ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2022-1-35-42ipolytech-574Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEОптимизация процесса чистовой обработки отверстий в многокомпонентных пакетах из углепластиков и металлических сплавовOptimisation of the bore reaming process in hybrid stacks made of carbon fibre and metal alloyshttps://orcid.org/0000-0002-6623-338XЧащинН. С.ChashchinN. S.

Чащин Николай Сергеевич - младший научный сотрудник.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Nikolay S. Chashchin - Junior Researcher.

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074

rufle54007@mail.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2022040420222613542Copyright © Чащин Н.С., 20222022Чащин Н.С.Chashchin N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/574

Цель – оптимизация технологии обработки отверстий в смешанных пакетах, содержащих слои композиционного материала, титанового и алюминиевого сплавов. Исследование проводилось с помощью статистических подходов к планированию экспериментов и обработке результатов в программе Statistica 6, а также в приложении Microsoft Excel 2010. Измерение шероховатости отверстий производилось на контактном профилометре Taylor Hobson Form Talysurf i200. Высота нароста на режущей кромке инструмента исследовалась с помощью оптического профилометра Bruker ContourGT-K1, снятие параметров диаметров отверстий – на координатноизмерительной машине Carl Zeiss CONTURA G2. Экспериментальное исследование производилось с помощью сверлильной машины с автоматической подачей Atlas Copco PFD-1500 и сборной развертки MAPAL диаметром 14 мм. Разработана и реализована методика комплексного экспериментального исследования процесса получения отверстий в СП структуры «титановый сплав ОТ4 – титановый сплав ВТ6 – полимерные композиционные материалы – титановый сплав ВТ6 – алюминиевый сплав 1933». Установлено, что наиболее значимыми факторами среди исследованных, влияющих на параметры точности отверстия, в частности на отклонение профиля продольного сечения отверстия, являются скорость резания в первой и второй степени, а также подача. Оптимальными режимами резания для поставленной цели являются скорость резания – 7,24 м/мин, подача – 0,27 мм/об и припуск на обработку – 0,5 мм. Таким образом, время обработки одного отверстия на операции развертывания снижено в 4,6 раза. Показано, что оптимальным способом охлаждения, обеспечивающим повышение точности и снижение шероховатости поверхности отверстия в слое из алюминиевого сплава, является охлаждение углекислым газом с температурой -56,5°C. Таким образом, в результате выполнения экспериментальных работ были исследованы основные закономерности процесса обработки точных отверстий в многокомпонентных смешанных пакетах из углепластиков, титановых и алюминиевых сплавов, реализуемого в технологической последовательности «сверление – развертывание».

The present work aims to improve the existing technology of reaming bores in hybrid stacks containing a composite material interlayered with titanium and aluminium alloys. The study was conducted using statistical approaches at the stages of experimental design and data processing in the Statistica 6 and Microsoft Excel 2010 software. The bore roughness was measured using a Taylor Hobson Form Talysurf i200 contact profilometer. The height of the tool build-up edge was investigated using a Bruker ContourGT-K1 optical profilometer. Bore diameters were determined using a Carl Zeiss Contura G2 coordinate measuring machine. An experimental study was carried out using an Atlas Copco PFD-1500 automatic feed drilling unit and a 14 mm MAPAL reamer with a replaceable head. A methodology for a comprehensive experimental study of boring and reaming processes in the “OT4 titanium alloy - VT6 titanium alloy - polymeric composite materials - VT6 titanium alloy - 1933 aluminium alloy” hybrid stack was developed and implemented. It was found that the most significant factors affecting the parameters of bore accuracy, in particular, the deviation from the true bore longitudinal section profile, include the cutting speed in the first and the second degree, as well as the feed. The optimum cutting modes are a cutting speed of 7.24 m/min, a feed of 0.27 mm/rev and a machining allowance of 0.5 mm. As a result, the time of reaming one bore is reduced by 4.6 times. The optimum cooling method, ensuring the increased accuracy and reduced roughness of the bore in the aluminium alloy layer, is cooling by carbon dioxide at a temperature of -56.5°C. As a result of experimental works, basic laws governing the boring and reaming processes in multicomponent hybrid stacks composed by carbon-fibre-reinforced plastics with titanium and aluminium alloys were investigated.

