ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Достижения в разработке композиционных материалов с новыми эксплуатационными свойствами расширяют их применение в машино- и приборостроении как в гражданской, так и в оборонной отраслях. При этом существующие технологии получения композитов не обеспечивают достаточных показателей точности деталей, поэтому механическая обработка по-прежнему остается основным способом достижения необходимого качества. Несмотря на широкие технологические возможности лезвийной обработки, высокие абразивные свойства и неоднородность структуры углепластиков накладывает ряд ограничений и затрудняет выбор параметров обработки, особенно при изготовлении внутренней резьбы. Помимо режимов обработки существенное влияние на качество резьбового соединения оказывает диаметр предварительно просверленного отверстия. Несмотря на уже выполненные исследования в области механической обработки углепластиков, ряд вопросов не получили достаточной проработки. Целью работы является получение зависимости между параметрами обработки отверстия и резьбы, а также диаметра отверстия и качеством резьбового соединения для обеспечения заданных прочностных характеристик резьбового соединения. Предлагается методика и приводятся результаты экспериментального исследования прочности резьбового соединения, состоящего из детали из углепластика с внутренней резьбой и винта из конструкционной стали, в осевом направлении при равномерном вдавливании винта с определением максимального усилия сопротивления разрушению. Методы исследования: для резьбовых соединений диаметрами М6, М7 и М8 проведен полный факторный эксперимент по выявлению зависимости прочности резьбового соединения от таких режимных параметров как скорость резания и подача при сверлении и скорость резания при нарезании резьбы. Для контроля максимального усилия сопротивления разрушению, характеризующего прочность резьбового соединения, использовалась универсальная электромеханическая испытательная машина модели Instron- 3369. Результаты и обсуждение. Сравнительный анализ результатов испытаний показывает, что для образцов с резьбой диаметром М6 максимальное усилие сопротивления разрушению составило от 5,7 до 6,4 кН. Но при минимальной подаче сверления в сочетании с минимальной скоростью нарезания резьбы, максимальное усилие нагрузки не превысило 3,8 кН. Аналогичные результаты получены при испытании образцов с диаметрами резьбы М8 и М10.

1. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. – 176 с.

2. Veazey D., Gomez E.D., Hsu T. Next generation high-performance carbon fiber thermoplastic composites based on polyaryletherketones // Journal of Applied Polymer Science. – 2017. – Vol. 134, iss. 6. – P. 44441. – DOI: 10.1002/app.44441.

3. Heo Y., Malakooti M.H., Sodano H.A. Self-healing polymers and composites for extreme environments // Journal of Materials Chemistry А. – 2016. – Vol. 4, iss. 44. – P. 17403–17411. – DOI: 10.1039/C6TA06213J.

4. Макаров В.Ф., Мешкас А.Е., Ширинкин В.В. Исследование проблем механической обработки современных высокопрочных композиционных материалов, используемых для производства деталей авиационной и ракетно-космической техники // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2015. – Т. 17, № 2. – С. 30–41.

5. Drilling of thick composite materials using a step gundrill / P. Rahme, Y. Landon, F. Lachaud, R. Piquet, P. Lagarrigue // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2017. – Vol. 103. – P. 304–313. – DOI: 10.1016/j.compositesa.2017.10.016.

6. Pihtili H., Canpolat N. Investigation of different reinforced composite materials for surface roughness and capacity of being drilled // Journal of Composite Materials. – 2009. – Vol. 43, iss. 19. – P. 2071–2080. – DOI: 10.1177/0021998309340934.

7. Жернаков В.С., Первушин Ю.С., Соловьев П.В. Исследование упругих характеристик углепластика с 3D структурой // Письма о материалах. – 2019. – Т. 9, вып. 2 (34). – С. 185–190. – DOI: 10.22226/2410-3535-2019-2-185-190.

8. Delamination prediction in orthogonal machining of carbon long fiber-reinforced polymer composites / C. Santiuste, A. Olmedo, X. Soldani, H. Miguélez // Journal of Reinforced Plastics and Composites. – 2012. – Vol. 31, iss. 13. – P. 875–885. – DOI: 10.1177/0731684412444654.

9. Chen W.C. Some experimental investigations in the drilling of carbon fiber reinforced composite laminations // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 1997. – Vol. 37, iss. 8. – P. 1097–1108. – DOI: 10.1016/s0890-6955(96)00095-8.

10. Карасов Т.А., Храмовских В.В., Жихарев В.С. Проблемы резания композитов с высокопрочными наполнителями // Механики XXI веку. – 2017. – № 16. – С. 93–97.

11. Engineering method for the thermal mechanical erosion of C/C composite with the mesoscale ablation model / D. Deng, J. Yu, X. Yan, F. Huang, X. Luo // Polymers and polymer composites. – 2014. – Vol. 22, iss. 2. – P. 181–186. – DOI: 10.1177/096739111402200215.

12. Марков А.М., Макарова Н.А., Гайст С.В. Износ инструмента при фрезеровании стеклопластика // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2017. – № 4 (70). – С. 25–30. – DOI: 10.12737/article_58ef809026b201.73125147.

13. Рычков Д.А., Янюшкин А.С. Способ повышения эффективности производства изделий из полимерных композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 3 (72). – С. 23–30. – DOI: 10.17212/1994-6309-2016-3-23-30.

14. Экспериментальное исследование процесса формирования показателей качества при фрезеровании стеклопластика / С.В. Гайст, С.А. Катаева, А.М. Марков, П.О. Черданцев, Е.Ю. Лапенков // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2016. – № 3 (51). – С. 129–136. – DOI: 10.12737/22052.

15. Рычков Д.А., Афанасенко П.В., Кириченко О.П. Специфика изнашивания режущего инструмента при обработке полимерных композиционных материалов // Механики XXI веку. – 2018. – № 17. – С. 135–139.

16. Machining accuracy analysis for step multi-element varying-parameter vibration drilling of laminated composite materials / Z.J. Li, M.S. Hong, H. Su, Y.L. Wei // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2003. – Vol. 21, iss. 10–11. – P. 760–768. – DOI: 10.1007/s00170-002-1391-2.

17. Марков A.M., Лебедев П.В. Зависимость силовых характеристик процесса нарезания внутренней резьбы в деталях из высокопрочных полимерных композиционных материалов // Технология машиностроения. – 2014. – № 12. – С. 22–25.

18. Кудряшов Е.А., Каменева Т.Е. Повышение работоспособности охватывающей фрезы с режущими элементами из композита при нарезании трапецеидальной резьбы с элементами разрыва // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 1. – С. 33–43. – DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.1-33-43.

19. Davim J.P., Reis P. Study of delamination in drilling carbon ?ber-reinforced plastics (CFRP) using design experiments // Composite Structures. – 2003. – Vol. 59, iss. 4. – P. 481–487. – DOI: 10.1016/S0263-8223(02)00257-X.

20. Hocheng H., Tsao C.C. Comprehensive analysis of delamination in drilling of composite materials with various drill bits // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 140, iss. 1–3. – P. 335–339. – DOI: 10.1016/S0924-0136(03)00749-0.

21. Sedlacek J., Slany M. Analysis of delamination in drilling of composite materials // Modern Machinery (MM) Science Journal. – 2010. – June. – P. 192–197. – DOI: 10.17973/MMSJ.2010_06_201010.