 422 506

Стандартное отклонение: 1,706 12,30 14,79

Коэффициент вариации, %: 0,0355 0,0292 0,0292

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051, Москва. Петровка, 24 Тел.: [phone], Тел/ Факс: [phone] Е-таП: [e-mail]

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность (Ун, МПа

36 36,3 3,17 8,04 47,1 409 526

37 36,3 3,22 8,02 47 402 585

38 36,3 3,12 8,04 46,1 407 523

39 36,3 3,14 8,05 46 404 519

40 36,3 3,18 8,04 46,8 405 521

Среднее арифметическое: 46,6 405 521

Стандартное отклонение: 0,515 2,84 3,73

Коэффициент вариации, %: 0,0110 0,0070 0,0072

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность (Ун, МПа

41 36,3 3,12 15,8 33,9 299 530

42 36,3 3,12 15,8 33,5 296 524

43 36,3 3,11 15,8 29,9 265 469

44 36,3 3,16 15,8 33,3 290 514

45 : 36,3 3,14 15,7 33,2 291 513

Среднее арифметическое: 32,8 288 510

Стандартное отклонение: 1,621 13,60 23,98

Коэффициент вариации, %: 0,0495 0,0472 0,0470

Лазерная обработка, толщина образцов - Змм,

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СУ б, МПа Прочность (Ун, МПа

46 36,3 3,14 6,00 46,5 408 489

47 36,3 3,18 6,02 47,8 414 496

48 36,3 3,14 5,97 44,4 390 466

49 36,3 3,14 6,01 45,7 402 482

50 36,3 3,21 5,99 48,4 415 497

Среднее арифметическое: 46,6 406 486

Стандартное отклонение: 1,607 10,52 12,79

Коэффициент вариации, %: 0,0345 0,0259 0,0263

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность (Ун, МПа

51 36,3 3,18 8,00 45,5 394 506

52 36,3 3,15 8,02 44,8 392 503

53 36,3 3,18 8,02 42,2 366 469

54 36,3 3,13 8,05 43,8 382 490

55 36,3 3,14 8,06 45,7 401 515

Среднее арифметическое: 44,4 387 497

Стандартное отклонение: 1,437 13,75 17,74

Коэффициент вариации, %: 0,0324 0,0355 0,0357

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ

_127051. Москва. Петровка, 24 Тел.: [phone]. Тел/ Факс: [phone] E-mail: [e-mail]

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность GB, МПа Прочность GH, МПа

56 36,3 3,14 15,900 33,3 292 520

57 36,3 3,14 16,000 32,5 285 510

58 36,3 3,15 16,000 29,5 256 458

59 36,3 3,18 15,900 30 260 462

60 36,2 3,16 16,000 31,7 277 497

Среднее арифметическое: 31,4 274 489

Стандартное отклонение: 1,619 15,57 28,00

Коэффициент вариации, %: 0,0515 0,0568 0,0572

Гидроабразивная обработка, толщина образцов - 2 мм.

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность аБ, МПа Прочность СТн, МПа

67 36,1 2,10 6,05 29 383 460

68 36,2 2,05 6,04 28,8 388 466

69 36,2 2,04 5,97 30,6 414 496

70 36,2 2,06 5,98 29,0 389 466

71 36,2 2,03 6,05 30,0 408 490

Среднее арифметическое: 29,5 396 476

Стандартное отклонение: 0,782 13,97 16,47

Коэффициент вариации, %: 0,0265 0,0352 0,0346

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность Об, МПа Прочность GH, МПа

72 36,1 2,04 8,06 29,2 397 510

73 36,2 2,11 8,02 30,2 395 508

74 36,2 2,09 8,02 27,1 358 460

75 36,2 2,04 8,03 26,0 352 452

76 36,2 2,09 8,00 28,8 381 489

Среднее арифметическое: 28,3 377 484

Стандартное отклонение: 1,688 20,65 26,74

Коэффициент вариации, %: 0,0597 0,0548 0,0553

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность Об, МПа Прочность Gh, МПа

77 36,1 2,09 16,0 18,9 251 450

78 36,2 2,05 15,9 20,8 280 500

79 36,2 2,14 15,9 22,4 289 516

80 36,1 2,04 15,8 20,0 272 483

81 36,2 2,08 16,0 21,1 280 502

Среднее арифметическое: 20,6 274 490

Стандартное отклонение: 1,301 14,71 25,29

Коэффициент вариации, %: 0,0630 0,0536 0,0516

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051, Москва, Петровка, 24 Тел.: [phone]. Тел/ Факс: [phone] Ё-таИ: [e-mail]

Гидроабразивная обработка, толщина образцов - 3 мм.

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность (Те, МПа Прочность СУн, МПа

82 36,3 3,13 5,93 45,2 398 475

83 36,3 3,14 6,00 42,4 372 446

84 36,3 3,18 6,01 46,3 401 481

85 36,3 3,15 5,98 ... 47,2 413 494

86 36,4 3,19....... 5,95 43,1 371 444

Среднее арифметическое: 44,8 391 468

Стандартное отклонение: 2,050 18,56 22,32

Коэффициент вариации, %: 0,0457 0,0475 0,0477

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность (ТБ, МПа Прочность СУн, МПа

87 36,3 3,13 8,04 42,4 373 479

88 36,4 3,15 8,05 38,7 338 433

89 36,3 3,15 8,05 40,4 353 454

90 36,3 3,21 8,05 43,1 370 475

91 36,3 3,15 8,04 44,6 390 501

Среднее арифметическое: 41,8 365 469

Стандартное отклонение: 2,316 20,06 25,82 1

Коэффициент вариации, %: 0,0553 0,0550 0,0551

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность сгн, МПа

92 36,3 3,13 16,0 27,0 238 425

93 36,3 3,13 16,0 25,4 224 400

94 36,3 3,14 16,0 25,6 225 402

95 36,3 3,18 15,9 25,7 223 396

96 36,2 3,22 16,0 26,7 229 410

Среднее арифметическое: 26,1 227 407

Стандартное отклонение: 0,719 6,18 11,53

Коэффициент вариации, %: 0,0276 0,0272 0,0284

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

_127051. Москва, Петровка, 24 Тел.: [phone], Тел/ Факс: [phone] E-mail: [e-mail]_

Запасные образцы. Лазерная обработка.

№ образца Ширина, мм Толщина, мм Диаметр отверстия, мм Разрушающая нагрузка, кН Прочность СТб, МПа Прочность <3н, МПа

61 36,2 2,08 5,98 32,7 434 520

62 36,2 2,05 8,03 28,4 383 492

63 36,3 2,05 16,0 19,2 258 461