развертываниеразверткауглепластиксмешанный пакеттитановый сплавдисперсионный анализreamingreamercarbon fiberhybrid stacktitanium alloyANOVAReferencesChashhin N. S., Pashkov A. E., Ivanov Y. N., Sturov A. A. Roughness of holes in metal and polymer composite bags // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 632. Р. 012089. https://doi.org/10.1088/1757-899X/632/1/012089.Chashhin N. S., Pashkov A. E., Ivanov Y. N., Sturov A. A. Roughness of holes in metal and polymer composite bags. In: Materials Science and Engineering: IOP Confer-ence Series. 2019;632:012089. https://doi.org/10.1088/1757-899X/632/1/012089.Sturov A. A., Chashhin N. S., Ivanov Y. N. Service life testing of composite material // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 632. Iss. 1. Р. 012110. https://doi.org/10.1088/1757899X/632/1/012110.Sturov A. A., Chashhin N. S., Ivanov Y. N. Service life testing of composite material. In: Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019;632(1):012110. https://doi.org/10.1088/1757899X/632/1/012110.Чащин Н. С. Чистовая обработка отверстий в смешанных пакетах // Авиакосмические технологии (АКТ2018): тр. XIX Междунар. науч.-техн. конф. и шк. молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Воронеж, 7–8 июня 2018 г.). Воронеж, 2018. С. 262–266.Chashchin N. S. Hole finishing in mixed packages. In: Aviakosmicheskie tekhnologii (AKT-2018): trudy XIX Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii i shkoly molodyh uchenyh, aspirantov i studentov = Aerospace technologies (AKT-2018): proceedings of 19th International scientific and technical conference and school of young scientists, graduate students and students. 7–8 June 2018, Voronezh. Voronezh; 2018, р. 262–266. (In Russ.).Ivanov Y. N., Pashkov A. E., Chashhin N. S. Optimization of hole generation in TI/CFRP stacks // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018. Vol. 327. Iss. 4. Р. 042043. https://doi.org/10.1088/1757899X/327/4/042043.Ivanov Y. N., Pashkov A. E., Chashhin N. S. Optimization of hole generation in TI/CFRP stacks. In: Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018;327(4):042043. https://doi.org/10.1088/1757899X/327/4/042043.Chashhin N. S., Ivanov Y. N., Pashkov A. E., Sturov A. A. Precise holes machining in multicomponent stacks from metals and CFRP // Aviamechanical engineering and transport: Proceedings of the International Conference. 2018. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.13.Chashhin N. S., Ivanov Y. N., Pashkov A. E., Sturov A. A. Precise holes machining in multicomponent stacks from metals and CFRP. In: Aviamechanical engineering and transport: Proceedings of the International Conference. 2018. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.13.Abdelhafeez A. M., Soo S. L., Aspinwall D. K., Dowson A., Arnold D. Burr formation and hole quality when drilling titanium and aluminium alloys // Procedia CIRP. 2015. Vol. 37. P. 230–235. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.019.Abdelhafeez A. M., Soo S. L., Aspinwall D. K., Dowson A., Arnold D. Burr formation and hole quality when drilling titanium and aluminium alloys. Procedia CIRP. 2015;37:230-235. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.019.Пятых А. С, Савилов А. В., Тимофеев С. А. Метод контроля износа режущего инструмента при концевом фрезеровании нержавеющей стали // Трение и износ. 2021. Т. 42. № 4. С. 411–417. https://doi.org/10.32864/0202-4977-2021-42-4-411-417.Pyatyh A. S, Savilov A. V., Timofeev S. A. Method of tool wear control when stainless steel end milling. Trenie i iznos. 2021;42(4):411-417. https://doi.org/10.32864/02024977-2021-42-4-411-417.Timofeev S., Savilov A., Pyatykh A. Studies on the effect of cutter wear on cutting dy-namics when turning // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. P. 1367–1370. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.105.Timofeev S., Savilov A., Pyatykh A. Studies on the effect of cutter wear on cutting dynamics when turning. Materials Today: Proceedings. 2021;38(4):1367-1370. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.105.Savilov A., Pyatykh A., Nikitenko A. Axial contact points method for improving end-milling productivity // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. P. 1505–1507. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.138.Savilov A., Pyatykh A., Nikitenko A. Axial contact points method for improving end-milling productivity. Materials Today: Proceedings. 2021;38(4):1505-1507. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.138.Nikitenko A. V., Savilov A. V., Pyatykh A. S. Study of the axial contact points method applied when end-milling titanium alloys // Proceedings of the 6th International Confer-ence on Industrial Engineering / eds. A. A. Radionov, V. R. Gasiyarov. Cham: Springer, 2020. P. 436–444. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_51.Nikitenko A. V., Savilov A. V., Pyatykh A. S. Study of the axial contact points method applied when end-milling titanium alloys. In: Radionov A. A., Gasiyarov V. R. (eds.). Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Lecture Notes in Mechanical Engineering. Cham: Springer; 2020, p. 436-444. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_51.