Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.


  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Зависимость прочности внутренней резьбы в деталях из углепластика от технологических параметров процесса ее изготовления
11 декабря 2018             

Авторы: А.М. МАРКОВ, доктор техн. наук, профессор; П.В. ЛЕБЕДЕВ, канд. техн. наук, научный сотрудник; А.М. САЛМАН, аспирант (АлтГТУ, г. Барнаул) Лебедев П.В. – 656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, д. 46 Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, e-mail: pavel.lebedev@mail.ru
 

Введение

Благодаря своим свойствам углепластики - композиционные материалы на основе полимерного связующего, упрочненного нитями углеродного волокна, широко используются в различных отраслях промышленности, успешно заменяя традиционные конструкционные материалы, такие как сталь, алюминий и т.д. Основным достоинством композитов, обуславливающим их широкое применение, является низкий вес, сочетающийся с физико- механическими свойствами, не уступающими ряду общеприменимых конструкционных материалов.
 
Широкое применение узлов и отдельных деталей из углепластиковых композитов в составе сложных механизмов (более 50% веса боинг 787 составляют различные композиты) приводит к необходимости наличия в конструкции элементов крепления в виде внутренней резьбы. При всей простоте изготовления внутренней резьбы, особенности физико-механических свойств углепластиков, а именно: высокие абразивные свойства армирующих волокон и связанный с этим интенсивный износ инструмента; низкая термостойкость полимерного наполнителя, который начинает разлагаться при температуре около 400 градусов; специфические разрушения связей между волокнами и полимерной матрицей (деламинация слоев в начале резания и на выходе инструмента из заготовки, разлохмачивание волокон в зоне стружкообразования) в процессе механической обработки, осложняют получение требуемых параметров точности резьбы. А поскольку прочность резьбового соединения в случае сопряжения композита и металла будет определяться прочностью, и следовательно, геометрической точностью изготовления витков внутренней резьбы, задача обеспечения заданных параметров ее геометрической точности на этапе изготовления является достаточно актуальной.
 

Теория

Многочисленные исследования, посвященные механической обработке композиционных материалов, носят разрозненный характер и зачастую применимы для узкого круга обрабатываемых материалов. Несмотря на достаточное количество исследований, отсутствуют систематизированные подходы к проектированию, как технологических процессов изготовления деталей из углепластика, так и к проектированию отдельных операций механической обработки.
 
Операция резьбонарезания зачастую не рассматривается, как одна из наиболее важных частей технологического процесса. Хотя, как правило, резьбонарезание является одной из финальных стадий технологического процесса, соответственно наличие брака на этапе изготовления резьбы приводит к отбраковке всего изделия в целом. А недостаточная прочность внутренней резьбы, вследствие низкой геометрической точности витков, негативно сказывается на служебном предназначении детали. Существующие методики оценки прочности не учитывают различные дефекты материала, а так же большие (по сравнению с конструкционными сталями) погрешности изготовления витков внутренней резьбы.
 
Зависимость прочности внутренней резьбы в деталях из углепластика от технологических параметров процесса ее изготовления
Рис.1. Профиль отверстия в углепластике при различной величине подачи
 
 
 
 
 
 
Прочность внутренней резьбы в деталях из углепластика определяется точностью изготовления витков профиля резьбы, состоянием полимерного связующего и армирующих волокон в витках и расположением армирующих волокон. При этом внутренний диаметр резьбы и состояние поверхностного слоя определяется на этапе изготовления отверстия под нарезание резьбы. Таким образом, при оценке прочности резьбы необходимо учитывать факторы, влияющие на ее точность не только при резьбонарезании,но и при сверлении отверстия на предыдущей операции процесса ее изготовления. С учетом того, что нагрузка на витках резьбы распределяется неравномерно и наиболее нагруженными оказываются первые пять витков резьбы, при оценке прочности следует учитывать не только величину отклонения от номинального отверстия под нарезание резьбы, но и распределение отклонений по всему отверстию. Методы контроля размера цилиндрических отверстий, применяемые при исследовании механической обработки композиционных материалов (оптические и инструментальные), не позволяют оценить картину распределения отклонений на всем протяжении отверстия. Таким образом, существующие исследования могут не достаточно точно учитывать влияние режимов резания на геометрическую точность. С другой стороны развитие современных технологий, и в частности 3D сканирования позволяет получить данные о профиле отверстия с точностью до 0,05-0,03 мм на всем его протяжении. С учетом этого можно представить уточненное условие прочности резьбы в виде:
Зависимость прочности внутренней резьбы в деталях из углепластика от технологических параметров процесса ее изготовления
где
ξ - коэффициент полноты резьбы;
km - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по виткам резьбы;
dn - наружный диаметр резьбы для n-го витка;
H - высота внутренней резьбы;
Fp - расчетная сила на витках резьбы.
 
