Получение слоистых композитных материалов методом вакуумной формовки с применением роботизированной технологической системы

Цель. Разработка автоматизированного устройства, обеспечивающего заданные  параметры технологического процесса формовки слоистых композиционных материалов. Основной задачей данной работы стало исследование привода подвижной платформы разработанной роботизированной системы, реализованной на основе синхронизированных линейных электроприводов, оснащенных системой управления  по положению. 

Методология. Методы исследования разработанной роботизированной системы базируются на получении динамических параметров движения исполнительного органа и определения сил и моментов  приводов путем проведения математического моделирования его движения. Учитывая существующие  технологии  изготовления деталей из композитных материалов, необходимо разработать компоновочный вариант  роботизированной системы для материалов на основе вакуумной  инфузии, обеспечивающей  формование деталей из термопластичного композита. Задавая траекторию движения платформ, используя дифференциальные уравнения и модели  сухого  трения Кулона, необходимо получить законы изменения выходного усилия  привода и определить его технические параметры. 

Результаты. Используя разработанные модели и задавая траекторию движения исполнительного органа, были получены закон изменения усилия привода и его механическая мощность. Результаты исследования включают разработку методики и оценку параметров приводной системы и будут полезны разработчикам нового оборудования мехатронного типа для изготовления композитных материалов.

Вывод. Современные композиты, механические характеристики которых  превосходят традиционные материалы, обладают значительно меньшей массой, что объясняет их широкое распространение во многих отраслях промышленности. Разработанная методика создания автономной технологической системы дает возможность значительно повысить качество изготовления конечного продукта из композитного материала за счет применения управляемого мехатронного привода роботизированной системы для вакуумирования композитов,  обеспечивающего заданный  закон движения рабочего органа. 

1. Гращенков Д. В. Стратегия развития неметаллических материалов, металлических композиционных материалов и теплозащиты // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 5. С. 264– 271. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-264-271.

2. Гуняева А. Г., Сидорина А. И., Курносов А. О. Полимерные композиционные материалы нового поколения на основе связующего ВСЭ-1212 и наполнителей, альтернативных наполнителям фирм Porcher Ind. и Toho Tenax // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 3 (52). С. 18–26. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2018-0-3-18-26.

3. Применение 3D-печати для создания корпусной детали из композитного материала / М. А. Фолифоров, А. В. Юрменёв, А. С. Фролов, А. С. Аксёнов // Аддитивные технологии: настоящее и будущее: сборник докладов III Международной конференции. М.: ВНИИИ авиационных материалов, 2017. С. 21.

4. Карташов К. В. Технологии 3D-печати композитными материалами с применением углеродного волокна // Научный Лидер. 2022. № 6 (51). С. 135–137.

5. Справочник по технологии изделий из пластмасс / Г. В. Сагалаев, В. В. Абрамов, В. Н. Кулезнев [и др.]. М.: Химия, 2000. 424 с.

6. Бортников В.Г. Производство изделий из пластических масс. Т. 1: Теоретические основы проектирования изделий, дизайн и расчет на прочность. Казань: Дом Печати, 2001. 246 с.

7. Корректировка управляющей программы обработки формообразующей оснастки для обеспечения точности изготовления деталей из полимерных композиционных материалов по результатам их измерений на координатно-измерительной машине / М. А. Архангельская, В. Д. Вермель, Ю. Ю. Евдокимов [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18, № 1(2). С. 145– 147.

8. Проектирование и изготовление формообразующей оснастки в условиях мелкосерийного производства / Ю. С. Андреев, О. С. Тимофеева, Е. И. Яблочников // Известия вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 7. С. 592–599.

9. Яцун С. Ф., Мищенко В. Я., Политов Е. Н. Кинематика, динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры. М.: Альфа-М: ИНФРА-М, 2015. 207 с.

10. Рукавицын А. Н., Ефремов Д. И. Моделирование движения механической системы с двумя степенями свободы в пакете «MATLAB/SIMMECHANICS» // Молодежь и наука: Шаг к успеху: сборник научных статей 4-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок молодых ученых: в 5 т. / отв. ред. А. А. Горохов; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск: Университетская книга, 2020. Т. 5. С. 132–135.

11. Программный модуль для реализации заданной траектории движения выходного звена робота-гексапода для 3D-печати изделий / Л. А. Рыбак, Ю. А. Мамаев, Д. И. Малышев, Л. Г. Вирабян // Вестник Белгородского государственного технического университета им. В. Г. Шухова. 2016. № 8. С. 155–165.

12. Пирогов Д. А. Композитные материалы на основе тканых материалов сложной геометрической формы // Бенардосовские чтения: материалы Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии» (VIII Бенардосовские чтения). Иваново: Иванов. гос. энергегический ун-т им. В. И. Ленина, 2015. Т. 3.С. 21–23.

13. Зимин Д. Е., Блазнов А. Н. Физико-химические и реологические основы создания полимерных композиционных материалов для изготовления композитных баллонов на их основе // Ползуновский вестник. 2018. № 4. С. 164–169.

14. Получение композитного стеклосиликонового электроизоляционного материала / С. В. Лузгарев, Е. Н. Шевелева, Ю. А. Шевелева, А. С. Лузгарев // Современная наука: новые подходы и актуальные исследования: материалы Международной (заочной) научно-практической конференции / под общ. ред. А. И. Вострецова. Нефтекамск; М.: Мир науки, 2020. С. 74–77.

15. Абдулхаков К. А., Котляр В. М. К вопросу о ползучести полимерных и композитных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 8. С. 102–107.

16. Свойства и применение биополимерных пленок и композитных мембранных материалов на их основе / Н. А. Вальчук, О. С. Бровко, И. А. Паламарчук, Т. А. Бойцова, Н. В. Сысоева, А. В. Дю, К. Г. Боголицын, В. К. Дубовый, Я. В. Казаков // Физикохимия растительных полимеров: матералы VI Международной конференции / под ред. К. Г. Боголицына. Архангельск: Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2015. С. 68–71.

17. Паршин Д. А. Построение математической модели процесса нитевой намотки композитных материалов на базе общих подходов механики аддитивных процессов // Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики: сборник трудов Международной научной конференции. Воронеж: Научно-исследовательские публикации, 2019. С. 1216–1221.

18. Расчетно-экспериментальное исследование композитных материалов для защиты от излучения / В. М. Гавриш, Н. И. Черкашина, Т. В. Чайка, В. А. Разина, Д. В. Тарасевич // Энергетические установки и технологии. 2019. Т. 5, № 4. С. 130–135.

19. Рахматуллин И. И. Композитные материалы в автомобилестроении // Концепции устойчивого развития науки в современных условиях: сборник статей по итогам Международной научнопрактической конференции. Уфа: Агентство международных исследований, 2018. Ч. 2. С. 199–201.

20. Танана В. П., Ершова А. А. О решении обратной краевой задачи для композиционных материалов // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2018. Т. 28, вып. 4. С. 474–488.