ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ОПРАВОК ИЗ ФОТОПОЛИМЕРНОЙ СМОЛЫ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.643.07; 773.93

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ОПРАВОК ИЗ ФОТОПОЛИМЕРНОЙ СМОЛЫ

А. А. Савенков, А. В. Сутягин

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: sibgau-uks@mail.ru

В работе рассматриваются вопросы разработки и контроля оправки из фотополимерной смолы. Для изготовления прямоугольного волновода КВЧ диапазона сечением 5,2*2,6 мм из углеродного волокна. Представлена изготовленная оправка методом 3D печати, приведены результаты контроля таких параметров как шероховатость поверхности, волнистость поверхности, а также геометрические параметры, такие как, ширина/высота и радиус закругления граней.

Ключевые слова: фотополимерная смола, проектирование, оправка, 3D печать. DESIGN AND CONTROL FEATURES OF PHOTOPOLYMER RESIN MANDRELS

A. A. Savenkov, A. V. Sutyagin

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: sibgau-uks@mail.ru

The paper deals with the development and control of photopolymer resin mandrels. For the manufacture of a rectangular EHF waveguide with a cross section of 5.2 * 2.6 mm from carbon fiber. Presented is a mandrel made by 3D printing, the results of control of such parameters as surface roughness, surface waviness, as well as geometric parameters such as width / height and radius of curvature of edges are presented.

Keywords: photopolymer resin, design, mandrel, 3D printing.

Трубы с малыми размерами сечения широко применяются как в радиотехнике, так и в других областях, включая аэрокосмическую промышленность, предназначенные для передачи энергии электромагнитных волн диапазонов СВЧ и КВЧ.

В волноводе могут распространяться электромагнитные волны, длина волны которых меньше или приблизительно равна поперечному сечению волновода. Это обуславливает применение радиоволноводов главным образом в области сверхвысоких частот. Наиболее сложными для проектирования являются волноводы диапазона ММВ (Миллиметровые волны) или КВЧ (крайне высокие частоты) - диапазон радиоволн с длиной волны от 10 мм до 1 мм, что соответствует частоте от 30 ГГц до 300 ГГц [1].

В данной работе рассматриваются вопросы разработки и контроля оправки из фотополимерной смолы. Для изготовления прямоугольного волновода КВЧ диапазона сечением 5,2*2,6 мм из углеродного волокна. Суть метода заключается в следующем: в качестве рабочего слоя будет использоваться фольга, которая будет укладываться на оправку, а в качестве армирующего слоя будет использовано углеродное волокно [2].

Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»

За основу были взяты требования к волноводам изложенные в ГОСТ 20900-2014 Трубы волноводные медные и латунные прямоугольные. При этом, существуют довольно жесткие требования к геометрическим параметрам таких волноводов (предельное отклонение по ширине/высоте ±0,02 мм; толщина стенки 0,95 мм предельное отклонение ±0,05 мм), качеству поверхностного слоя (Яа до 0,04 мкм) и прочностным свойствам [3].

Параметры готовой оправки должны соответствовать ГОСТу 20900-2014. Форма, размеры и предельные отклонения размеров волновода должны соответствовать указанным на ри. 1

5,2+0,02

Рис. 1. Сечение волновода 5,2*2,6 мм

Оправка для изготовления волновода была изготовлена из фотополимерной смолы, так как при ее изготовлении можно воспользоваться технологией LCD/DLP 3D печати. Оправка была изготовлена из фотополимерной смолы HARZ Labs Dental Clear [4], ее характеристики представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики фотополимерной смолы HARZ Labs Dental Clear

Характеристика Значение

Внешний вид прозрачная жидкость

Цвета чистый прозрачный

Запах без запаха

Вязкость по Брукфилду 0.9-1 Па* с

Прочность на растяжение 60 Н/мм2

Удлинение при разрыве 4-6%

Твердость по Шору Б 90-92

Усадка <0.5%

Было изготовлено 2 оправки длинной 120 мм: первая оправка (рис. 2а) имеет сечение 23*10 мм; вторая оправка (рис. 2б) имеет сечение 5,2*2,6 мм.

а) б)

Рис. 2. Изготовленные оправки: а) оправка сечением 23*10 мм; б) оправка сечением 5,2*2,6 мм.

Контроль таких параметров как волнистость и шероховатость поверхности выполнялся на оправке сечением 23*10 мм. Контроль шероховатости производился профилометром ТЯ 220

результат контроля Ra от 0,61 до 1,48 мкм, причем максимальная шероховатость при измерениях поперек образца и составляла Ra от 1,11 до 1,48 мкм. Контроль волнистости поверхности выполнялся по поверочной плите при помощи магнитной стойки и индикатора часового типа с точностью 0,005 мм волнистость поверхности составила 0,15 мм, что тоже не укладывается в заданные параметры.

Контроль параметров ширины, высоты и радиус закругления граней выполнялся на оправке сечением 5,2*2,6 мм. Измерения проводились на инструментальном микроскопе БМИ-1 в отраженном свете, для этого торец оправок был окрашен черным (рис. 2-3) погрешность измерения составляет 0,005 мм, результаты измерений по ширине 2,66-2,65 мм при необходимых 2,58-2,62 мм, по высоте 5,24-5,26 мм, при необходимых 5,18-5,22 мм. Для измерения радиуса закругления граней в будущем целесообразно будет изготовить шаблон. Но на данном этапе измерение этого параметра тоже можно осуществлять на БМИ-1 по следующей методике: необходимо определить точки (А и В) перехода прямой в окружность (рис. 3а), замерить размеры I и И, далее рассчитать получившийся радиус по формуле 1.1. которая была выведена на основании схемы представленной на рис. 3б

Опрадка

а) б)

Рис. 3. Схемы расчета радиусов закругления граней оправки: а) схема расположения точек А и В; б) схема расчета радиуса закругления граней на основе измеренный I и И

R =

h2 +1/2 2h

(1.1)

На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы: контроль геометрических размеров показал необходимость переработки 3D модели оправки, а также необходимости смены фотополимерной смолы или доводки оправки после изготовления.

Библиографические ссылки

1. Трифанов И.В. Методы разработки конструкторско-технологических решений и обеспечения качества при изготовлении волноводных элементов КВЧ - диапазона: монография / И.В. Трифанов, Л.И. Оборина, Б.Н. Исмаилов ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т ; Красноярск, 2010. 152 с.

2. Щербакова А.В., Савенков А.А., Рублевская Е.В. Способ изготовления труб малого сечения с заданными качественными характеристиками // Научные исследования молодых учёных : сборник статей международной научно-практической конференции : в 4 ч. Пенза, 2020. Ч. 1 .С. 87-89.

3. ГОСТ 20900-2014. Трубы волноводные медные и латунные прямоугольные. Технические условия [Текст]. Москва: Стандартинформ, 2015. 14 с.

4. HARZ Labs [Электронный ресурс]. URL: https://www.harzlabs.com/products/resins-for-desktop-lcd-dlp/dental-clear/ (дата обращения: 25.03.2021).

© Савенков А.А., Сутягин А.В. 2021