Для изготовления микроизделий для электроники и медицины как никогда актуальны новые методы, основанные на микромеханической обработке. Ученые Южно-Уральского государственного университета разрабатывают инновационную модель процесса микрообработки деталей путем микрошлифования.
1 миллиметр для обработки изделий
Микрошлифование является прогрессивным способом получения особо точных деталей или компонентов из практически любого материала, поддающегося механической обработке. Анастасия Городкова, аспирант кафедры «Технология автоматизированного машиностроения» Политехнического института ЮУрГУ под руководством Александра Дьяконова, профессора, доктора технических наук, занимается разработкой технологии обработки деталей микрошлифованием.
«Микрошлифование – перспективный метод обработки высокоточных изделий микромасштаба, однако отсутствие знаний о физических процессах, происходящих в зоне резания, существенно ограничивает применимость данной технологии, – отмечает Анастасия Городкова. – Для разработки технологии на базе микрошлифования необходима комплексная имитационная модель процесса, которая включает в себя теплофизическую и силовую модели. Наша задача разработать такую модель, что позволит адаптировать данную технологию для любых производственных условий».
Суть микрошлифования заключается в обработке особо точных изделий инструментом, диаметр которого не превышает 1 мм. Важным преимуществом метода является отсутствие ограничений со стороны обрабатываемого материала, в отличие от альтернативных методов изготовления микроизделий (нанопринтная литография, обработка лазером и др.). Технология позволяет обрабатывать деталь с высокой точностью, но требуются высокие скорости и высокотехнологичное оборудование, чтобы достичь абсолютного позиционирования инструмента.
Международное сотрудничество – толчок к инновациям
Российский фонд фундаментальных исследований поддержал совместный проект Южно-Уральского государственного университета и Индийского института технологий Патны по моделированию и анализу высокоскоростной гибридной микрообработки.
«В ходе этого плодотворного сотрудничества возникла идея использовать микрошлифование в качестве самостоятельного метода обработки, так как в России подобная технология на сегодняшний день не применяется. Продукция импортируется из-за рубежа, либо применяются альтернативные методы обработки», – делится Анастасия Евгеньевна.
Аспирант ЮУрГУ успешно прошла стажировку в Индийском институте технологий Патны. За время стажировки молодой ученый получила информацию о возможностях применения таких методов микромеханической обработки, как микрофрезерование и микрошлифование, а также навыки работы с оборудованием.
На данный момент учеными ЮУрГУ ведутся работы по апробации разработанной комплексной имитационной модели и ее реализации в виде программного комплекса. Это будет способствовать внедрению метода обработки на предприятиях Челябинска и России. На данный момент достигнута договоренность о внедрении разработки на одном из военных предприятий Челябинской области.
Российские разработки придут на смену зарубежным аналогам
«Сейчас мы вышли на завершающий этап и занимаемся экспериментальным подтверждением разработанных моделей, – рассказывает Анастасия Городкова. – Для этого закуплено уникальное оборудование – высокоскоростной пневматический шпиндель, который развивает скорость до 150 000 оборотов в минуту».
Сегодня экономика страны нуждается в импортозамещении множества микроизделий. Среди них микроэлектромеханические системы, которые применяются в широком диапазоне отраслей: военная техника, космические аппараты, автомобилестроение, медицина, мобильные устройства, бытовая техника. Разработанный учеными ЮУрГУ программный комплекс, будет способствовать внедрению инновационной технологии на действующие предприятия, которые специализируются на производстве микроизделий.
Актуальное направление научной работы позволило Анастасии Городковой стать одним из победителей конкурса «Научная перспектива», проводимого в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100. По результатам исследования опубликованы две статьи в научных журналах Russian Engineering Research и Procedia Engineering, индексируемых в базе данных Scopus. В дальнейших планах исследователей перейти к изучению процесса микрофрезерования, что позволит создать технологию гибридной микрообработки.