Особливості фрезерної обробки композитних матеріалів. Аналітичний огляд
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2023-1(91)-92-100Ключові слова:
оброблюваність, механічні властивості, класифікація композитів, кінцева фреза, механічна обробкаАнотація
У роботі представлено огляд сучасних наукових досліджень процесу фрезерування композитних матеріалів. Композити належать до анізотропних матеріалів, їх властивості залежать від хімічного складу і структури матриці та армування. В роботі наведено класифікацію сучасних композитних матеріалів, описано механічні властивості їх різних типів та основні проблеми, які виникають при механічній обробці. Інформаційну основу літературного огляду, представленого в цій роботі, становлять результати сучасних вітчизняних і зарубіжних наукових досліджень. Наведено новітні інструментальні матеріали, спеціальні конструкції різальних інструментів, режими різання та умови оброблення, які пропонуються для ефективної фрезерної обробки композитів. Обговорюються результати експериментальних досліджень процесу фрезерування композитів в умовах сухої обробки та обробки із мінімальним змащуванням. Проаналізовано результати наукових робіт із визначення основних причин інтенсивного зношування фрез при обробці композитних матеріалів різних типів. Звертається увага на перспективи застосування різальних інструментів, оснащених полікристалічними алмазами з різним розміром зерен, для фрезерування композитних матеріалів. Виявлено недостатність масштабних і ґрунтовних досліджень процесів фрезерування (ультразвукового фрезерування) керамоматричних композитів. Обґрунтовано необхідність подальших наукових пошуків перспективних шляхів підвищення ефективності обробки композитних матеріалів різних типів.
Посилання
Vyshniakov, L.R. (2014), «Kompozytsiini materialy», Entsyklopediia Suchasnoi Ukrainy, onlain-versiia, Instytut entsyklopedychnykh doslidzhen NAN Ukrainy, Kyiv, [Online], available at: https://esu.com.ua/article-4385
Bielikov, S.B., Volchok, I.P., Mitiaiev, O.A. et al (2017), «Kompozytsiini materialy v aviabuduvanni (ohliad)», Novi materialy i tekhnolohii v metalurhii ta mashynobuduvanni, No. 2, pp. 32–40.
Kolesnyk, V. et al. (2022), «Doslidzhennia vplyvu rezhymiv rizannia na shorstkist obroblenoi poverkhni pry sverdlinni otvoriv u paketakh "vuhleplastyk / tytanovyi splav"», Suchasni tekhnolohii v mashynobuduvanni ta transporti, Vol. 1, No. 18, pp. 110–123.
Khavin, H.L. and Khou, Ch. (2022), «Vplyv kuta oriientatsii armuiuchykh elementiv na intensyvnist znoshuvannia instrumentu pry obrobtsi polimernykh kompozytiv», Visnyk natsionalnoho tekhnichnoho universytetu «Kharkivskyi politekhnichnyi instytut». Ser. Tekhnika v mashynobuduvanni, No. 1, pp. 59–65.
Komanduri, R. (1997), «Machining of fiber–reinforced composites», Machining science and technology, Vol. 1, No. 1, pp. 113–152.
Uhlmann, E. et al. (2016), «High speed cutting of carbon fibre reinforced plastics», Procedia manufacturing, Vol. 6, рр. 113–123, doi: 10.1016/j.promfg.2016.11.015.
Gara, S. and Tsoumarev, O. (2015), «Effect of tool geometry on surface roughness in slotting of CFRP», The international journal of advanced manufacturing technology, Vol. 86, No. 1–4, pp. 451–461, doi: 10.1007/s00170-015-8185-9.
He, Y. et al. (2017), «The cutting force and defect analysis in milling of carbon fiber–reinforced polymer (CFRP) composite», The international journal of advanced manufacturing technology, Vol. 93, No. 5–8, pp. 1829–1842, doi: 10.1007/s00170-017-0613-6.
Xu, W., Zhang, L. and Wu, Y. (2016), «Effect of tool vibration on chip formation and cutting forces in the machining of fiber–reinforced polymer composites», Machining science and technology, Vol. 20, No. 2, pp. 312–329, doi: 10.1080/10910344.2016.1168930.
Gara, S., M'hamed, S. and Tsoumarev, O. (2017), «Temperature measurement and machining damage in slotting of multidirectional CFRP laminate», Machining science and technology, Vol. 22, No. 2, pp. 320–337, doi: 10.1080/10910344.2017.1365892.
