Исследователи из Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева – КНИТУ-КАИ представили усовершенствованную пресс-форму для компрессионной консолидации композиционных материалов и пластмасс в условиях вакуума. Это изобретение находит применение в таких высокотехнологичных отраслях, как автомобилестроение, авиация и аэрокосмическая промышленность.
Компрессионная консолидация представляет собой технологический процесс, в ходе которого отдельные слои армирующего материала и полимеров, например, в виде порошка или пленки, объединяются в прочное монолитное изделие. Этот процесс обеспечивает одновременное воздействие избыточного давления, вакуума и высокой температуры, что способствует плотному соединению слоев и равномерному распределению связующего вещества, вытесняющего воздушные поры.
Разработанная пресс-форма, обладающая герметичной внутренней полостью, предназначена для использования в различных отраслях, где требуется производство деталей из композиционных материалов и пластмасс. Аспирант кафедры производства летательных аппаратов КНИТУ-КАИ Руслан Соловьев отмечает, что одной из ключевых проблем, которую удалось решить, является ненадежность систем герметизации традиционных пресс-форм.
Существующие устройства часто используют сложные системы подвижных рам, гибких диафрагм и эластомерных уплотнителей, что делает их уязвимыми к износу и требует тщательной синхронизации. Кроме того, вакуумирование больших объемов вокруг пресс-формы значительно снижает энергоэффективность и увеличивает время производственного цикла.
Ранее существовали различные запатентованные решения, в том числе, например, камера, защищенная патентом US 3 971 875 A, которая обеспечивает герметичность и может использоваться для нагрева и прессования заготовок в вакууме. Однако такие конструкции имеют свои недостатки, включая сложность, риск микротрещин и высокие затраты на вакуумирование.
Казанские ученые предложили более эффективное решение, устраняющее недостатки аналогичных систем. Их пресс-форма включает в себя стальной пуансон с кольцевым медным уплотнением и составную матрицу, которая создает герметичное соединение при нагреве. Это упрощает конструкцию и повышает надежность системы герметизации, минимизируя количество подвижных элементов и избегая необходимости вакуумирования больших объемов.
При этом горизонтальная плита пресс-формы оборудована кольцевым каналом для распределения вакуума, а также специальным вакуумным штуцером, что обеспечивает герметичное соединение между стенками матрицы и пуансона. Это позволяет значительно упростить процесс изготовления и повысить его эффективность.
Также стоит отметить, что пресс-форма может быть сжата с использованием гидравлического пресса, что позволяет проводить первоначальное сжатие и дегазацию материала с помощью вакуумной установки, а герметизация осуществляется за счет пластической деформации меди.
Таким образом, новая разработка является значительным шагом вперед в области технологий обработки материалов давлением и может значительно повысить производительность и надежность в производстве изделий из композиционных материалов. Коллектив авторов получил патент на свое изобретение от Федеральной службы по интеллектуальной собственности в 2026 году.