ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Металл-композитная технология (МКТ) изготовления инструментальных корпусов по схеме «SLM-оболочка + металлополимерный композиционный материал (металлополимер/МПКМ)» позволяет реализовывать криволинейные каналы подачи СОТС и снижать аддитивный объем металла, однако качество заполнения тонкостенных полостей в решающей степени определяется уровнем газовой пористости наполнителя. Газовая пористость ухудшает теплопроводность и несущую способность МПКМ, снижает стабильность заполнения критических зон у стенки SLM-оболочки и вблизи каналов, что ведет к росту разброса свойств и риску дефектов при эксплуатации инструментов. Цель работы: экспериментально установить зависимость газовой пористости МПКМ от остаточного давления при вибровакуумной дегазации и обосновать технологически предпочтительный диапазон вакуума для применения в МКТ-корпусах режущего инструмента. Метод и методология. Исследование выполнено на вибровакуумной установке, включающей в себя камеру предварительной дегазации и камеру заливки с низкочастотной вибрацией. Для каждого режима вакуума изготавливались типовые образцы МПКМ. Пористость оценивалась по принятой балльной шкале на основе микроскопии (анализ распределения пор, кластерности и характерных размеров дефектов). Результаты и обсуждение. Эксперимент показал устойчивую нелинейную (V-образную) закономерность: при снижении давления от атмосферного до области примерно 450 Па средняя пористость монотонно уменьшается, достигая минимума в диапазоне 400…350 Па (уровень 1…2 балла), тогда как при дальнейшем углублении вакуума ниже 300 Па наблюдается переход к интенсивному газовыделению и вспениванию («закипанию») с резким ростом дефектности (до 3…5 баллов). Выводы. Установленный оптимальный диапазон 400…350 Па рекомендован как компромисс между эффективным удалением вовлеченного газа и исключением режима вспенивания, что обеспечивает воспроизводимое качество заполнения полостей SLM-оболочек МПКМ в технологии МКТ инструментальных корпусов.

1. Kelliger T., Meurer M., Bergs T. Potentials of additive manufacturing for cutting tools: a review of scientific and industrial applications // Metals. – 2024. – Vol. 14 (9). – P. 982. – DOI: 10.3390/met14090982.

2. Kugaevskii S.S., Gamberg A.E., Kulpina K.A. Development of modular later cutter with the application of additive technologies // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020), Chelyabinsk, May 18–22, 2020. – Springer, 2021. – P. 114–122. – DOI: 10.1007/978-3-030-54814-8_14.

3. Reducing the cost of 3D metal printing using selective laser melting (SLM) technology in the manufacture of a drill body by reinforcing thin-walled shell forms with metal-polymers / N.S. Lubimyi, M. Chepchurov, A.A. Polshin, M.D. Gerasimov, B.S. Chetverikov, A. Chetverikova, A.A. Tikhonov, A. Maltsev // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2024. – Vol. 8 (2). – P. 44. – DOI: 10.3390/jmmp8020044.

4. Al-Sulaiman F., Mokheimer E., Al-Nassar Y. Prediction of the thermal conductivity of the constituents of fiber-reinforced composite laminates // Heat and Mass Transfer. – 2006. – Vol. 42. – P. 370–377. – DOI: 10.1007/s00231-005-0636-7.

5. The technological heredity in the manufacture of the metallopolymeric build-forming molds / N.S. Ljubimyj, M.S. Chepchurov, B.S. Chetverikov, N.A. Tabekina, E.I. Evtushenko // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2016. – Vol. 11 (20). – P. 12302–12310.

6. Influence of dissolved gasses in epoxy resin on resin infusion part quality / S. van Oosterom, A. Schreier, M. Battley, S. Bickerton, T. Allen // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2020. – Vol. 132. – P. 105818. – DOI: 10.1016/j.compositesa.2020.105818.

7. Chen D., Arakawa K., Xu C. Reduction of void content of vacuum-assisted resin transfer molded composites by infusion pressure control // Polymer Composites. – 2014. – Vol. 36 (9). – P. 1629–1637. – DOI: 10.1002/pc.23071.

8. Void content minimization in vacuum infusion (VI) via effective degassing / J. Juan, A. Silva, J.A. Tornero, J. Gámez, N. Salán // Polymers. – 2021. – Vol. 13. – P. 2876. – DOI: 10.3390/polym13172876.

