ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2025-4-438-452DSSHNMipolytech-985Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGИсследование процесса обработки отверстий в крупногабаритной конструкции со смешанными пакетами при сборке на модульном оборудованииMachining of holes in a large hybrid structure during its assembly using modular equipmentГромашевА. Г.GromashevA. G.

Громашев Андрей Геннадьевич, д.т.н., главный технолог

125284, г. Москва, ул. Поликарпова, 23 Б/2

Andrey G. Gromashev, Dr. Sci. (Eng.), Chief Process Engineer

23 B/2, Polikarpov St., Moscow 125284

a_gromashev@aerocomposit.ruСултановаА. Р.SultanovaA. R.

Султанова Альбина Руслановна, начальник отдела агрегатной и финальной сборки летательных аппаратов

123308, г. Москва, просп. Маршала Жукова, 1, стр. 1

Albina R. Sultanova, Head of the Aircraft Aggregate and Final Assembly Department

1, Prospect Marshala Zhukova, bld. 1, Moscow, 123308

alja_8@mail.ruАО «АэроКомпозит»РоссияAeroComposit JSCRussian FederationАО «Уральский завод гражданской авиации»РоссияUral Civil Aviation Plant JSCRussian Federation202503012026294438452Copyright © Громашев А.Г., Султанова А.Р., 20252025Громашев А.Г., Султанова А.Р.Gromashev A.G., Sultanova A.R.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/985

Цель работы – исследование технологии обработки отверстий, выполненных с помощью автоматизированной сверлильной машины, при сборке крупногабаритной конструкции со смешанными пакетами (полимерный композиционный материал + металл) на модульном оборудовании. Для исследования процесса обработки отверстий в крупногабаритной конструкции при сборке на модульном оборудовании был собран образец кессона габаритами 17765х3050х438 мм, имитирующий кессон крыла гражданского самолета – тестовый кессон. Используемое модульное оборудование обеспечивает достижение точности геометрического положения выполняемых отверстий 0,5 мм. Для обработки отверстий с помощью автоматизированной сверлильной машины была составлена карта обработки отверстий. В карте обработки отверстий отражены ключевые параметры отверстий, такие как диаметр отверстия, точность отверстия, координаты положения центра отверстия, направление оси отверстия, слои в пакете. Для привязки автоматизированной сверлильной машины к крупногабаритной конструкции карту обработки отверстий необходимо делить на зоны, а в случае длинномерных деталей – на подзоны. Выявлено, что технология обработки отверстий на автоматизированных сверлильных машинах с числовым программным управлением с помощью комбинированного инструмента позволяет обрабатывать отверстия окончательного диаметра за один-два перехода в крупногабаритных конструкциях со смешанными пакетами, обеспечивая точность геометрического положения рассверливаемого отверстия 0,5 мм. На основании полученных результатов по исследованию обработки отверстий в крупногабаритной конструкции выявлено, что для достижения точности геометрического положения выполняемых отверстий 0,5 мм длинномерные детали необходимо делить на подзоны длиной не более 1 м для автоматизированной обработки отверстий. Определен габаритный размер длины зоны привязки для автоматизированной сверлильной машины. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации технологических процессов при обработке отверстий в крупногабаритных конструкциях в авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности.

The study aimed to examine a technology for machining holes with an automatic drilling machine during the assembly of a large hybrid structure (polymer composite material + metal) with the use of modular equipment. In order to analyze the process of hole machining in large structures during their assembly, a wing box model measuring 17,765x3050x438 mm was assembled to simulate a civil aircraft wing box – a test wing box. The used modular equipment provides a geometric position accuracy of 0.5 mm in hole machining. In order to machine holes using an automatic drilling machine, a hole machining map was created. This map details key hole parameters such as hole diameter, hole accuracy, hole center coordinates, and hole axis direction, as well as material layers. To align the automatic drilling machine with a large structure, the map of holes to be machined should be divided into areas (in the case of long parts, into subareas). It was found that the technology for machining holes with numerically controlled automatic drilling machines using a combination tool allows holes to be machined in large hybrid structures to their final diameter in one or two passes, ensuring a geometric position accuracy of 0.5 mm. The study of hole machining in large structures revealed that in order to achieve a geometric position accuracy of 0.5 mm in automatic hole machining, long parts should be divided into subsections of no longer than 1 m. The overall length of the reference zone for the automatic drilling machine was determined. The obtained results can be used to optimize hole machining in large structures in aviation, shipbuilding, and other industries.

