Transport engineering Transport engineering Транспортное машиностроение 2782-5957 105365 10.30987/2782-5957-2025-10-14-26 Машиностроение Mechanical engineering Машиностроение FEATURES OF DEVELOPING SPECIAL EQUIPMENT FOR SHF STRENGTHENING TREATMENT OF METAL PRODUCTS MADE OF HARDENED POLYMER COMPOSITES ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СВЧ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОТВЕРЖДЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ https://orcid.org/0000-0002-2331-7444 Злобина Ирина Владимировна Zlobina Irina Vladimirovna irinka_7_@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-7457-1020 Бекренев Николай Валерьевич Bekrenev Nikolay Valerievich nikolaj.bekrenev@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А. Yuri Gagarin State Technical University of Saratov НИЦ «Курчатовский институт» Москва Россия Kurchatov Institute Research Center Moscow Russian Federation 30 10 2025 30 10 2025 2025 10 14 26 26 08 2025 04 09 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/105365/view

Показаны перспективы применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) в конструкциях различных технических систем. На основе анализа недостатков ПКМ определена актуальность применения методов их физической упрочняющей модификации. Отмечена целесообразность упрочнения, как заключительной операции технологического цикла для исключения влияния последующих процессов обработки. Обоснована перспективность для этой цели воздействия на ПКМ в составе изделия СВЧ электромагнитного поля. Выполнен анализ конструктивных схем СВЧ технологических установок с камерами различных типов применительно к их использованию для упрочняющей обработки изделий больших размеров и сложной формы из ПКМ. Указано на отсутствие промышленных образцов СВЧ установок, пригодных для упрочнения широкой номенклатуры изделий, особенно больших размеров и сложной формы. Показана целесообразность разработки автоматизированных установок на основе камеры лучевого типа с неограниченным объемом (излучение в открытое пространство). Целью работы является обоснование и разработка требований к универсальной СВЧ технологической установке для упрочняющей обработки широкой по размерам и форме номенклатуры изделий, имеющей камеру лучевого типа с неограниченным объемом и программируемые привода относительного перемещения рупорного излучателя и изделия. С использованием результатов ранее выполненных исследований особенностей процесса упрочнения ПКМ в СВЧ электромагнитном поле впервые предложены принципы создания СВЧ технологических установок для упрочняющей обработки изделий различного назначения из ПКМ. Приведены результаты разработки макета-демонстратора мобильного робототехнического комплекса для СВЧ обработки крупногабаритных изделий сложной формы. Представлены основные положения технических предложений по созданию промышленного образца робота с СВЧ технологическим модулем, имеющего способность перемещения по оси Х в пределах производственного помещения (в среднем 6 м) и диапазоном перемещений рупорного излучателя по осям Y и Z до 4 м. Техническая новизна образца защищена 2 патентами РФ на изобретение и полезную модель.

The prospects of using polymer composites (PC) in the designs of various technical systems are shown. Based on the analysis of PC disadvantages, the relevance of using methods of their physical strengthening modification is determined. The expediency of strengthening as the final operation of the technological cycle to eliminate the influence of subsequent treatment processes is noted. The prospects for the effect of a microwave electromagnetic field on the PC as a part of SHF product are justified for this purpose. The structural schemes of SHF technological installations with chambers of various types are analyzed in relation to their use for the simplified treatment of large-sized and complex-shaped products made of PC. It is indicated that there are no industrial samples of SHF installations suitable for strengthening a wide range of products, especially large sizes and complex shapes. The expediency of developing automated installations based on a beam-type camera with unlimited volume (radiation into an open space) is shown. The paper objective is to substantiate and develop requirements for a universal SHF technological installation for strengthening treatment of a wide range of products in size and shape, including a beam-type chamber with unlimited volume and programmable drives for relative displacement of the horn radiator and the product. Using the results of previous studies of the features of PC strengthening in a SHF electro-magnetic field, principles for creating SHF technological devices for strengthening treatment of various PC products are proposed for the first time. The results of developing a mock-up demonstrator of a mobile robotic complex for SHF treatment of large-sized products of complex shape are presented. The main provisions of engineering solutions for constructing an industrial model of a robot with SHF technological module, which has the ability to move along X-axis within the production room (on average 6m) and the range of movements of the horn emitter along Y and Z axes up to 4m. The technical novelty of the sample is confirmed by 2 patents of the Russian Federation for the invention and a utility model.

