Підвищення точності форми отворів в деталях з вуглепластиків

Abstract

Робота присвячена зниженню деламінації кромки і підвищенню ефективності обробки отворів в деталях з вуглепластиків спіральним та кільцевим свердлом. Висунуто гіпотезу про залежність якості вихідної кромки отвору від її температури. Запропоновано нове технологічне рішення для зменшення дефектів кромки і підвищення ефективності обробки отворів в ПКМ, з метою реалізації якого, розроблений ряд нових конструкцій алмазних свердел. Проведено комплекс експериментальних досліджень з метою достовірної оцінки технологічних характеристик кожного виду обробки стосовно вуглепластика. Доведено ефективність запропонованого технологічного рішення. Виведено регресійні залежності для визначення сил різання і якісних показників отвору, на підставі яких, виконана оптимізація режимів різання для досягнення якості отворів, які відповідають вимоги готової продукції. Вироблені практичні рекомендації щодо вибору раціональних режимів різання і ріжучого інструменту для свердління отворів в вуглепластика. Створена чисельна модель теплового поля при кільцевому свердлінні вуглепластика з емпіричним базуванням. Вивчено вплив режимів різання і зернистості абразиву на теплонапруженість процесу. Зіставлення температурних і якісних тенденцій підтвердило висунуту гіпотезу.

Работа посвящена снижению величины дефектов кромки и повышению эффективности обработки отверстий малого диаметра (6 мм) в деталях из углепластиков спиральным и кольцевым сверлом. Проанализированы известные исследования по обработке отверстий в полимерных композиционных материалах. Выявлены характерные особенности обработки данного класса материалов. Изучены предложенные методы и приёмы повышения эффективности обработки отверстий резанием, установлены рекомендуемые геометрии инструментов и режимные параметры процесса. Выдвинута гипотеза о зависимости качества выходной кромки отверстия от температуры обработки поверхностного (нижнего) слоя композитного пакета. Предложено новое технологическое решение для уменьшения дефектов кромки и повышения эффективности обработки отверстий в полимерных композитах, с целью реализации которого, разработан ряд новых конструкций алмазных сверл. Выполнен комплекс экспериментальных исследований лезвийного и алмазного сверления углепластика с целью достоверной оценки технологических преимуществ и недостатков каждого вида обработки применительно к углепластику. Также исследовалось кольцевое сверло авторской конструкции, в котором реализовано новое технологическое решение. Погрешность измерений, согласно документации измерительной аппаратуры, не превышает 2,3%. Установлен характер образования сил резания, проанализировано их влияние на контролируемые параметры. Обнаружено снижение осевой силы с увеличением глубины сверления, зависимость величины которого, тесно связана с режимами резания и зернистостью инструмента. Это находит объяснение через потерю прочностных свойств обрабатываемого материала по причине нагрева, что косвенно верифицирует выдвинутую гипотезу. Доказана и продемонстрирована эффективность предложенного технологического решения. Экспериментальные данные подвергнуты статистическому анализу. Выведены регрессионные зависимости для определения сил резания и качественных показателей отверстия, на основании которых, выполнена оптимизация режимов резания для достижения качества отверстий, удовлетворяющих требования готовой продукции. Выработаны практические рекомендации по выбору рациональных режимов резания и режущего инструмента для сверления отверстий в углепластика. Исследовано тепловую сторону процесса алмазного сверления углепластика. Создана численная трехмерная модель нестационарного процесса нагрева обрабатываемого материала на операции кольцевого сверления углепластика. Достоинство модели обеспечивается за счет базирования на эмпирических входных данных, а также исключения допущения об отсутствии обратной связи теплофизических свойств материала с температурой, в результате чего, предлагаемая модель имеет высокий уровень адекватности. Усредненная погрешность моделирования с учетом ошибки эмпирических данных составила 26%. Полученное тепловое поле позволило выявить характер становления температуры в зоне резания и на обрабатываемой поверхности. Установлены максимальные температуры и их локации. Изучено влияние режимов резания и зернистости абразива на теплонапряженность процесса сверления. На основании сопоставления температурных и качественных тенденций отмечена высокая степень корреляции этих показателей. Максимальная температура достигается в последнем срезаемом слое и ее значение достаточно для потери более половины прочности материала на изгиб, что приводит к его разрушению и нарушению геометрии кромки отверстия. Указанное является прямым подтверждением выдвинутой гипотезы.

The work is dedicated to reducing of drilling induced delamination and improving process efficiency of small diameter holes treatment in CFRP using twist and core drills. A hypothesis of delamination dependence on temperature processing of the last layer was supposed in this study. Based on the hypothesis, it was proposed new technological solutions to reduce edge defects and improving the efficiency of holes in polymer composites, which realized by the development of new designs of diamond drill bits. The complex of experimental studies were performed in order to assess reliable technological advantages and disadvantages of each drilling type concerning CFRP. The efficiency of the proposed technological solution was approved. After statistical calculation, empirical regression for cutting forces and qualitative indicators were obtained as also the optimal cutting parameters for required hole edge quality. It were presented practical recommendations for rational choice of the process parameters and cutting tool for drilling holes in carbon fiber. Developed numerical model of thermal field during core drilling of carbon fiber with full empirical base. It was established the influence of the cutting and abrasive grit to thermal intensity of the process. Supposed hypothesis is confirmed by the comparison of temperature and quality trends.