Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя стекловолоконных композитов при концевом фрезеровании
- Авторы: Марков А.М.1, Некрасов В.Н.1, Су Ц.1, Салман А.М.1, Гайст С.В.1, Андреев М.В.1
-
Учреждения:
- Выпуск: Том 22, № 4 (2020)
- Страницы: 31-40
- Раздел: ТЕХНОЛОГИЯ
- URL: https://bakhtiniada.ru/1994-6309/article/view/302002
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2020-22.4-31-40
- ID: 302002
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. На сегодняшний день стеклопластик является одним из наиболее распространенных композиционных материалов, поэтому его механическая обработка продолжает быть объектом исследований. Во многих работах установлено влияние режимов резания и конструктивно-геометрических параметров инструмента на шероховатость обработанной поверхности, силы резания и износ режущего инструмента. Предметом данного исследования является качество поверхности. Цель работы – исследование влияния режимов обработки на расслоение и шероховатость стекловолоконных композитов при концевом фрезеровании, а также проверка гипотезы о влиянии крутящего момента на расслоение. Актуальность работы обусловлена тем, что расслоение, наряду с шероховатостью, оказывает существенное влияние на качество обработки и последующей сборки готового изделия. Предлагается критерий для оценки величины расслоения композиционных материалов при их механической обработке. Приводятся результаты экспериментальных исследований крутящего момента на фрезе, относительного коэффициента расслоения и шероховатости поверхности от режимов резания. Методы исследования. Создана экспериментальная установка с использованием пьезоэлектрического датчика динамического крутящего момента компании China Botong Electric, который способен фиксировать крутящий момент, действующий на вращающуюся фрезу в процессе механической обработки. Проведен ряд опытов с целью установления связи крутящего момента, относительного коэффициента расслоения и шероховатости поверхности. Результаты и обсуждения. Сравнительный анализ полученных зависимостей показал, что крутящий момент напрямую связан с расслоением. Для уменьшения расслоения следует уменьшать глубину резания, а с целью обеспечения заданной производительности – увеличивать подачу и частоту вращения фрезы. Представленные результаты подтверждают перспективность развиваемого подхода, направленного на обработку новых классов композиционных материалов.
Ключевые слова
Об авторах
А. М. Марков
Email: andmarkov@inbox.ru
доктор техн. наук, профессор, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, г. Барнаул, 656038, Россия, andmarkov@inbox.ru
В. Н. Некрасов
Email: sla44@mail.ru
канд. техн. наук, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, г. Барнаул, 656038, Россия, sla44@mail.ru
Ц. Су
Email: 278507234@qq.com
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, г. Барнаул, 656038, Россия, 278507234@qq.com
А. М. Салман
Email: azharmansoor76@gmail.com
канд. техн. наук, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, г. Барнаул, 656038, Россия, azharmansoor76@gmail.com
С. В. Гайст
Email: sergei_gaist@mail.ru
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, г. Барнаул, 656038, Россия, sergei_gaist@mail.ru
М. В. Андреев
Email: m194@mai.ru
канд. техн. наук, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, г. Барнаул, 656038, Россия, m194@mai.ru
Список литературы
- Matthews F.L., Rawlings R.D. Composite materials: engineering and science. – Oxford: The Alden Press, 1999. – 480 p. – ISBN 978-1-8557-3473-9.
- Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 384 с. – ISBN 5-7782-0315-2.
- Chung D.D.L. Composite materials: functional materials for modern technologies. – London: Springer-Verlag, 2004. – 293 p. – ISBN 978-1-4471-3734-0. – doi: 10.1007/978-1-4471-3732-0.
- Voids in fiber-reinforced polymer composites: a review on their formation, characteristics, and effects on mechanical performance / M. Mehdikhani, L. Gorbatikh, I. Verpoest, S.V. Lomov // Journal of Composite Materials. – 2019. – Vol. 53, iss. 12. – P. 1579–1669. – doi: 10.1177/0021998318772152.
- Arola D., Ramulu M. Orthogonal cutting of fiber-reinforced composites: a finite element analysis // International Journal of Mechanical Sciences. – 1997. – Vol. 39, iss. 5. – P. 597–613. – doi: 10.1016/S0020-7403(96)00061-6.
- Марков А.М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2014. – № 7 (37). – С. 3–8.
- Исследование влияния технологических параметров на прочность резьбового соединения в деталях из углепластика / А.М. Марков, В.Н. Некрасов, А.М. Салман, С.В. Гайст, Ц. Су // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 2. – С. 6–15. – doi: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-6-15.
