ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

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.

1. Matthews F.L., Rawlings R.D. Composite materials: engineering and science. – Oxford: The Alden Press, 1999. – 480 p. – ISBN 978-1-8557-3473-9.

2. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 384 с. – ISBN 5-7782-0315-2.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Марков А.М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2014. – № 7 (37). – С. 3–8.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Петров М.Г. Оценка структурного состояния композиционных материалов в процессе разрушения // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 4. – С. 61–67.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.