09.02.2020
Почти в любом производстве хоть что-то, да нужно резать. Для особо прочных материалов или металлов требуются ножи с уникальными свойствами. И требования к таким инструментам с каждым годом повышаются. После распада СССР произошел почти полный переход к импорту. Но наши ученые не сдаются, они делают все возможное, чтобы выйти на этом направлении на передовые рубежи. Один из таких исследователей — заведующий Проблемной научно-исследовательской лабораторией «Технология покрытий и специальных свойств поверхности» Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ), доктор технических наук Камиль РАМАЗАНОВ (на снимке в центре). Вместе со своей научной командой он исследует и разрабатывает физико-химические основы повышения стойкости режущих инструментов комплексной модификацией поверхности в низкотемпературной плазме повышенной плотности. Его тема удостоена молодежного гранта Президента РФ. «Поиск» выяснил, как улучшаются отечественные режущие инструменты.
Камиль, почему вы решили заниматься повышением стойкости режущих инструментов? Разве они до этого не были прочными?
Мы занимаемся упрочнением режущего инструмента для металлообработки. Инструмент «врезается» в металлическую поверхность заготовки, придавая ей необходимую форму. При этом режущая кромка испытывает колоссальные нагрузки сопротивления обрабатываемого материала.
Возьмем, к примеру, детали авиационной промышленности. Для их изготовления нужны уникальные сплавы, состоящие из ряда химических элементов таблицы Менделеева. Именно поэтому их называют труднообрабатываемыми при использовании традиционных инструментов и методов резки. Труднообрабатываемые стали обладают совокупностью уникальных физико-механических свойств, такими как коррозионная стойкость, жаропрочность и жаростойкость, высокая прочность. Наличие этих свойств приводит к резкому снижению обрабатываемости резанием. Например, скорость такого резания может быть в 20 раз ниже, чем при работе с обычными углеродистыми сталями.
Наша университетская научная школа в области плазменных технологий существует более 30 лет. В мире известны научные труды наших профессоров Виктора Мухина, Владимира Будилова, Анатолия Смыслова. Научные разработки университета в области авиационных технологий внедрены на многих предприятиях оборонно-промышленного комплекса. Постоянное развитие научной школы в соответствии с мировыми трендами позволило перейти от авиационно-космических технологий к технологиям «наземного» применения.
Советская станкоинструментальная отрасль занимала ведущие мировые позиции. Но в начале 1990-х лидерство было утрачено. Сегодня отечественные производители металлорежущего инструмента занимают менее 40% внутреннего рынка. Уровень импортозависимости станкоинструментальной промышленности критический — более 90%. Это вызвано рядом острых проблем на российском рынке: отставание технологического уровня продукции, недостаточная широта модельного ряда (узкая номенклатура, то есть инструмент изготавливается однотипный), дефицит кадровых ресурсов, недостаточное количество отраслевых центров компетенции (институты, конструкторские бюро, где ведутся разработки и исследования в области проектирования инструмента). Также мало научных исследований, необходимых для развития отечественного инструмента.
Что касается импортного инструмента, то он имеет современное инновационное покрытие. Оно увеличивает стойкость в 5-10 раз по сравнению с инструментом без покрытия. Такие крупные зарубежные производители, как Sandvik, Iscar, Nidia, Mitsubishi, уделяют огромное внимание не только совершенствованию инструментальных материалов, но и разработке новых покрытий для различных групп инструментов.
Все это стало причиной того, что коллектив ученых УГАТУ взялся за эту проблему. В течение пяти лет мы активно занимаемся разработками целого спектра новых материалов для покрытий и технологий их нанесения на поверхность инструмента, которые защищены российскими патентами.
Как вы повышаете стойкость режущих инструментов?
Благодаря плазме с температурой 10 тысяч градусов Цельсия мы получаем уникальные соединения химических элементов, которые невозможно получить другими способами. Например, покрытия на основе интерметаллидов (химические соединения двух и более металлов) толщиной всего пять микронов (это в десять раз тоньше человеческого волоса) позволяют обработать сверхтвердые стали и сплавы.
Суть нашего метода комплексной модификации заключается в применении одновременно двух способов упрочения инструментов. Мы используем диффузионное насыщение поверхности различными реакционными элементами: азот, углерод, кислород. А дальше производим вакуумное ионно-плазменное напыление покрытий сложного состава за один технологический цикл.
Эффективность обработки плазмой зависит от количества высокоэнергетичных частиц. Увеличить их концентрацию можно разными методами. В нашей лаборатории разработаны и запатентованы уникальные способы и устройства для повышения плотности плазмы. Их суть в том, что она повышается благодаря применению специальных экранов и наложению скрещенных электрических и магнитных полей в зоне обработки.
