ВПЛИВ КУТУ ОРІЄНТАЦІЇ АРМУЮЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ІНТЕНСИВНІСТЬ ЗНОШУВАННЯ ІНСТРУМЕНТУ ПРИ ОБРОБЦІ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИТІВ

Автор(и)

  • Геннадій Львович Хавін Національний технічний університет «Харківський політехнічний університет», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4340-7615
  • Чжівень Хоу Національний технічний університет «Харківський політехнічний університет», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1765-6028

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-X.2022.1(5).08

Ключові слова:

кут армування, інтенсивність зношування, обробка полімерних композитів, спадково-старіюча модель

Анотація

Відносний кут між напрямком волокон армування і вектором швидкості різання, що визначається як кут орієнтації елементів армування, значно впливає на режим формування стружки, сили різання і підсумкову якість поверхні. При механічній обробці полімерних композиційних матеріалів має місце надзвичайно інтенсивне зношування по задній поверхні. У цій роботі представлений аналіз проблеми впливу кута орієнтації волокон у полімерному композиті на інтенсивність зношування ріжучого інструменту. Для запропонованої раніше спадково-старіючої моделі втрати ваги інструментом за рахунок зношування, запропоновано враховувати вплив кута армування через залежність контактного тиску та коефіцієнта тертя від цього параметра. У статті розроблено узагальнюючу модель практичного урахування відомого заздалегідь кута армування для прогнозування зношування інструменту та його стійкості при механічній обробці полімерних композиційних матеріалів.

Посилання

Sheikh-Ahmad J.Y. Machining of polymer composites / J.Y. Sheikh-Ahmad. – Springer, 2009.– 315 p. https://citations.springernature.com/book?doi=10.1007/ 978-0-387-68619-6.

Machining of carbon fiber reinforced plastics: Influence of tool geometry and fiber orientation on the machining forces / M. Henerichs, R. Voss, F. Kuster, K. Wegener // CIRP J Manuf. Sci. Technol., 2015.– 9. – P. 136–145.

The effect of fiber orientation on tool wear in edge-trimming of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) laminates / D. Nguyen, M.S.B. Abdullah, R. Khawarizmi etc. // Wear, 2020. – 450. – P. 203–213.

Fiber orientation angle effects in machining of unidirectional CFRP laminated composites / V. Madhavan, G. Lipczynski, B. Lane, E. Whitenton // Manufactory Process, 2015. – 20. – P.431–442.

Davim J.P. Machining composite materials / J.P. Davim.– John Wiley & Sons, Hoboken, 2009. https://www.wiley.com/en-us/Machining+Composites+Materials-p-9781848211704.

Analyticalforce model for orthogonal machining of unidirectional carbon fibre re- inforced polymers (CFRP) as a function of the fibre orientation / R. Voss, I. Seeholzer, F. Kuster, K. Wegener // J Material Process Technology, 2018.– 263.– P.440–469.

Sharma M,, Rao I.M., Bijwe J. Influence of fiber orientation on abrasive wear of unidirectionally reinforced carbon fiber– polyetherimide composites / M. Sharma, I.M. Rao, J. Bijwe // Tribology Int., 2010.– 43(5).– P.959–964.

Wang D..H., Ramulu M., Arola D. Orthogonal cutting mechanisms of graphite/epoxy composite. Part I: unidirectional laminate / D..H. Wang, M. Ramulu, D.Arola // International J. of Machine Tools and Manufacture, 1995. – 35.– P.1623–38. https://doi.org/10.1016/0890-6955(95)00014-O.

Pwu HY, Hocheng H. Chip Formation Model of Cutting Fiber-Reinforced Plastics Perpendicular to Fiber Axis. Journal of Manufacturing Science and Engineering 1998;120:192. https://doi.org/10.1115/1.2830100.

Zhang L.C,, Zhang H,J,, Wang X.M. A force prediction model for cutting unidirectional fibre- reinforced plastics / L.C, Zhang, H,J. Zhang, X.M. Wang // Machining Science and Technology, 2001.– 5.– P. 293–305. https://doi.org/10.1081/MST-100108616.