Иванов Ю. Н., Минаев Н. В., Баяндин В. В., Шаглаева Н. С. Синтез и свойства полимерных композиционных материалов на основе эпоксидной смолы // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. № 7. С. 89–95. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216407.6379.Ivanov Yu. N., Minaev N. V., Bayandin V. V., Shaglaeva N. S. Synthesis and properties of epoxy resin-based polymeric composite materials. Izvestiya vuzov. Himiya i himicheskaya tekhnologiya = Proceedings of Universities. ChemChemTech. 2021;64(7):89-95. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216407.6379.Zitoune R., Krishnaraj V., Collombet F. Study of drilling of composite material and aluminium stack // Composite Structures. 2010. Vol. 92. Iss. 5. P. 1246–1255. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.10.010.Zitoune R., Krishnaraj V., Collombet F. Study of drilling of composite material and aluminium stack. Composite Structures. 2010;92(5):1246-1255. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.10.010.Чигринец Е. Г. Оптимизация процесса сверления армированного титаном стеклопластикового лонжерона лопасти несущего винта вертолета // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 177–188.Chigrinetz E. G. Titanium-reinforced glass fiber plastic main rotor blade beam drilling process optimization. Vestnik Moskovskogo aviacionnogo instituta = Aerospace MAI Journal. 2016;23(1):177-188. (In Russ.).Starodubtseva D. A., Tri Vinh Le, Koltsov V. P. Formation of the surface roughness during grinding with flap wheels after shot peening // International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2018): MATEC Web Conference. 2018. Vol. 224. Р. 01070. https://doi.org/10.1051/matecconf/201822401070.Starodubtseva D. A., Tri Vinh Le, Koltsov V. P. Formation of the surface roughness during grinding with flap wheels after shot peening. In: International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2018): MATEC Web Conference. 2018;224:01070. https://doi.org/10.1051/matecconf/201822401070.Koltsov V. P., Starodubtseva D. A., Tri Vinh Le. Surface roughness formation during shot peen forming // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018. Vol. 327. No. 4. Р. 042125. https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/4/042125.Koltsov V. P., Starodubtseva D. A., Tri Vinh Le. Surface roughness formation during shot peen forming. In: Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018;327(4):042125. https://doi.org/10.1088/1757899X/327/4/042125.Koltsov V., Starodubtseva D. Investigation of traces of interaction between flap wheel and aluminum alloy plain surface // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 473– 478. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.503.Koltsov V., Starodubtseva D. Investigation of traces of interaction between flap wheel and aluminum alloy plain surface. Procedia Engineering. 2017;206:473-478. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.503.Koltsov V. P., Starodubtseva D. A., Vinh Le Tri, Son Phung Xuan. Step-by-step surface roughness formation during shot peening and subsequent grinding with flap wheels // Advances in Engineering Research: Proceedings of the International Conference. 2018. Vol. 158. P. 386–390. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.75.Koltsov V. P., Starodubtseva D. A., Vinh Le Tri, Son Phung Xuan. Step-by-step surface roughness formation during shot peening and subsequent grinding with flap wheels. In: Advances in Engineering Research: Proceedings of the International Conference. 2018;158:386-390. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.75.Янюшкин А. С., Рычков Д. А., Лобанов Д. В. Качество обработанной поверхности композиционных материалов фрезерованием // Современные технологии в машиностроении и литейном производстве: матер. I Междунар. науч.-практ. конф. (г. Чебоксары, 22–24 декабря 2015 г.). Чебоксары: Изд-во Чувашского гос. ун-та им. И. Н. Ульянова, 2015. С. 277–285.Yanyushkin A. S., Rychkov D. A., Lobanov D. V. Improvement of quality of the pro-cessed surface of composite materials when milling. In: Sovremennye tekhnologii v mashinostroenii i litejnom proizvodstve: materialy I Mezhdunarodnoj nauchnoprakticheskoj konferencii = Modern technologies in mechanical engineering and foundry: materials of the 1stinternational scientific and practical conference. 22–24 October 2015, Cheboksary. Cheboksary: Chuvash State University named after I. N. Ulyanov; 2015, р. 277-285. (In Russ.).Лобанов Д. В., Янюшкин А. С., Рычков Д. А. Технологические методы изготовления и выбора режущего инструмента для фрезерования композиционных материалов на полимерной основе // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2015. Т. 15. № 1. С. 35–46.Lobanov D. V., Yanyushkin A. S., Rychkov D. A. Technological manufacturing meth-ods and selection of cutting tools for milling of composite materials based on polymers. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Mashinostroenie = Bulletin of the South Ural State University. Series: Mechanical Engineering Industry. 2015;15(1):35-46. (In Russ.).Марков А. М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. № 7. С. 3–8.Markov A. M. Technological features of machining of parts from composite materials. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii = Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering. 2014;7:3-8. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.