Мы постоянно работаем над модернизацией оборудования. Вместе с Институтом сильноточной электроники СО РАН (Томск) проводим запуск и отладку уникальных плазмогенераторов и источников питания. Также ведем тесную работу с передовыми научными центрами в области материаловедения и специальных методов обработки (ИФТТ РАН, ИСМАН, МГТУ «Станкин», ИФПМ СО РАН).
Насколько и как можно улучшить физико-химические параметры материалов, с которыми вы работаете?
Мы работаем с образцами тех материалов, которые идут на изготовление инструментов. Выявляем различные физико-механические характеристики, такие как микротвердость, прочность сцепления покрытия с поверхностью инструмента. Изучаем состав поверхности. После пробы технологических режимов на образцах обрабатываем опытную партию инструментов. Испытания проводим на металлообрабатывающих станках в условиях реального производства.
По их результатам оптимизируем режимы обработки и разрабатываем серийную технологию упрочнения инструмента. Казалось бы, простая схема работы, но для ее реализации требуются длительное время, огромные человеческие усилия, знания и навыки ученых, а также производственников.
В нашей команде преимущественно молодые ученые, а также студенты, магистранты, аспиранты. Планированием и распределением обязанностей занимаюсь я как руководитель лаборатории. Ответственные по направлениям — это молодые кандидаты наук, на них возложены аналитическая работа и общее руководство студентами и аспирантами, которые, в свою очередь, проводят физические эксперименты по намеченному плану.
Какие результаты вы уже получили или только планируете получить? Насколько вам хватает средств гранта? Откуда берете остальные средства для полноценных исследований?
У нас накоплен уникальный опыт. Мы разработали технологии упрочнения различных групп металлорежущих инструментов, изготовленных как из твердых сплавов, так и из быстрорежущих сталей. Упрочненные инструменты испытали на производственных площадках предприятий.
Средства гранта — это лишь начальная ступень, позволяющая приступить к решению сложной, значимой для всей страны проблемы. Их достаточно для проведения первых серий исследований, результаты которых смогут заинтересовать индустриальных партнеров. Мы надеемся в будущем выйти на более крупные федеральные программы. Сейчас ведем хоздоговорную деятельность с предприятиями реального сектора экономики, постоянно внедряем новые разработки в производство.
Есть ли у вас какие-то пожелания и вопросы, например, к правительству? Насколько легко и комфортно заниматься наукой в России? Считаете ли вы, что за рубежом условия лучше?
Наука в регионах не стоит на месте и развивается достаточно интенсивно, однако ей нужна более мощная федеральная поддержка. Какие пожелания правительству? Хотелось бы, чтобы для регионов создавались целевые квоты в рамках крупных конкурсов и грантов, где конкурировать между собой могли бы только региональные научные школы и ученые. И под эти конкурсы выделялось бы целевое финансирование из федерального бюджета. Молодым исследователям из регионов очень сложно конкурировать с высокорейтинговыми учеными из Москвы и Санкт-Петербурга, которые работают в ведущих научных школах страны. Речь не идет о региональных конкурсах и грантах типа «РФФИ Поволжье» и других подобных, сумма которых обычно не превышает одного миллиона рублей. Речь — о более масштабных и крупных проектах.
Занятия наукой в России будут комфортными при наличии двух важных условий: государственной поддержки и софинансирования со стороны предприятий реального сектора экономики.
Конечно, объемы финансирования науки в Евросоюзе и США существенно выше, чем в нашей стране. Хотелось бы, чтобы у нас было хотя бы не хуже.
Как вы представляете свое дальнейшее научное будущее?
В скором времени планируем организовать уникальное высокотехнологичное производство упрочнения металлорежущего инструмента широкой номенклатуры, основанное на реализации наукоемкой, конкурентоспособной технологии модификации поверхности в низкотемпературной плазме повышенной плотности. Это позволит усилить связи между УГАТУ и машиностроительными предприятиями реального сектора экономики и реализовать совместный проект, направленный на импортозамещение и повышение конкурентоспособности отечественного инструмента.
Также собираемся участвовать в различных крупных научных проектах, проводимых в рамках федеральных целевых программ и 218-го постановления. Более масштабная финансовая поддержка позволит организовать уникальное высокотехнологичное производство упрочнения металлорежущего инструмента широкой номенклатуры и усилить связи между УГАТУ и машиностроительными предприятиями реального сектора экономики.
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Нет комментариев