Для уточнения коэффициента, учитывающего распределение нагрузки по виткам резьбы, возможно выполнить расчет напряженно-деформированного состояния внутренней резьбы методом конечных элементов. При этом данные об отклонениях диаметра витков по всей длине отверстия позволят получить его точное значение.
 

Результаты и обсуждение

Полученное условие прочности внутренней резьбы позволяет учитывать специфические дефекты, возникающие при обработке углепластика, и повышает точность расчета резьбовых соединений. В результате дальнейших исследований, связывающих режимные параметры процесса изготовления внутренней резьбы и точность геометрических характеристик ее профиля, на основании полученной зависимости, возможно будет установить взаимосвязь между технологическими параметрами процесса резьбонарезания и прочностью внутренней резьбы.
 

Выводы

В результате проведенного литературного обзора и анализа результатов исследований ряда авторов установлено, что процесс нарезания резьбы в углепластиках сопровождается рядом специфических (для обработки данного класса материалов) дефектами. Особенности формирования параметров точности обработки не позволяет применять существующие условия прочности при проектировании и оценке резьбовых соединений в деталях из углепластика. Авторами работы предложено уточненное условие прочности внутренней резьбы с учетом особенностей физико-механических свойств обрабатываемого материала.
 

Список литературы

1. Wong T.L., Wu S.M., Groy G.M. An analysis of delamination in drilling of composite materials // Proceedings of the 14th SAMPE Technology Conference. - Atlanta, 1982. - P. 471-483.
2. Chen W.C. Some experimental investigations in the drilling of carbon fiber-reinforced composite laminations // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 1997. - Vol.37 (8). - P. 1097-1108.
3. Davim J.P., Reis P. Study of delamination in drilling carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) using design experiments // Composite Structures. - 2003. - Vol. 59. - P. 481-487.
4. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. - Л.: Машиностроение, 1987. - 176 с.
5. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. - М.: Машиностроение, 1969. - 559 с.
6. Биргер И.А., Шор Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин:справочник.
7. Prasanna J., Karunamoorthy L., Venkat M. Optimization of process parameters of small hole dry drilling in Ti-6Al-4V using Taguchi and grey relational analysis // Measurement. - 2014. - Vol. 48. - P. 346-354.
8 Drilling machinability evaluation on new developed high-strength T800S/250F CFRP laminates / J. Xu, Q. An, X. Cai, M. Chen // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. - 2013. - Vol. l4 (10). - P. 1687-1696.
9. Senthilkumar M., Prabukarthi A., Krishnaraj V. Study on tool wear and chip formation during drilling carbon fiber reinforced polymer (CFRP)/Titanium Alloy (Ti6Al4 V) Stacks // Procedia Engineering. - 2013. - Vol. 64. - P. 582-592.
10. Santiuste C., Olmedo A., Soldani X. Delamination prediction in orthogonal machining of carbon long fiber-reinforced polymer composites // Journal of Reinforced Plastics and Composites. - 2012. - Vol. 31. - P. 875-885.
11. Durгo L.M.P., De Moura M.F.S.F., Marques A.T. Numerical prediction of delamination onset in carbon/epoxy composites drilling // Engineering Fracture Mechanics. - 2008. - Vol. 75. - P. 2767-2778.
12. Марков А.М., Лебедев П.В., Маркин В.Б. Обеспечение качества изготовления внутренней резьбы в деталях из композиционных материалов // Ползуновский вестник. - 2012. - № 1-1. - С. 200-203.
13. Марков А.М., Лебедев П.В. Определение величины крутящего момента при нарезании резьбы в деталях из высокопрочных композиционных полимерных материалах // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2011. - № 1. - С. 8-11.
14. Марков А.М., Лебедев П.В. Зависимость силовых характеристик процесса нарезания внутренней резьбы в деталях из высокопрочных полимерных композиционных материалов // Технология машиностроения. - 2014. - № 12. - С. 22-25.
15. Karnika S.R., Gaitondeb V.N., Campos J. Rubioc delamination analysis in high speed drilling of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using artificial neural network model // Materials & Design. - 2008. - Vol. 29. - P. 1768-1776.
 
Актуальные проблемы в машиностроении. Том 5. № 1-2. 2018 Инновационные технологии в машиностроении

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru