DOI: https://doi.org/10.20998/2078-7405.2020.92.22

МОДЕЛЮВАННЯ МІКРОГЕОМЕТРІЇ ІНСТРУМЕНТУ В ПРОЦЕСІ ЙОГО ЗНОШУВАННЯ ПРИ РІЗАННІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

Gennadii Khavin, Hou Zhiwen

Анотація


Найскладнішою проблемою при механічній обробці полімерних композиційних матеріалів є інтенсивне зношування інструменту, яке призводить не тільки до зниження його працездатності, а й різко погіршує якість вироблених операцій. У даній роботі розглядається процес зношування ріжучої кромки інструменту як зміна його мікрогеометрії по відношенню до первісного стану. Розглянуто фізична природа абразивного зносу як процесу контактної взаємодії задньої поверхні інструмента зі зруйнованим наповнювачем і інтенсивним виділенням тепла за рахунок тертя. Спираючись на закономірності, отримані експериментальним шляхом, можна зробити висновок про те, що первісна геометрія ріжучої кромки інструменту вже в період приробітки різко змінюється і до початку стаціонарного зношування набуває деяку форму, яка в подальшому змінюється тільки кількісно без спотворення стійкою приробленої форми. Фактично можна говорити про те, що первісна геометрія ріжучої кромки, обрана за деякими раціональним міркуваннями або в результаті рішення задачі оптимізації, служить тільки для ефективного різання в період приробітки, після чого її вплив на подальшу роботу інструменту в умовах стаціонарного зношування, не є суттєвим. Аналіз процесу зносу ріжучої крайки інструменту при обробці полімерних композитів показав, що є жорстка кореляція між зношуванням, зростанням силового навантаження, температурної напруженості і появою різних дефектів обробленої поверхні. Представлені різні моделі опису зміни мікрогеометрії ріжучої крайки у вигляді геометричних моделей з їх перевагами і недоліками. Детально розглянуті сучасні експериментальні досягнення в дослідженні характеру зміни мікрогеометрії в процесі зношування. На цій підставі зроблено припущення про однепараметричний характер зміни геометрії різальної крайки в процесі взаємодії з композитом. Передбачається подальший розвиток дослідження і створенням математичної моделі, що пов'язує зміну мікрогеометрії інструменту в часі, як функцію одного параметра, що залежить від початкової геометрії інструменту.

Ключові слова


зношування інструменту; абразивний знос; різання композитів; мікрогеометрія ріжучої крайки.

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Henerichs M., Voss R., Kuster F., etc. Machining of carbon fiber reinforced plastics: Influence of tool geometry and fiber orientation on the machining forces. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2015, no. 9, pp.136–145. doi:10.1016/j.cirpj.2014.11.002.

Siddhpura A, Paurobally R. A review of flank wears prediction methods for tool condition monitoring in a turning process. Int. J Adv. Manuf. Technol., 2013, no. 65, pp.371–393. doi:10.1007/s.00170-012-4177-1.

Dogra M., Sharma V.S., Sachdeva A., etc. Tool wear, chip formation and workpiece surface issues in CBN hard turning: a review. Int J Precis Eng Manuf., 2010, no. 11, pp.341–358. doi:10.1007/s12541-010-0040-1.

Xu W, Zhang LC. A new approach to characterizing the surface integrity of fibre reinforced polymer composites during cutting. Composite. Part A, 2017, no.103, pp.272–282. doi:10.1016/j.compositesa.2017.10.015.

Xu W., Zhang L.C., Wu Y. Elliptic vibration-assisted cutting of fibre-reinforced polymer composites: understanding the material removal mechanisms. Composite Sci. Technology, 2014, no. 92, pp. 103–111. doi:10.1016/j.compscitech.2013.12.011.

Wang X., Kwon P. Y., Sturtevant C., etc. Tools wear of coated drills in drilling CFRP. Journal of Manufacturing Processes, 2013, V.15, no.1, pp. 127–135. doi:10.1016/j.jmapro.2012.09.019.

Voss R. Fundamentals of Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) Machining. 2017, Eigenossische Technische Hochschule Zurich (ETH): Zurich.

Zhang L. C., Zhang H. J., Wang X. M. A force prediction model for cutting unidirectional fibre-reinforced plastics. Machining Science and Technology, 2001, V.5, no.3, pp. 293–305. doi:10.1081/MST–100108616.

Faraz A., Biermann D., Weinert K. Cutting edge rounding: An innovative tool wear criterion in drilling CFRP composite laminates, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2009, V.49, no.15, pp.1185–1196. doi:10.1016/j.ijmachtools.2009.08.002.