 изделия область применения конструкции СВЧ электромагнитное поле схемы оборудование робототехнический комплекс products field of application structures SHF electromagnetic field circuits equipment robotics complex

Дориомедов М.С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор). Труды ВИАМ. 2020. № 6-7. С. 29-37. Doriomedov MS. The Russian and global market of polymer composites (review). Trudi VIAM. 2020;6-7:29-37. Мировой рынок производства композитов, группа компаний «Армпластк»: официальный сайт. 2015. https://arm-plast.ru/o-zavode/novosti/mirovoj-ryinok-proizvodstva-kompozitov.html (дата последнего обращения 01.08.2025). Global composite production market [Internet]. Armplastk Group of companies; 2015 [cited 2025 Aug 01]. Available from: https://arm-plast.ru/o-zavode/novosti/mirovoj-ryinok-proizvodstva-kompozitov.html. Михайлин Ю.А., Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. СПб. : Научные основы и технологии, 2010. 822 с. Mikhailin YuA. Structural polymer composite materials. 2nd ed. St. Petersburg: Scientific Foundations and Technologies; 2010. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники. Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520-530. Kablov EN. Materials and chemical technologies for aviation equipment. Herald of the Russian Academy of Sciences. 2012;82(6):520-530. Osswald T, Baur E, Brinkmann S. et al. International Plastics Handbook the Resource for Plastics Engineers. Munich; Cincinnati: Hanser. 2006. P. 904. Osswald T, Baur E, Brinkmann S. International plastics handbook the resource for plastics engineers. Munich (Cincinnati): Hanser; 2006. Razali N, Sultan M T H, Mustapha F et al. Impact Damage on Composite Structures – A Review. The International Journal Of Engineering And Science (IJES). 2014;3(7):8-20. Razali N, Sultan M T H, Mustapha F. Impact damage on composite structures: review. The International Journal Of Engineering And Science (IJES). 2014;3(7):8-20. Serge Abrate. Impact Ingeneering of Composite Structures. Springer-Wien-NewYork. 2011. P. 409. Abrate S. Impact engeneering of composite structures. Springer-Wien-NewYork; 2011. А.А. Соловьева, К.С. Кулак, Е.Ю. Артамонова. Использование композиционных материалов при проектировании ветроэнергетических установок. Молодой ученый. 2016. № 22.3 (126.3). С. 50-54. - URL: https://moluch.ru/archive/126/35133/. Solovyeva AA, Kulak KS, Artamonova EYu. Use of composite materials in the design of wind power plants. Young Scientist [Internet]. 2016;22.3(126.3):50-54. Available from: https://moluch.ru/archive/126/35133/. Путилина П.М., Куцевич К.Е., Исаев А.Ю. Полимерные композиционные материалы на основе углеродных и стеклянных волокон для изготовления деталей беспилотных летательных аппаратов и перспективы их развития. Труды ВИАМ. 2023. №8 (126). С. 85-99. Putilina PM, Kutsevich KE, Isaev AYg. Polymer composite materials based on carbon and glass fibers for manufacturing parts of unmanned aerial vehicles and prospects for their development. Trudi VIAM. 2023;8(126):85-99. Мишкин С.И. Применение углепластиков в конструкциях беспилотных аппаратов (обзор) / С.И. Мишкин. Труды ВИАМ. 2022. №5 (111). С. 87-95. Mishkin SI. Use of carbon fiber plastics in the construction of unmanned vehicles (review). Trudi VIAM. 2022;5(111):87-95. Валуева М.И., Евдокимов А.А., Начаркина А.В. и др.. Полимерные композиционные материалы и технологии в автомобилестроении (обзор). Труды ВИАМ. 2022. №1 (107). С. 53-65. Valueva MI, Evdokimov AA, Nacharkina AV. Polymer composite materials and technologies in the automotive industry (review). Trudi VIAM. 2022;1(107):53-65. Тимошков П.Н., Гончаров В.А., Усачева М.Н. и др. Особенности технологии и полимерные композиционные материалы для изготовления крыльев перспективных самолетов (обзор). Труды ВИАМ. 2022. №1 (107). С. 66-75. Timoshkov PN, Goncharov VA, Usacheva MN. et al. Technology features and polymer composite materials for the manufacture of wings of promising aircraft (review). Trudi VIAM. 2022;1(107):66-75. Гончаров В.А., Тимошков П.Н., Усачева М.Н. Перспективы производства крупногабаритных авиационных деталей из полимерных композиционных материалов (обзор). Труды ВИАМ. 2021. №12 (106). С. 55-62. Goncharov VA, Timoshkov PN, Usacheva MN. Prospects for the production of large-sized aircraft parts from polymer composite materials (review). Trudi VIAM. 2021;12(106):55-62. Тимошков П.Н., Хрульков А.В., Григорьева Л.Н. Трансмиссионные валы из углепластика. Материалы и технологии (обзор). Труды ВИАМ. 2020. №8 (90). С. 46-53. Timoshkov PN, Khrulkov AV, Grigorieva LN. Transmission shafts made of carbon fiber. Materials and technologies (review). Trudi VIAM. 2020;8(90):46-53. Мишкин С.И., Раскутин А.Е., Евдокимов А.А. и др. Технологии и основные этапы строительства первого в России арочного моста их композиционных материалов. Труды ВИАМ. 2017. №6 (54). С. 42-51. Mishkin SI, Raskutin AE, Evdokimov AA. Technologies and main stages of construction of Russia's first arch bridge made of composite materials. Trudi VIAM. 2017. No.6 (54). pp. 42-51. Власенко Ф.С., Раскутин А.Е. Применение полимерных композиционных материалов в строительных конструкциях. Труды ВИАМ. 2013. №8. С.10. Vlasenko FS, Raskutin AE. Application of polymer composite materials in building structures. Trudi VIAM. 2013;8:10. Клименко О.Н., Валуева М.И., Рыбникова А.Н. Полимерные и полимерные композиционные материалы в спорте (обзор). Труды ВИАМ. 2020. №10 (92). С. 81-89. Klimenko ON, Valueva MI, Rybnikova AN. Polymer and polymer composite materials in sports (review). Trudi VIAM. 2020;10(92):81-89. Архангельский Ю. С. Справочная книга по СВЧ-электротермии. Саратов : Научная книга, 2011. 560 с. Arkhangelsky YuS. Reference book on SHF electrothermics. Saratov: Nauchnaya Kniga; 2011. Злобина И.В., Бекренев Н.В., Егоров А.С., Кузнецов Д.И. Влияние сверхвысокочастотного электромагнитного поля на межслоевую прочность в отвержденных полимерных композиционных материалах. Журнал технической физики. 2023. Т. 93. №2. С. 237-340. Zlobina IV, Bekrenev NV, Egorov AS, Kuznetsov DI. Influence of microwave electromagnetic field on interlayer strength in cured polymer composite materials. Technical Physics. 2023;93(2):237-340. Злобина И.В., Бекренев Н.В. О механизме повышения механических характеристик отвержденных полимерных композиционных материалов под действием СВЧ электромагнитного поля. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2022. Т. 22. № 2. С. 158-169. Zlobina IV, Bekrenev NV. On the mechanism of increasing the mechanical characteristics of cured polymer composite materials under the action of a microwave electromagnetic field. Izvestiya of Saratov University. Physics. 2022;22(2):158-169. Kwak M, Robinson P, Bismarck A, Microwave R. Curing of carbon–epoxy composites: Penetration depth and material characterization : Imperial College London Department of Aeronautics : A thesis submitted to Imperial College London for the degree of Doctor of Philosophy. 2016. P. 150 https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.007. Kwak M, Robinson P, Bismarck A, Microwave R. Curing of carbon–epoxy composites: Penetration depth and material characterization [dissertation on the internet]. [London (UK)]: Imperial College London Department of Aeronautics; 2016. Available from: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.007. Магнетрон М-177 75кВт, научно-производственное предприятие «Магратеп»: официальный сайт. 2017. https://magratep.ru/2017/09/29/. Magnetron M-177 75kW [Internet]. Magratep Scientific and Production Enterprise; 2017. Available from: https://magratep.ru/2017/09/29/. СВЧ-сушка древесины с применением систем управления на базе ПЛК Delta Electronics, компания «Elhand Transformatory»: официальный сайт 2025. https://deltronics.ru/articles/svch-sushka-drevesinyi/. SHF drying of wood using control systems based on Delta Electronics PLC [Internet]. Elhand Transformatory Company; 2025. Available from: https://deltronics.ru/articles/svch-sushka-drevesinyi/. https://www.europages.co.uk/en/company/aim-wood-ug-20706834/products/mikrowellen-vakuum-kammer-mghpg-0060-lx--35308516. https://www.europages.co.uk/en/company/aim-wood-ug-20706834/products/mikrowellen-vakuum-kammer-mghpg-0060-lx--35308516. Ivan Imenokhoyev H, Windsheimer R, Waltz N. Kintsel Microwave Heating Technology: Potentials and Limits. LINN HIGH THERM GmbH. 2013;90(4). Available from: https://www.linn-high-temp.de/fileadmin/user_upload/pages/about_us/download/publications/white_papers/MikrowellenerwaermungRus.pdf. Imenokhoyev IH, Windsheimer R, Waltz N. Kintsel microwave heating technology: potentials and limits. LINN HIGH THERM GmbH [Internet]. 2013;90(4). Available from: https://www.linn-high-temp.de/fileadmin/user_upload/pages/about_us/download/publications/white_papers/MikrowellenerwaermungRus.pdf. Огурцов К.Н. Разработка методов расчета электротермических установок и математического моделирования процессов термообработки диэлектриков с большими объемами и поверхностями: специальность 05.09.10 «Электротехнология»: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Огурцов Константин Николаевич; Саратовский государственных технический университет им. Гагарина Ю.А. Саратов, 2004. 18 с. Ogurtsov K.N. Development of calculation methods for electrothermal installations and mathematical modeling of heat treatment processes of dielectrics with large volumes and surfaces [abstract of dissertation]. [Saratov (RF)]; Yuri Gagarin State Technical University of Saratov; 2004. Скупинский А.В., Садовсков И.Д., Паршиков О.А. и др.. СВЧ технологическая установка повышения прочности и эластичности уплотнительных элементов магистральных трубопроводов. Вопросы электротехнологии. 2023. № 3 (40). С. 15-27. Skupinsky AV, Sadovskov ID, Parshikov OA, Avramov MV, Zlobina IV, Bekrenev NV. Microwave technological unit for increasing toughness and elasticity of sealing structures in long-distance pipelines. Journal of Electrotechnics. 2023;3(40):15-27. Патент № 2742147 Российская Федерация, МПК H05B 6/64 (2006.01), B29C 35/08 (2006.01), B29C 71/04(2006.01. СВЧ-установка обработки изделий из диэлектрических материалов с большими объемами и поверхностями: № 2020125579: заявл. 24.07.2020 : опубл. 03.02.2021 /Злобина И.В., Бекренев Н.В. ; заявитель СГТУ имени Гагарина Ю.А.. – 17 с. Zlobina IV, Bekrenev NV. RF Patent No. 2742147, MPK H05B 6/64 (2006.01), B29C 35/08 (2006.01), B29C 71/04(2006.01. SHF unit for products made of dielectric materials with large volumes and surfaces. 2021 Febr 03. Патент № 208976 Российская Федерация, МПК B25J 5/00 (2006.01). Мобильный робот для обработки поверхностей крупногабаритных стационарных объектов: № 2021110989: заявл. 16.04.2021 : опубл. 25.01.2022 / Перегородов А.А., Бекренев Н.В., Злобина И.В., Иванилов И.Н. ; заявитель СГТУ имени Гагарина Ю.А.. – 10 с. Peregorodov AA, Bekrenev NV, Zlobina IV, Ivanilov IN. RF Patent No. 208976, MPK B25J 5/00 (2006.01). Mobile robot for surface treatment of large stationary objects. 2022 Jan 25.