9. Evaluating vibration assisted vacuum infusion processing of hexagonal boron nitride sheet modified carbon fabric/epoxy composites in terms of interlaminar shear strength and void content / R. Meier, I. Kahraman, A.T. Seyhan, S. Zaremba, K. Drechsler // Composites Science and Technology. – 2016. – Vol. 128. – P. 94–103. – DOI: 10.1016/j.compscitech.2016.03.022.

10. Evaluating random vibration assisted vacuum processing of carbon/epoxy composites in terms of interlaminar shear strength and porosity / X. Yang, L. Zhan, C. Jiang, X. Zhao, C. Guan, T. Chang // Journal of Composite Materials. – 2019. – Vol. 53 (17). – P. 2367–2376. – DOI: 10.1177/0021998319829531.

11. ЗАО «Металлополимерные материалы ЛЕО». Технические условия ТУ 2257-002-48460567-00. Металлополимер «Ферро-хром». – М., 2000. – URL: http://leopolimer.ru/ (дата обращения: 23.03.2026).

12. Experimental substantiation of the technology for manufacturing composite parts based on a viscous metal-polymer / A. Polshin, N. Lubimyi, B. Chetverikov, M. Chepchurov, A. Maltsev, A. Tikhonov // Australian Journal of Mechanical Engineering. – 2024. – Vol. 23 (3). – P. 488–498. – DOI: 10.1080/14484846.2024.2343449.

13. Voids in fiber-reinforced polymer composites: a review on their formation, characteristics, and effects on mechanical performance / M. Mehdikhani, L. Gorbatikh, I. Verpoest, S.V. Lomov // Journal of Composite Materials. – 2019. – Vol. 53 (12). – P. 1579–1669. – DOI: 10.1177/0021998318772152.

14. ГОСТ 19200–80. Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов: взамен ГОСТ 19200–73: введен 01.07.81. – Переизд. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200005049 (дата обращения: 23.03.2026).

15. ГОСТ Р 56679–2015. Композиты полимерные. Метод определения пустот: дата введения 1981–07–01. – М.: Стандартинформ, 2016. – URL: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293758/4293758544.pdf (дата обращения: 23.03.2026).

16. ISO 7822:1990(E). Textile glass reinforced plastics – Determination of void content – Loss on ignition, mechanical disintegration and statistical counting methods. – Geneva: International Organization for Standardization (ISO), 1990. – 9 p. – URL: https://cdn.standards.iteh.ai/samples/14740/1052bc459edd47acb887089816ec199d/ISO-7822-1990.pdf (accessed: 23.03.2026).

17. Effect of processing parameters and void content on mechanical properties and NDI of thermoplastic composites / D. Saenz-Castillo, M.I. Martín, S. Calvo, F. Rodriguez-Lence, A. Güemes // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2019. – Vol. 121. – P. 308–320. – DOI: 10.1016/j.compositesa.2019.03.035.

18. Lee D.H., Lee W.I., Kang M.K. Analysis and minimization of void formation during resin transfer molding process // Composites Science and Technology. – 2006. – Vol. 66 (16). – P. 3281–3289. – DOI: 10.1016/j.compscitech.2005.07.008.

19. Formation and suppression of volatile-induced porosities in an RTM epoxy resin / C. Pupin, A. Ross, C. Dubois, J.-C. Rietsch, N. Vernet, E. Ruiz // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2017. – Vol. 94. – P. 146–157. – DOI: 10.1016/j.compositesa.2016.12.006.

20. Degassing process influence on tensile strength of neat E132 epoxy polymeric materials / D. Wong, M. Anwar, S. Debnath, A. Hamid, I. Sudin, A. Pramanik // Materials Science Forum. – 2021. – Vol. 1026. – P. 129–135. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1026.129.

21. Choi J., Jung H., Han S. The effect of porosity on the thermal conductivity of highly thermally conductive adhesives // Polymers. – 2023. – Vol. 15 (14). – P. 3083. – DOI: 10.3390/polym15143083.

22. Factors affecting thermal conductivities of the polymers and polymer composites: a review / Y. Guo, K. Ruan, X. Shi, X. Yang, J. Gu // Composites Science and Technology. – 2020. – Vol. 193. – P. 108134. – DOI: 10.1016/j.compscitech.2020.108134.