В Московском авиационном институте разработали технологию, которая сократит время резки титановых деталей для авиастроения. Новый способ позволит учитывать такие параметры, как толщина стружки, врезание в заготовку, выход из резания, фрезерование углов и карманов, обработка тонкостенных деталей и другие, сообщили в пресс-службе МАИ.
Работы выполняются по заказу Комсомольского-на-Амуре авиационного завода им. Ю.А. Гагарина (КнААЗ). Заказчик получит не только ускоренный процесс изготовления конкретной детали, но и универсальную методику, которую сможет применять для оптимизации обработки любых других изделий из титана, сообщает пресс-служба вуза.
Справка. КнААЗ
Авиастроительный завод в городе Комсомольске-на-Амуре, ведущее и одно из старейших (1934 год) промышленных предприятий Холдинговой авиационной компании «Сухой», производитель самолётов типа «Су». В настоящее время принимает участие в трёх ведущих программах холдинга: по производству и разработке многоцелевого истребителя Су-35, пассажирского регионального самолёта «Сухой SuiperJet-100» и военного авиационного комплекса 5-го поколения. Всего же за 91 год на заводе было выпущено более 13 тысяч военных и гражданских самолётов.
Сегодня половина титана, произведённого в мире, потребляется авиакосмической промышленностью, причём уже в ближайшее десятилетие ожидается удвоение показателя. Применение титана в пассажирских самолётах, выпускаемых вплоть до 2008 года, не превышало 6%. В последнее время растёт доля титана и в гражданской авиации. Масса самого большого пассажирского самолёта в мире «Аэробуса А380» — на 14% состоит из титана, а новейшего «Боинга В 787» — уже на 18%.
Титан обладает меньшим весом по сравнению с другими сплавами, но в то же время устойчив к высоким температурам. Из титановых сплавов изготавливают обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты. Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10–25%.
Считается, что титан трудно поддаётся механической обработке по сравнению с другими металлами, такими как чугун или низколегированные стали. Кроме того, многие детали из титана имеют сложную форму с узкими, мелкими или глубокими и большими карманами, тонкими фасками и стенками. Для правильной и успешной обработки этих форм необходим инструмент с большой длиной режущей части, что быстрее может вести к деформации инструмента, которая возникает из-за вибраций при обработке титана и его сплавов. Из-за того, что титановые сплавы сохраняют прочность и твёрдость при высоких температурах, на режущую кромку при обработке воздействует большая нагрузка. При этом в месте резания вырабатывается большое количество тепла, которое влечёт за собой опасность деформации. Поэтому механическая обработка титана — это область, в которой есть потенциал для роста.
Титан трудно поддаётся механической обработке по сравнению с другими металлами
И вот в МАИ предложили новое решение с использованием отечественных инструментов. По словам руководителя проекта, заместителя директора Дирекции перспективных производственных проектов и директора Экспериментально-опытного завода МАИ Екатерины Яковенко, специалисты решали двойную задачу: подобрать эффективный российский инструмент и создать методику обработки, адаптированную к конкретным условиям изготовления авиационных деталей.
«Титановые сплавы являются одними из самых прочных материалов, которые широко используются в авиационной промышленности. Однако их обработка является длительной и затратной из-за высокой твёрдости и термической стойкости материала. Поэтому перед нами стояла задача, связанная не только с поиском наиболее эффективного режущего инструмента в рамках программы по импортозамещению, но и с разработкой новой методики обработки, оптимизированной в соответствии с областью применения деталей», — заявила директор завода МАИ Екатерина Яковенко.
Эксперт МАИ добавила, что новый способ позволяет учитывать такие параметры, как толщина стружки, врезание в заготовку, выход из резания, фрезерование углов и карманов, обработка тонкостенных деталей и другие.
Достоинства титана
- Малая плотность (4500 кг/м3) способствует уменьшению массы используемого материала;
- Высокая механическая прочность. При повышенных температурах (250–500 °С) титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;
- Высокая коррозионная стойкость: титан образовывает на поверхности тонкие (5–15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные с массой металла;
- Удельная прочность (отношение прочности и плотности) титановых сплавов достигает 30–35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.
Проектом занимается коллектив кафедры 104 «Технологическое проектирование и управление качеством» МАИ. Для тестов использовались режущие инструменты ведущих российских производителей («Скиф-М», «МИОН», «Халтек» и др.). Испытания проводились на специализированном оборудовании с датчиками, фиксирующими силы резания, степень износа и качество поверхности.
Эксперименты начинались с обработки образцов, а затем методика проверялась на детали сложной геометрии, чьё изготовление включает десятки операций и занимает несколько недель. По итогам тестов были предложены варианты оптимальных инструментов, уточнены режимы резания и разработаны новые траектории обработки, позволяющие внедрить высокоскоростное фрезерование.
Недостатки титана
- Высокая стоимость производства, титан значительно дороже железа, алюминия, меди, магния;
- Активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в результате чего титан и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;
- Трудности вовлечения в производство титановых отходов;
- Плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием титана на многие материалы;
- Большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.
Опытная отработка методики на оборудовании МАИ уже завершена. Сейчас ведётся разработка управляющей программы для станков, которая обеспечит реализацию технологии на практике. В начале осени запланировано внедрение на производстве КнААЗ с проведением полного цикла испытаний.
Егор Петров
