Підвищення якості отворів при свердлінні тонкостінних виробів з ортотропних вуглепластиків

Přispěvatelé: Національний технічний університет України 'Київський політехнічний інститут', Механіко-машинобудівний інститут, інтегрованих технологій машинобудування
Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Popis: Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми підвищення якості отворів у тонкостінних виробах з ПКМ типу ортотропний вуглепластик за рахунок зниження їх дефектності при свердлінні на основі розробки інструменту для реверсивного свердління. В роботі проаналізовано особливості механічного оброблення вугле- та склопластиків, та показана суттєва відмінність процесу їх свердління від оброблення металів. Проаналізований вплив геометрії інструмента на проблему розшарування композиційних матеріалів при свердлінні, на точність і відхилення форми при обробці, температуру різання. Вперше запропонована схема реверсивного свердління вугле- та склопластиків з урахуванням характерних особливостей матеріалів, що дозволяє підвищити стійкість та знизити імовірність появи дефектів. Для реалізації реверсивного свердління розроблене та створене реверсивне свердло, а також пристрій, що забезпечує реверсування обертального руху свердла. Встановлено, що максимальне зношування h=0,2 мм для реверсивного свердла при n= 480 об/хв досягається при обробленні 99 отворів, при n= 880 об/хв – 89 отворів, при однонапрямленому свердлінні реверсивним свердлом (n= 480 об/хв) – 49 отворів, для ступінчатого свердла – 65 отворів. Експериментально доведено, що підвищення кута в плані призводить до підвищення зношування свердла та зниження його стійкості. Встановлено, що застосування реверсивного свердління знижує відхилення оброблених від круглості отворів на 18% та знижує температуру в зоні різання на 2-3°С порівняно зі ступінчатим свердлом. Встановлено, що при реверсивному свердлінні збільшення кута в плані призводить до підвищення температури в зоні різання на 1-2,5°С. Практичні та теоретичні результати роботи впроваджені у виробництво і учбовий процес. The dissertation is devoted to the improvement of the holes quality in the PCM type of carbon fiber and fiberglass by reducing the defects of carbon and fiberglass during their drilling through the development of tools for reverse drilling. The features of carbon and fiberglass machining were analyzed in the paper, and the significant difference of cutting metals and PCM was shown. The influence of the tools geometry to the problem of separation of composite materials during the drilling and to the accuracy and deviations form, the processing temperature of cutting were analyzed. For the first time a scheme of reversing drilling of carbon and fiberglass taking into account the characteristics of the materials that can increase the stability and reduce the probability of defects is proposed. To implement the reverse drilling the reverse drill and a device which provides the reverse of rotational motion of the drill was designed. It was established that the maximum wear h = 0,2 mm for reversing drills with n = 480 rev/min is achieved after cutting of 99 holes, with n = 880 rev/min - 89 holes, the unicast drilling by reverse drill (n = 480 rev/min ) - 49 holes, for stepped drill - 65 holes. Experimentally proved that the increase of main angle in plan leads to increasing of wear and reducing drills stability. It is established that the use of reversible drill holes reduces the deviations from roundness processed by 18% and lowers the temperature in the cutting zone at 2-3 °C compared with step drill. Established that the increasing the plan angle during reverse drilling increases the temperature in the cutting zone on 1-2,5°C. Practical and theoretical results were implemented in production and educational process. Диссертация посвящена решению проблемы повышения качества отверстий при сверлении тонкостенных изделий из ортотропных ПКМ типа углепластик за счет снижения их дефектности углепластиков при сверлении на основе разработки инструмента для реверсивного сверления и устройства для его реализации. В работе проанализированы особенности механической обработки угле- и стеклопластиков, и показано существенное отличие процесса их сверления от обработки металлов. Проанализировано влияние геометрии инструмента на проблему расслоения угле- и стеклопластиков при сверлении, на точность и отклонение формы при обработке, температуру резания. Впервые предложена схема реверсивного сверления ортотропных углепластиков с учетом характерных особенностей материалов, что позволяет повысить стойкость и снизить вероятность появления дефектов. Для реализации реверсивного сверления разработано и создано реверсивное сверло, а также устройство, обеспечивающее реверсирование вращательного движения сверла. Кинематический расчѐт устройства для реверсивного сверления показал, что реверсирование вращательного движения сверла происходит через 1,3 оборота, а так же повышение угловой скорости вращения сверла по сравнению с угловой скоростью вращения шпинделя станка. Для исследования и проведения сравнения были взяты 3 реверсивных свердла с разными углами в плане, двухпѐрое и трехпѐрое сверла, а также ступенчатое сверло, которое показало высокий результат исходя из предыдущих исследований. На основе методики виброаккустического сигнала определены критические осевые нагрузки расслоения обрабатываемого материала, а так же на основе информации полученной с виброаккустического датчика получены значения износа ирнструмента. Путѐм проведения прямих измерений износа свѐрл доказана адекватность метода анализа виброаккустического сигнала. Отклонение отверстий от круглости получено путѐм прямих измерений и расчѐта при помощи метода наименьших квадратов. Результаты экспериментальных исследований показали значительное снижение отклонения отверстий от круглости при реверсивном сверлении реверсивным сверлом по сравнению с двупѐрыми свѐрлами. Реверсирование вращательного движения сверла также снижает отклонение от круглости отверстий. В результате исследований составлен план проведения эксперимента и матрица экспериментальных значений. Для прогнозирования результатов процеса обработки была синтезирована математическая модель при помощи метода МГУА. Анализ полученной модели показал, что наибольшее влияние на отклонение от круглости отверстий оказывает угол в плане сверла, частота вращения шпинделя станка и параметр k, который указывает на присутствие или отсутствия реверсирования вращательного движения сверла. Причем реверсивное сверление снижает отклонение отверстий от круглости вдвое. Проверка полученной модели подтвердила результаты экспериментальных исследований. Измерение температуры инструмента проводилось методом полуестесственной термопары и при помощи лазерного пирометра, путѐм регистрации инфракрасного излучения нагретых тел. В результате проведения экспериментальных исследований была получена тарировочная характеристика термопары. Исследована зависимость температуры инструмента от пути пройденого сверлом. Проведено сравнение температуры инструмента на разных режущих кромках. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что максимальный износ h = 0,2 мм для реверсивного сверла при n = 480 об/мин достигается при обработке 99 отверстий, при n = 880 об/мин - 89 отверстий, при однонаправленном сверлении реверсивным сверлом (n = 480 об/мин) - 49 отверстий, для ступенчатого сверла - 65 отверстий. Экспериментально доказано, что повышение угла в плане приводит к повышению износа сверла и снижению его стойкости. Установлено, что применение реверсивного сверления снижает отклонение обработанных от круглости отверстий на 18% и снижает температуру в зоне резания на 2-3°С по сравнению со ступенчатым сверлом. Установлено, что при реверсивном сверлении увеличение угла в плане приводит к повышению температуры в зоне резания на 1-2,5°С. На основе моделирования и эксперимента установлено, что оптимальным режимом обработки ортотропных углепластиков является реверсивное сверление реверсивным сверлом с 2φ=110º при частоте вращения шпинделя станка 480 об/мин. Разработаны рекомендации по изготовлению и использованию реверсивних свѐрл. Практические и теоретические результаты работы внедрены в производство и учебный процесс.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: