Определение силы резания при сверлении фольгированного стеклотекстолита
Автор: Шульгин Алексей Николаевич, Дьяконов Александр Анатольевич, Тверской Михаил Михайлович, Городкова Анастасия Евгеньевна
Рубрика: Технология
Статья в выпуске: 2 т.18, 2018 года.
Бесплатный доступ
В статье приведены результаты экспериментального исследования силы резания при получении отверстий различного диаметра сверлением в слоистом композиционном материале - фольгированном стеклотекстолите. Неоднородная структура материала имеет ограничения по механической обработке, связанные с появлением расслоений из-за неравномерного распределения механической нагрузки. Знания о величине механической нагрузки позволят спрогнозировать наиболее оптимальные режимы резания. В ходе проведения экспериментов получены зависимости изменения осевой составляющей силы резания от подачи при разных частотах вращения, обрабатываемых марках материала и диаметров сверел. В качестве обрабатываемого материала выбраны 3 наиболее распространенные в производстве марки: Isola DE 104, GEM (ILM), СФ2-35 ГОСТ10316-78. Выведена общая закономерность по выбору оптимальных режимов резания при сверлении слоистого композиционного материала. Для оценки влияния затупления режущего инструмента на параметры осевого усилия проведен эксперимент с использованием затупленных сверл диаметром 1 мм на всех трех типах материала по всем ранее выбранным режимам резания. Результат обработки экспериментальных данных показал, что зависимости осевой силы от подачи при использовании обрабатывающего инструмента разного диаметра и разных типов материалов (эпоксидная связка между слоями, стеклоткань, распределение филаментов волокна, разная стеклонаполненность) при одной и той же частоте вращения шпинделя схожи. Полученные зависимости и закономерности позволят построить силовую модель сверления композиционных материалов, что значительно упростит процедуру проектирования операции.
Слоистый композиционный материал, сверление, сила резания, фольгированный стеклотекстолит
Короткий адрес: https://sciup.org/147231715
IDR: 147231715 | УДК: 621.9.02 | DOI: 10.14529/engin180206
Determination of cutting force when drilling foiled glass-cloth-base laminate
The paper presents the results of an experimental study of the cutting force while drilling holes of various diameters in laminate composite, i.e. foiled glass-cloth-base laminate. Due to its inhomogeneous structure, the material has processing limitations associated with bundles caused by uneven distribution of mechanical load. If the value of mechanical load is known, it is possible to predict the most optimal cutting conditions. During the experiments, we obtained the dependences of the change in the axial component of cutting force on the feed at different rotational speeds, grades of processed material and drill diameters. Three most widely used brands, that is Isola DE 104, GEM (ILM), and SF2-35 GOST10316-78, were selected as the material to be processed. We obtained a general rule for choosing the optimal cutting conditions for drilling laminated composite material. To assess the effect of tool blunting on axial thrust parameters, we conducted an experiment which consisted in applying dull drills with a diameter of 1 mm to all three types of material for all previously selected cutting modes. The analysis of experimental data showed that the dependences of the axial force on the feed when using tools of different diameters and different types of materials (epoxy bond between the layers, fiberglass cloth, fiber filament distribution, and different glass filling) at the same spindle speed are similar. The obtained dependences and regularities will make it possible to develop a force model for drilling composite materials, which may significantly simplify the operation design.
Список литературы Определение силы резания при сверлении фольгированного стеклотекстолита
- Meshcheryakov, Yu.Ya. Technological aspects of production of foiled glass-cloth-base laminates / Yu.Ya. Meshcheryakov // Elektrotekhnika. - 1994. - P. 6-10.
- Yurov, L.L. Imroving production technology and development of new types of foiled glass-cloth-base laminates / L.L. Yurov, Yu.G. Ganin, A.N. Briksa // Elektrotekhnika. - 1994. - P. 10-15.
