Оптимизация процесса чистовой обработки отверстий в многокомпонентных пакетах из углепластиков и металлических сплавов

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».

1. Chashhin 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Марков А. М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. № 7. С. 3–8.