- Delamination failure of a woven glass fiber composite / T. Ebeling, A. Hiltner, E. Baer, I.M. Fraser, M.L. Orton // Journal of Composite Materials. – 1997. – Vol. 31, iss. 13. – P. 1318–1333. – doi: 10.1177/002199839703101304.
- Palanikumar K., Karunamoorthy L., Karthikeyan R. Assessment of factors influencing surface roughness on the machining of glass fiber-reinforced polymer composites // Materials and Design. – 2006. – Vol. 27, iss. 10. – P. 862–871. – doi: 10.1016/j.matdes.2005.03.011.
- Krishnamoorthy A., Boopathy S.R., Palanikumar K. Delamination analysis in drilling of cfrp composites using response surface methodology // Journal of Composite Materials. – 2009. – Vol. 43, iss. 24. – P. 2885–2902. – doi: 10.1177/0021998309345309.
- Kini M.V., Chincholkar A.M. Effect of machining parameters on surface roughness and material removal rate in finish turning of ±30° glass fibre reinforced polymer pipes // Materials and Design. – 2010. – Vol. 31, iss. 7. – P. 3590–3598. – doi: 10.1016/j.matdes.2010.01.013.
- Марков А.М., Счиггел Н. Обеспечение качества изготовления деталей из композита // Инновации в машиностроении (ИнМаш-2017): сборник трудов VIII Международной научно-практической конференции, 28–30 сентября 2017 г. – Новосибирск, 2017. – С. 219–225.
- Forecasting of machined surface waviness on the basis of self-oscillations analysis / E.B. Belov, S.L. Leonov, A.M. Markov, A.A. Sitnikov, V.A. Khomenko // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 50 (1). – doi: 10.1088/1755-1315/50/1/012053.
- Delamination resistance of composite laminated structures reinforced with angled, threaded, and anchored Z-pins / A. Virakthi, S.W. Kwon, S.W. Lee, M.E. Robeson // Journal of Composite Materials. – 2018. – Vol. 53, iss. 11. – doi: 10.1177/0021998318805201.
- Song D.Y., Takeda N., Ogihara S. A method of stress analysis for interfacial property evaluation in thermoplastic composites // Materials Science and Engineering: A. – 2000. – Vol. 278, iss. 1–2. – P. 242–246. – doi: 10.1016/S0921-5093(99)00578-X.
- Ramulu M., Kim D., Choi G. Frequency analysis and characterization in orthogonal cutting of glass fiber reinforced composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2003. – Vol. 34, iss. 10. – P. 949–962. – doi: 10.1016/S1359-835X(03)00203-3.
- Петров М.Г. Оценка структурного состояния композиционных материалов в процессе разрушения // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 4. – С. 61–67.
- Song S., Zuo D. Modelling and simulation of whirling process based on equivalent cutting volume // Simulation Modelling Practice and Theory. – 2014. – Vol. 42. – P. 98–106. – doi: 10.1016/j.simpat.2013.12.011.
- Palanikumar K., Davim J.P. Assessment of some factors influencing tool wear on the machining of glass fibre-reinforced plastics by coated cemented carbide tools // Journal of Materials Processing Technology. – 2009. – Vol. 209, iss. 1. – P. 511–519. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.02.020.
- Kalla D., Sheikh-Ahmad J., Twomey J. Prediction of cutting forces in helical end milling fiber reinforced polymers // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2010. – Vol. 50, iss. 10. – P. 882–891. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2010.06.005.
- Experimental analysis of the influence of drill point angle and wear on the drilling of woven CFRPs / N. Feito, J. Díaz-Álvarez, A. Díaz-Álvarez, J.L. Cantero, M.H. Miguélez // Materials. – 2014. – Iss. 7. – P. 4258–4271. – doi: 10.3390/ma7064258.
- Янюшкин А.С., Лобанов Д.В., Мулюхин Н.В. Пути решения проблем формообразования режущего инструмента для обработки неметаллических композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 36–46. – doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-36-46.
- Рычков Д.А., Янюшкин А.С. Способ повышения эффективности производства изделий из полимерных композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 3. – С. 23–30. – doi: 10.17212/1994-6309-2016-3-23-30.
- Лобанов Д.В., Рычков Д.А., Сидоренко С.А. Повышение эффективности процесса подготовки производства изделий из композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 1. – С. 20–29. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-1-20–29.
Дополнительные файлы