- Brinksmeier, E. Drilling of Composites and Resulting Surface Integrity / E. Brinksmeier, S. Fangmann, R. Rentsch // CIRP Annals. - 2011. - Vol. 60. - P. 57-60. DOI: 10.1016/j.cirp.2011.03.077
- Rahamathullah, I. Mechanistic Approach for Prediction of Forces in Micro-Drilling of Plain and Glass-Reinforced Epoxy Sheets / I. Rahamathullah, M.S. Shunmugam // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2014. - Vol. 75. - P. 1177-1187. DOI: 10.1007/s00170-014-6202-z
- Rahamathullah, I. Analyses of Forces and Hole Quality in Micro-Drilling of Carbon Fabric Laminate Composites / I. Rahamathullah, M.S. Shunmugam // Journal of Composite Materials. - 2013. - Vol. 47 (9). - P. 1129-1140. DOI: 10.1177/0021998312445594
- Liow, J.L. Mechanical Micromachining: A Sustainable Micro-Device Manufacturing Approach / J.L. Liow // Journal of Cleaner Production. - 2009. - Vol. 17. - P. 662-667. 10.1016/j.jclepro. 2008.11.012
- DOI: 10.1016/j.jclepro.2008.11.012
- Anand, R.S. Size Effects in Micro Drilling of Carbon Fibre-Reinforced Plastic Composite / R.S. Anand, K. Patra, M. Steiner // Production Engineering - Research and Development. - 2014. - Vol. 8 (3). - P. 301-307.
- DOI: 10.1007/s11740-014-0526-2
- Faraz, A. Cutting Edge Rounding: An Innovative Tool Wear Criterion in Drilling CFRP Composite Laminates / A. Faraz, D. Biermann, K. Weinert // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 2009. - Vol. 49. - P. 1185-1196.
- DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2009.08.002
- Chandrasekharan, V.A Mechanistic Approach to Predicting the Cutting Forces in Drilling: With Application to Fibre Reinforced Composite Materials / V. Chandrasekharan, S.G. Kapoor, R.E. DeVor // Journal of Engineering for Industry. - 1995. - Vol. 17. - P. 559-570.
- DOI: 10.1115/1.2803534
- Дрожжин, В.И. Силы резания при сверлении слоистых пластмасс / В.И. Дрожжин, Л.С. Кравченко // Резание и инструмент, Харьков. - 1972. - Вып. 5. - С. 38-43.
- Дрожжин, В.И. Физические особенности и закономерности процесса резания слоистых пластмасс: автореф. дис. … д-ра техн. наук / В.И. Дрожжин. - Харьков: ХПИ, 1982. - 32 с.
- Lazar, M. Experimental Analysis of Drilling Fibre-Rein-forced Composites / M. Lazar, P. Xirouchakis // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 2011. - Vol. 51. - P. 937-946.
- Elhachimi, M. Mechanical Modelling of High Speed Drilling 1: Predicting Torque and Thrust / M. Elhachimi, S. Torbaty, P. Joyot // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 1999. - Vol. 39. - P. 553-568.
- DOI: 10.1016/S0890-6955(98)00050-9
- Егоров, С.В. Обработка резанием конструкционных пластмасс / С.В. Егоров. - М.: Оборонгиз, 1955. - 115 с.
- Егоров, С.В. Силы резания при обработке конструкционных пластмасс / С.В. Егоров // Обработка металлов и пластмасс резанием. - М.: Машгиз, 1955. - С. 35-44.
- Ерохин, A.A. Обработка резанием стеклопластиков / А.А. Ерохин // Высокопроизводительное резание в машиностроении. - М.: Наука, 1966. - С. 48-54.
- Шульгин, А.Н. Повышение качества и производительности обработки отверстий на печатных платах путем выбора оптимальной геометрии сверл с учетом динамики процесса сверления. / А.Н. Шульгин, А.А. Орлов // Технологическое обеспечение машиностроительных производств: сб. науч. тр. I Междунар. заоч. науч.-техн. конф., 16-17 дек. 1013 г. - Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2014. - C. 432-437.
- Виноградов, А.А. Физические основы процесса сверления труднообрабатываемых металлов твердосплавными сверлами / А.А. Виноградов. - Киев: Наук. думка, 1985. - 264 с.
- Штучный, Б.П. Механическая обработка пластмасс: справ. / Б.П. Штучный. - М.: Машиностроение, 1987. - 152 с.