полимерный композиционный материалсмешанный пакеткрупногабаритная конструкциятехнология модульной сборкиобработка отверстийавтоматизированная сверлильная машина с числовым программным управлениемpolymer composite materialmixed stacklarge-sized structuremodular assembly technologyhole machiningautomated drilling machine with numerical controlReferencesКива Д.С. Этапы становления и начала развернутого применения полимерных композиционных материалов в конструкциях пассажирских и транспортных самолетов (1970–1995 гг.) // Авиационно-космическая техника и технология. 2014. № 6. С. 5–16.Kiva D.S. Stages of development and beginning of extensive use of polymer composite materials in passenger and transport aircraft structures (1970-1995). Aerospace and technology. 2014;6:5-16. (In Russ.).Константинов А.С. Эффективность применения полимерных композиционных материалов при проектировании и изготовлении специальной погрузочной оснастки для грузовых рамповых самолетов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 4. С. 633–638.Konstantinov A.S. Polymer composites effectiveness in design and producing of special loading equipment for ramp aircrafts. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2012;14(4):633-638. (In Russ.).Молчанов Б.И., Гудимов М.М. Свойства углепластиков и области их применения // Авиационная промышленность. 1997. № 3-4. С. 58–60. EDN: ZPNNSF.Molchanov B.I., Gudimov M.M. Properties of carbon fiber composites and their application areas. Aviation Industry. 1997. No. 3-4. P. 58–60. (In Russ.). EDN: ZPNNSF.Фокин И.В., Стуров А.А., Иванов Ю.Н. Перспективы развития композиционных материалов в XXI веке // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сб. ст. XV Всерос. науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 22 декабря 2020 г.). Иркутск: ИрНИТУ, 2021. С. 208–211. EDN: HLNMMU.Fokin I.V., Sturov A.A., Ivanov Yu.N. Development prospects of composite materials in the 21st century. In: Aviamashinostroenie i transport Sibiri: sbornik statej XV Vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii = Aircraft Engineering and Transport of Siberia: collected articles of the 15th All-Russian scientific and technical conference. 22 December 2020, Irkutsk. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2021, р. 208-211. (In Russ.). EDN: HLNMMU.Ле Чи Винь, Кольцов В.П., Стародубцева Д.А. Моделирование процесса формирования остаточных напряжений при выполнении технологической последовательности «дробеударная обработка – зачистка лепестковым кругом» // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 2. С. 202–213. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-2-202-213. EDN: QAHLRO.Le Tri Vinh, Koltsov V.P., Starodubtseva D.A. Simulating residual stresses formed in the technological sequence of shot-impact treatment–flap-wheel trimming. iPolytech Journal. 2024;28(2):202-213. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-2-202-213. EDN: QAHLRO.Балла О.М. Обработка точных отверстий в пакетах из разнородных материалов // Авиационная промышленность. 2013. № 4. С. 27–30. EDN: SDJAIV.Balla O.M. Processing fine holes in packages of dissimilar materials. Aviation Industry. 2013;4:27-30. (In Russ.). EDN: SDJAIV.Garrick R. Drilling advanced aircraft structures with PCD (Poly–Crystalline Diamond) drills // SAE Technical Papers. 2007. https://doi.org/10.4271/2007-01-3893.Garrick R. Drilling advanced aircraft structures with PCD (Poly–Crystalline Diamond) drills. SAE Technical Papers. 2007. https://doi.org/10.4271/2007-01-3893.Ivanov Y.N., Chashhin N.S., Sultanova A.R. A study of cutting forces when drilling CFRP/Ti stacks // Journal of Physics: Conference Series: Advances in Composites Science and Technologies. 2021. Vol. 1990. Iss. 1. P. 012035. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1990/1/012035. EDN: QQRKSV.Ivanov Y.N., Chashhin N.S., Sultanova A.R. A study of cutting forces when drilling CFRP/Ti stacks. Journal of Physics: Conference Series: Advances in Composites Science and Technologies. 2021;1990(1):012035. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1990/1/012035. EDN: QQRKSV.Ivanov Y.N., Chashchin N.S., Pashkov A.A. A study of cryogenic cooling when reaming holes in CFRP/Ti/Al Stacks // International Conference on Industrial Engineering: Proceedings of the 7th International Conference on Industrial Engineering (Sochi, 17–21 May 2021). Chelyabinsk: Springer, 2022. Vol. 2. Р. 650–656. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85230-6_77. EDN: CHYTQA.Ivanov Y.N., Chashchin N.S., Pashkov A.A. A study of cryogenic cooling when reaming holes in CFRP/Ti/Al Stacks. In: International Conference on Industrial Engineering: Proceedings of the 7th International Conference on Industrial Engineering. 17–21 May 2021, Sochi. Chelyabinsk: Springer; 2022, vol. 2, р. 650-656. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85230-6_77. EDN: CHYTQA.Иванов Ю.Н. Сверление отверстий в смешанных пакетах // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 1-5. С. 1402–1406. EDN: TJFAFL.Ivanov Yu.N. Drilling the holes in the mixed packets. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014;16(1-5):1402-1406. (In Russ.). EDN: TJFAFL.Иванов Ю.Н., Кланцова К.С., Чащин Н.С., Пятых А.С., Матлыгин Г.В., Исаченко А.С. Исследование влияния смазочно-охлаждающих технологических средств на точность и качество обрабатываемых отверстий в авиа- ционных материалах // Системы. Методы. Технологии. 2025. № 3. С. 29–36. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2025-3-29-36.Ivanov Yu.N., Klantsova K.S., Chashchin N.S., Pyatykh A.S., Matlygin G.V., Isachenko A.S. A study of the influence of lubricating and cooling technological means on the accuracy and quality of processed holes in aviation materials. Systems. Methods. Technologies. 2025;3:29-36. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2025-3-29-36.Kayihan M., Karaguzel U., Bakkal M. Process design and experimental study on drilling operations of a hybrid aluminum/carbon fiber reinforced polymer/titanium composite // Materials and Manufacturing Processes. 2024. Vol. 39. Iss. 11. P. 1630–1637. https://doi.org/10.1080/10426914.2024.2368547.Kayihan M., Karaguzel U., Bakkal M. Process design and experimental study on drilling operations of a hybrid aluminum/carbon fiber reinforced polymer/titanium composite. Materials and Manufacturing Processes. 2024;39(11):1630-1637. https://doi.org/10.1080/10426914.2024.2368547.Patent no. 7575401, United States of America, B1. PCD drill for composite materials / R.M. Garrick, J.A. Bunting. Publ. 18.11.2004.Garrick R.M., Bunting J.A. PCD drill for composite materials. Patent US, no. 7575401; 2004.Shyha I., Soo S.L., Aspinwall D.K., Bradley S., Dawson S., Pretorius C.J. Drilling of titanium/CFRP/aluminium stacks // Key Engineering Materials. 2010. Vol. 447-448. Р. 624–633. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.447-448.624. EDN: ODWSJD.Shyha I., Soo S.L., Aspinwall D.K., Bradley S., Dawson S., Pretorius C.J. Drilling of titanium/CFRP/aluminium stacks. Key Engineering Materials. 2010;447-448:624-633. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.447-448.624. EDN: ODWSJD.Tsao C.C. Investigation into the effects of drilling parameters on delamination by various step–core drills // Journal of materials processing technology. 2008. Vol. 206. Iss. 1-3. P. 405–411. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.12.057. EDN: KLUTCR.Tsao C.C. Investigation into the effects of drilling parameters on delamination by various step–core drills. Journal of materials processing technology. 2008;206(1-3):405-411. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.12.057. EDN: KLUTCR.Xu Jinyang, Mkaddem A., Mansori M.E. Recent advances in drilling hybrid FRP/Ti composite: a state–of–the–art review // Composite Structures. 2016. Vol. 135. Iss. 1. P. 316–338. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.09.028.Xu Jinyang, Mkaddem A., Mansori M.E. Recent advances in drilling hybrid FRP/Ti composite: a state–of–the–art review. Composite Structures. 2016;135(1):316-338. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.09.028.Завацкая Т.В., Кротенко А.Е., Иванов Ю.Н. Сверление и контроль отверстий в пакетах «титановый сплав-углепластик» // Жизненный цикл конструкционных материалов: сб. ст. XII Всерос. науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 6 июня 2022 г.). Иркутск: ИрНИТУ, 2022. С. 209–215. EDN: CVDQBN.Zavatskaya T.V., Krotenko A.E., Ivanov Yu.N. Hole drilling and testing in titanium alloy-carbon fiber reinforced plastic stacks. Zhiznennyj cikl konstrukcionnyh materialov: sbornik statej XII Vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii = Life cycle of structural materials: collected articles of the 12th All-Russian scientific and technical conference. 6 June 2022, Irkutsk. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2022, р. 209-215. (In Russ.). EDN: CVDQBN.Фокин И.В., Стуров А.А., Иванов Ю.Н. Исследование проблемы механической обработки деталей из композиционного материала // Шестые Колачёвские чтения: матер. VI Всерос. молодеж. Науч.-практ. конф., посвящ. первому полету человека в космос (г. Москва, 9 апреля 2021 г.). М.: ООО «Научно-издательский центр Инфра-М», 2021. Т. 6. С. 71–73. EDN: ICULLJ.Fokin I.V., Sturov A.A., Ivanov Yu.N. Study of the problem of mechanical processing of parts made of composite material. In: Shestye Kolachyovskie chteniya: materialy VI Vserossijskoj molodezhnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashchyonnoj pervomu poletu cheloveka v kosmos = Sixth Kolachev Readings: Proceedings of the 6th All-Russian Youth Scientific and Practical Conference dedicated to the first human space flight. 9 April 2021, Moscow. Moscow: OOO “ Nauchno-izdatel’skij centr Infra-M”; 2021, vol. 6, р. 71-73. (In Russ.). EDN: ICULLJ.Султанова А.Р., Громашев А.Г. Подготовка отверстий в смешанных пакетах для выполнения соединений деталей крыла самолета МС-21 // Авиационная промышленность. 2021. № 1. С. 30–35. EDN: MFOUKE.Sultanova A.R., Gromashev A.G. Preparing holes in mixed packages for MC-21 aircraft wing structures joints. Aviation Industry. 2021;1:30-35. (In Russ.). EDN: MFOUKE.Mueller–Hummel P., Atarsia A., Wiemann A. One shot – dry – drilling of composites/titanium/aluminium hybrid stacked materials in IT8 quality // AeroTech Congress & Exhibition. 2013. https://doi.org/10.4271/2013-01-2337.Mueller–Hummel P., Atarsia A., Wiemann A. One shot – dry – drilling of composites/titanium/aluminium hybrid stacked materials in IT8 quality. In: AeroTech Congress & Exhibition. 2013. https://doi.org/10.4271/2013-01-2337.Прокопчик С.В. О подходах к автоматизированному расчету оптимальных режимов резания при одноинструментальной обработке на сверлильных станках // Исследования и разработки в области машиностроения, энергетики и управления: матер. XII Междунар. науч.-техн. конф. студентов, магистрантов и молодых ученых (г. Гомель, 26–27 апреля 2012 г). Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2012. С. 22–25. EDN: VKXGRY.Prokopchik S.V. On approaches to automated calculation of optimal cutting modes during single-tool machining on drilling machines. In: Issledovaniya i razrabotki v oblasti mashinostroeniya, energetiki i upravleniya: materialy XII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii studentov, magistrantov i molodyh uchenyh = Research and development in mechanical engineering, power engineering and control: Proceeding of the 12th International scientific and technical conference of students, postgraduates and young scientists. 26–27 April 2012, Gomel’. Gomel’: Sukhoi State Technical University of Gomel; 2012, р. 22-25. (In Russ.). EDN: VKXGRY.Громашев А.Г., Султанова А.Р., Масохин Е.В. Модульный принцип сборки авиационных конструкций и оборудование для его реализации // Авиационная промышленность. 2021. № 3-4. С. 58–65. EDN: KFFMJU.Gromashev A.G., Sultanova A.R., Masokhin E.V. Modular principle of aircraft structures assembly and appropriate assembly equipment. Aviation Industry. 2021;3-4:58-65. (In Russ.). EDN: KFFMJU.Пат. № 2749432, Российская Федерация, C1. Способ модульной сборки стыковой нервюры самолета для соединения консолей крыла с центропланом и устройство для осуществления способа / А.Г. Громашев, А.И. Гайданский, А.В. Ульянов, А.В. Третьяков, Д.В. Резниченко, Е.В. Масохин, А.Р. Султанова; заявитель и патентообладатель АО «АэроКомпозит». Заявл. 10.01.2020; опубл. 10.06.2021.Gromashev A.G., Gaidansky A.I., Ulyanov A.V., Tretyakov A.V., Reznichenko D.V., Masokhin E.V., Sultanova A.R. Method for modular assembly of an aircraft splice rib for connecting wing consoles to the center section and a device for implementing the method. Patent RF, no. 2749432; 2021. (In Russ.).Пат. № 2774870, Российская Федерация, C1. Способ модульной сборки кессона консоли крыла самолета с деталями из углеродных полимерных композиционных материалов и металлов и сборочная линия с устройствами для осуществления способа / А.Г. Громашев, А.И. Гайданский, А.В. Ульянов, А.В. Третьяков, Д.В. Резниченко, Е.В. Масохин, О.Л. Данилова, А.Р. Султанова; заявитель и патентообладатель АО «АэроКомпозит». Заявл. 17.09.2021; опубл. 22.06.2023.Gromashev A.G., Gaidansky A.I., Ulyanov A.V., Tretyakov A.V., Reznichenko D.V., Masokhin E.V., Danilova O.L., Sultanova A.R. Method for modular assembly of an aircraft wing console box with parts made of carbon polymer composite materials and metals and an assembly line with devices for implementing the method. Patent RF, no. 2774870; 2023. (In Russ.).

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