Wang, H. et al. (2016), «The effect of cutting temperature in milling of carbon fiber reinforced polymer composites», Composites part A: applied science and manufacturing, Vol. 91, рр. 380–387, doi: 10.1016/j.compositesa.2016.10.025.
Sikder, S. (2010), Analytical model for force prediction when machining metal matrix composites: thesis.
Liao, Z. et al. (2019), «State-of-the-art of surface integrity in machining of metal matrix composites», International journal of machine tools and manufacture, Vol. 143, рр. 63–91, doi: 10.1016/j.ijmachtools.2019.05.006.
Yakut, N. (2022), «Cutting tool selection for machining metal matrix composites», Journal of Advances in Manufacturing Engineering, Vol. 3, рр. 64–76, doi: 10.14744/ytu.jame.2022.00008.
Yang, Y. et al. (2015), «An experimental study on milling of high–volume fraction SiCP/Al composites with PCD tools of different grain size», The international journal of advanced manufacturing technology, Vol. 79, No. 9–12, рр. 1699–1705, doi: 10.1007/s00170-015-6901-0.
Xiong, Y.–F. et al. (2022), «Feasibility and tool performance of ultrasonic vibration-assisted milling-grinding SiCf/SiC ceramic matrix composite», Journal of materials research and technology, Vol. 19, рр. 3018–3033, doi: 10.1016/j.jmrt.2022.06.063.
Xiong, Y.-F. et al. (2022), «Assessment of machined surface for SiCf/SiC ceramic matrix composite during ultrasonic vibration-assisted milling-grinding», Ceramics international, Vol. 49, рр. 5345–5356, doi: 10.1016/j.ceramint.2022.10.058.
Ceramic matrix composite, [Online], available at: https://www.academia.edu/30448760/Ceramic_matrix_composite
Iskandar, Y. et al. (2014), «Flow visualization and characterization for optimized MQL machining of composites», CIRP annals, Vol. 63, No. 1, pp. 77–80, doi: 10.1016/j.cirp.2014.03.078.
Hosokawa, A. et al. (2014), «High–quality machining of CFRP with high helix end mill», CIRP annals, Vol. 63, No. 1, рр. 89–92, doi: 10.1016/j.cirp.2014.03.084.
Ghafarizadeh, S., Chatelain, J.F. and Lebrun, G. (2016), «Finite element analysis of surface milling of carbon fiber–reinforced composites», The international journal of advanced manufacturing technology, Vol. 87, No. 1–4, pp. 399–409, doi: 10.1007/s00170-016-8482-y.
Machining CFRP/GFRP Composite material, [Online], available at: https://www.machining4.eu/Technology-Sheets/Machining_CFRP_GFRP_Composite_material
types of Endmill for Composite Material – KORLOY CFRP/GFRP exclusive Endmill, [Online], available at: http://www.korloy.com/en/prcenter/median
Liu, S.Q. et al. (2016), «Study on the cutting force and machined surface quality of milling AFRP», Materials science forum, Vol. 836–837, рр. 155–160, doi: 10.4028/www.scientific.net/msf.836-837.155.
Список використаної літератури:
Вишняков Л.Р. Композиційні матеріали / Л.Р. Вишняков // Енциклопедія Сучасної України : онлайн-версія. – Київ : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2014 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://esu.com.ua/article-4385.
Композиційні матеріали в авіабудуванні (огляд) / С.Б. Бєліков, І.П. Волчок, О.А. Мітяєв та ін // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2017. – № 2. – С. 32–40.
Дослідження впливу режимів різання на шорсткість обробленої поверхні при свердлінні отворів у пакетах «вуглепластик / титановий сплав» / В.Колесник та ін. // Сучасні технології в машинобудуванні та транспорті. – 2022. – Т. 1, № 18. – С. 110–123.
Хавін Г.Л. Вплив кута орієнтації армуючих елементів на інтенсивність зношування інструменту при обробці полімерних композитів / Г.Л. Хавін, Ч.Хоу // Вісник національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Сер. : Техніка в машинобудуванні. – 2022. – № 1. – С. 59–65.
Komanduri R. Machining of fiber–reinforced composites / R.Komanduri // Machining science and technology. – 1997. – Vol. 1, № 1. – P. 113–152.
High speed cutting of carbon fibre reinforced plastics / E.Uhlmann and other // Procedia manufacturing. – 2016. – Vol. 6. – P. 113–123. DOI: 10.1016/j.promfg.2016.11.015.
