Як народжуються ідеї з розробки нової технології та інструменту? Це запитання виникає, коли знайомишся з матеріалами фундаментальних і прикладних досліджень, які здійснюються одночасно із проведенням навчального процесу на базі двох кафедр Навчально-наукового інституту матеріалознавства і зварювання імені Є.О. Патона (НН ІМЗ) КПІ ім. Ігоря Сікорського – на кафедрі фізичного матеріалознавства та термічної обробки (ФМТО) і кафедрі лазерної техніки та фізико-технічних технологій (ЛТФТ).
Мова про синтез алмазовмісних композитів завдяки використанню процесу термодеформаційного лазерного спікання для абразивної обробки великогабаритних деталей, що використовуються в авіа-, судно- та машинобудуванні.
Докладно про історію розробки цього проєкту розповів завідувач кафедри ЛТФТ Олексій Кагляк.
💥
– Олексію Дмитровичу, ви є відповідальним виконавцем проєкту. А хто є його науковим керівником? Чи підтримано проєктну заявку Національним фондом досліджень України (НФДУ)?
– Науковим керівником нашого проєкту є професор кафедри ФМТО Світлана Михайлівна Волошко. Заявку підтримано НФДУ у межах конкурсу проєктів з виконання наукових досліджень і розробок "Наука для зміцнення обороноздатності України". Зазначу, виконання проєкту розраховано на два роки. Заявка отримала високу оцінку експертів – 95,4 бала. За кількістю балів наша проєктна заявка посіла друге місце серед більш як 80 проєктів, які визнано переможцями конкурсу та яким надано фінансування від НФДУ. Такий високий результат зумовлений поєднанням потенціалу двох потужних наукових шкіл, заснованих відомими вченими – академіком Національної академії наук України В.Н. Гриднєвим і членом Міжнародного інженерного товариства (CIRP) В.С. Коваленком.
– Як народилася ідея технології виготовлення удосконаленого шліфувального та відрізного абразивного інструменту?
– Традиційні способи формування інструментальних шарів з надтвердими абразивними матеріалами: гальванічне осадження, об'ємне спікання надтвердих композитів тощо, мають серйозні технологічні недоліки. Приміром, через недостатню міцність утримування зерен матеріалу і значну тривалість процесу виготовлення надійного устаткування. У той же час потреби на виробництво шліфувального та відрізного абразивного інструменту залишаються високими. Саме використання технології лазерного синтезу композитів, що містять у своїй структурі абразиви, дозволить суттєво скоротити час виготовлення інструменту та підвищити його експлуатаційний рівень. Проєкт передусім спрямовано на розробку та виготовлення експериментального зразка інструменту нової оригінальної конструкції для підвищення ефективності абразивної обробки великогабаритних листових виробів, які використовуються у стратегічних для оборонної промисловості України галузях. Але для вибору оптимальних режимів і технологічних схем обробки слід встановити закономірності змін теплового стану в процесі лазерного опромінення такої складної системи, як "порошкова багатокомпонентна зв'язка – алмази – сталевий корпус інструменту – формуюча матриця". Для обмеження, як мовиться, поля пошуку таких закономірностей передбачається використати моделювання процесу спікання на основі розробленої теоретичної моделі та провести широкий комплекс експериментальних досліджень. У результаті планується досягти значного збільшення продуктивності виробництва, а також зменшення собівартості та енерговитрат під час виготовлення інструментальних композитів з надтвердими матеріалами різного типу, зокрема синтетичними алмазами, забезпечити керований розподіл абразивних зерен у робочому шарі інструменту й таким чином зменшити витрати алмазів, а також значно розширити номенклатуру інструменту.
– Тобто важливість впровадження цього проєкту не лише у його науково-практичній компоненті, а й в економічній привабливості?
– Дійсно, на думку колег, запропонована концепція виготовлення такого інструменту дозволить забезпечити значний економічний ефект через суттєве зменшення часу простою промислового обладнання, пов'язаного із заміною інструменту, який використовується на даний час і, на жаль, швидко спрацьовується.
– Олексію Дмитровичу, весь комплекс досліджень та розробок буде реалізовано в НН ІМЗ ім. Є.О. Патона?
– Так, на базі кафедри ЛТФТ з використанням газових і твердотільних лазерів безперервної та імпульсної дії. Також дослідження відбуватимуться на експериментальній базі Центру колективного користування науковим обладнанням "Матеріалознавство тугоплавких сполук та композитів". Після завершення виконання проєкту все обладнання, яке заплановано придбати, зокрема зварювальний апарат на основі волоконного лазера потужністю 1500 Вт, надалі використовуватиметься в навчальному процесі КПІ для підготовки фахівців за освітніми програмами "Інжиніринг зварювання, лазерних та споріднених технологій" та "Інжиніринг та комп'ютерне моделювання в матеріалознавстві" трьох рівнів вищої освіти, а також під час проведення наукових досліджень на кафедрах ФМТО та ЛТФТ.
– Чи залучатимуться до підготовки і впровадження проєкту студенти? Хто з науковців над ним працюватиме? Чи вистачає лабораторно-технологічної бази для розробки нового виду інструментів?
– До роботи над проєктом залучатимемо здобувачів третього ступеня вищої освіти. Для проведення початкового етапу досліджень наявної на обох наших кафедрах лабораторної бази достатньо. Оскільки тематика проєкту охоплює широке коло міждисциплінарних проблем і передбачає як теоретичну складову, так і розробку низки технічних та конструкторських рішень, наша команда виконавців формувалася за принципами взаємного доповнення наукових інтересів та збалансованості за віком. Серед авторів, крім мене, лауреат Національної премії імені Бориса Патона 2021 року Світлана Волошко, професор кафедри ЛТФТ Леонід Головко, доцент кафедри ЛТФТ Олексій Гончарук, а також молоді вихованці наукових шкіл – Олександр Данилейко (ЛТФТ) та Андрій Бурмак (ФМТО).