Stepanov A.A. Obrabotka rezaniem vysokoprochnyh kompozicionnyh polimernyh materialov, L., Mashinostroenie, Leningr. otd-nie, 1987, 176 p.

Rudnev A.V., Korolev A.A. Obrabotka rezaniem stekloplastikov, M., Mashinostroenie, 1969, 118 p.

Drozhzhin V.I. O kontakte poverhnosti instrumenta s plastmassoj pri rezanii. Rezanie i instrument, 1970, 2, pp. 59–66.

Ramireza C., Poulachona G., Rossia F., etc. Tool wear monitoring and hole surface quality during CFRP drilling. Procedia CIRP, 2014, no.13, pp.163–168. doi:10.1016/j.procir.2014.04.028.

Rawat S., Attia H. Wear mechanisms and tool life management of WC–Co drills during dry high speed drilling of woven carbon fibre composites. Wear, 2009, V. 267, no.5–8, pp. 1022–1030. doi:10.1016/j.wear.2009.01.031.

Hocheng H., Tsao C. Comprehensive analysis of delamination in drilling of composite materials with various drill bits, Journal of Materials. Processing Technology, 2003, V.140, no.1-3, pp. 335–339. doi:10.1016/S0924-0136(03)00749-0.

Tsao C., Hocheng H. Effect of tool wear on delamination in drilling composite materials, International journal of mechanical sciences, 2007, V.49, no.8, pp. 983–988. doi:10.1016/j.ijmecsi.2007.01.001.

Bouzakis K.-D., Michailidis N., Vidakis N., etc. Optimization of the cutting edge radius of PVD coated inserts in milling considering film fatigue failure mechanisms, Surface and Coatings Technology., 2000, no.133, pp. 501–507. doi:10.1016/S0257-8972(00)00971-3.

Cortes-Rodriguez C.J. Cutting edge preparation of precision cutting tools by applying micro-abrasive jet machining and brushing, 2009, Diss., Kassel University, Kassel.

Denkena B., Friemuth T., Fedorenko S., etc. An der Schneide wird das Geld verdient, Werkzeuge-Sonderausgabe der Zeitschrift Fertigung, 2002, no.12, pp. 24–26.

Byrne G., Dornfeld D., Denkena B. Advancing cutting technology, CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2003, V.52, no.2, pp. 483–507. doi:10.1016/S0007-8506(07)60200-5.

Denkena B., Biermann D. Cutting edge geometries. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2014, V.63, no.2, pp. 631–653. doi:10.1016/j cirp.2014.05.009.

Wyen C.-F., Knapp W., Wegener K.. A new method for the characterisation of rounded cutting edges, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012, V.59, no. 9-12, pp. 899–914. doi:10.1007/s00170-011-3555-4.

Wyen C.-F., Wegener K. Influence of cutting edge radius on cutting forces in machining titanium. CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2010, V.59, no.1, pp. 93–96. doi:10.1016/j.proeng.2014.03.027.

Denkena B., de Leon L., Basset E., etc. Cutting edge preparation by means of abrasive brushing, Key Engineering Materials, 2010, no.438, pp. 1–7. doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.438.1.

Heckmann L. Systematische Analyse der Schneidkantenarchitektur mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode, 2010, Kassel university press GmbH, Diss., 182 p.

Wang X., Kwon P.Y., Sturtevant C., etc. Tool wear of coated drills in drilling CFRP, Journal of Manufacturing Processes, 2013, V.15, no.1, pp. 127–135. doi:10.1016/j.jmapro.212.09.019.

Henerichs M. Bohrbearbeitung von CFK unter besonderer Berucksichtigung der Schneidkantenmikrogeometrie, (Diss.) Eidgenossische Technische Hochschule Zurich (ETH), 2015, Nr. 22629, Zurich.

Voss R., Henerichs M., Harsch D., etc. Optimised approach for characterisation of cutting edge micro-geometry in drilling carbon fibre reinforced plastics (CFRP). The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016, V.90, no.1, pp. 457–472. doi:10.1007/s00170-016-9302-0.

Montoya M., Calamaz M., Gehin D., etc. Evaluation of the performance of coated and uncoated carbide tools in drilling thick CFRP/aluminium alloy stacks Int. J Adv. Manuf. Technology, 2013, no.68, pp.2111–2120. doi: 10.1007/s00170-013-4817-0.

Iliescu D., Gehin D., Gutierrez M.E., etc. Modeling and tool wear in drilling of CFRP International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2010, no.50, pp. 204–213. doi:10.1016/j.ijmachtools.2009.10.004.




ISSN 2078-7405