Gara S. Effect of tool geometry on surface roughness in slotting of CFRP / S.Gara, O.Tsoumarev // The international journal of advanced manufacturing technology. – 2015. – Vol. 86, № 1–4. – P. 451–461. DOI: 10.1007/s00170-015-8185-9.
The cutting force and defect analysis in milling of carbon fiber–reinforced polymer (CFRP) composite / Y.He and other // The international journal of advanced manufacturing technology. – 2017. – Vol. 93, № 5–8. – P. 1829–1842. DOI: 10.1007/s00170-017-0613-6.
Xu W. Effect of tool vibration on chip formation and cutting forces in the machining of fiber–reinforced polymer composites / W.Xu, L.Zhang, Y.Wu // Machining science and technology. –2016. – Vol. 20, № 2. – P. 312–329. DOI: 10.1080/10910344.2016.1168930.
Gara S. Temperature measurement and machining damage in slotting of multidirectional CFRP laminate / S.Gara, S.M'hamed, O.Tsoumarev // Machining science and technology. – 2017. – Vol. 22, № 2. – P. 320–337. DOI: 10.1080/10910344.2017.1365892.
The effect of cutting temperature in milling of carbon fiber reinforced polymer composites / H.Wang and other // Composites part A: applied science and manufacturing. – 2016. – Vol. 91. – P. 380–387. DOI: 10.1016/j.compositesa.2016.10.025.
Sikder S. Analytical model for force prediction when machining metal matrix composites: thesis / S.Sikder. – 2010.
State-of-the-art of surface integrity in machining of metal matrix composites / Z.Liao and other // International journal of machine tools and manufacture. – 2019. – Vol. 143. – P. 63–91. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2019.05.006.
Yakut N. Cutting tool selection for machining metal matrix composites / N.Yakut // Journal of Advances in Manufacturing Engineering. – 2022. – Vol. 3. – P. 64–76. DOI: 10.14744/ytu.jame.2022.00008.
An experimental study on milling of high–volume fraction SiCP/Al composites with PCD tools of different grain size / Y.Yang and other // The international journal of advanced manufacturing technology. – 2015. – Vol. 79, № 9–12. – P. 1699–1705. DOI: 10.1007/s00170-015-6901-0.
Feasibility and tool performance of ultrasonic vibration-assisted milling-grinding SiCf/SiC ceramic matrix composite / Y.–F. Xiong and other // Journal of materials research and technology. – 2022. – Vol. 19. – P. 3018–3033. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.06.063.
Assessment of machined surface for SiCf/SiC ceramic matrix composite during ultrasonic vibration-assisted milling-grinding / Y.-F. Xiong and other // Ceramics international. – 2022. – Vol. 49. – P. 5345–5356. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.10.058.
Ceramic matrix composite [Electronic resource]. – Access mode : https://www.academia.edu/30448760/Ceramic_matrix_composite.
Flow visualization and characterization for optimized MQL machining of composites / Y.Iskandar and other // CIRP annals. – 2014. – Vol. 63, № 1. – P. 77–80. DOI: 10.1016/j.cirp.2014.03.078.
High-quality machining of CFRP with high helix end mill / A.Hosokawa and other // CIRP annals. – 2014. – Vol. 63, № 1. – P. 89–92. DOI: 10.1016/j.cirp.2014.03.084.
Ghafarizadeh S. Finite element analysis of surface milling of carbon fiber–reinforced composites / S.Ghafarizadeh, J.F. Chatelain, G.Lebrun // The international journal of advanced manufacturing technology. – 2016. – Vol. 87, № 1–4. – P. 399–409. DOI: 10.1007/s00170-016-8482-y.
Machining CFRP/GFRP Composite material [Electronic resource]. – Access mode : https://www.machining4.eu/Technology-Sheets/Machining_CFRP_GFRP_Composite_material.
types of Endmill for Composite Material – KORLOY CFRP/GFRP exclusive Endmill [Electronic resource]. – Access mode : http://www.korloy.com/en/prcenter/medianews_view.do?id_boards=8599&pageIndex=9.
Study on the cutting force and machined surface quality of milling AFRP / S.Q. Liu and other // Materials science forum. – 2016. – Vol. 836–837. – P. 155–160. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.836-837.155.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Олег Олегович Томашевський , Наталія Олександрівна Балицька
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