Faraz A., Biermann D., Weinert K. Cutting edge rounding: An innovative tool wear criterion in drilling CFRP composite laminates / A. Faraz, D. Biermann, K. Weinert // International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2009. – 49.– P.1185–1196. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2009.08.002.

Effects of fiber orientation direction on tool-wear processes in down-milling of carbon fiber-reinforced plastic laminates / S. Maegawa, Y. Morikawa, S. Hayakawa etc. // International Journal of Automation Technology, 2015.– 9. – P.356–364. https://doi.org/10.20965/ijat.2015. p0356.

Effect of chilled air on tool wear and workpiece quality during milling of carbon fibre-reinforced plastic / M.K. Nor Khairusshima, C.H. Che Hassan, A.G. Jaharah etc. // Wear 2013, – 302. – P.1113–1123. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.01.043.

Muhamad Khairussaleh N.K., Che Haron C.H., A. Ghani J. Study on wear mechanism of solid carbide cutting tool in milling CFRP / N.K. Muhamad Khairussaleh., C.H. Che Haron, A. Ghani J. // Journal of Materials Research, 2016. –31. – P.1893–1899. https://doi.org/10.1557 /jmr.2016.21.

Inoue T., Hagino M. Cutting Characteristics of CFRP Materials with Carbon Fiber Distribution / T. Inoue, M. Hagino // International Journal of Automation Technology, 2013. –7. – P. 285–291. https://doi.org/10.20965/ijat.2013.p0285.

Inoue T., Hagino M. Cutting Characteristics of CFRP Materials with Carbon Fiber Distribution / T. Inoue, M. Hagino // International Journal of Automation Technology, 2013. –7. – P. 285–291. https://doi.org/10.20965/ijat.2013.p0285.

Hagino M., Inoue T. Effect of Carbon Fiber Orientation and Helix Angle on CFRP Cutting Characteristics by End Milling / M. Hagino, T. Inoue // International Journal of Automation Technology, 2013. –7. – P.292–299. https://doi.org/10.20965/ijat.2013.p0292.

High-quality machining of CFRP with high helix end mill / A. Hosokawa, N. Hirose, T. Ueda, T. Furumoto // CIRP Annals, 2014. – 63. – P.89–92. https://doi.org/10.1016/j.cirp. 2014.03.084.

. Analytical force model for orthogonal machining of unidirectional carbon fibre reinforced polymers (CFRP) as a function of the fibre orientation / R. Voss, L. Seeholzer, F. Kuster, K. Wegener // Journal of Materials Processing Technology, 2019. –263. – P.440–469. https:// doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.08.001.

Influence of fibre orientation, tool geometry and process parameters on surface quality in milling of CFRP / R. Voss, L. Seeholzer, F. Kuster, K. Wegener // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2017. –18. – P.75–91.https://doi.org/10.1016/j.cirpj. 2016.10.002.

Tool wear and spring back analysis in orthogonal machining unidirectional CFRP with respect to tool geometry and fibreorientation / L. Seeholzer, F. Kneubühler, F. Grossenbacher, K. Wegener // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021. – 115. – P. 2905–2928. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07222-z.

Fiber orientation angle effects in machining of unidirectional cfrp laminated composites / V. Madhavan, G. Lipczynski, B. Lane, E. Whitenton // Proceedings of NAMRI/SME, 2014. –. 42. – P.1–13.

Geier N. Influence of fibre orientation on cutting force in up and down milling of UD-CFRP composites / N. Geier // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2020. – 111. – P.881–893. https://doi.org/10.1007/s00170-020-06163-3.

Effects of Fiber Orientation Direction on Tool-Wear Processes in Down-Milling of Carbon Fiber-Reinforced Plastic Laminates / S. Maegawa, Y. Morikawa, S. Hayakawa etc. // Int. J. of Automation Technology, 2015. –9 (4). – P.356–364. https://doi.org/10.20965/ijat.2015.p0356.

The effect of fiber orientation on tool wear in edge-trimming of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) laminates / D. Nguyen, M. S. B. Abdullah, R. Khawarizmi etc. // Journal Pre-proof, Wear, 2020. – P.1–35. https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203213.

Кhavin G.L. Formulirovka zakona iznashivaniya instrumenta pri rezanii polimernyh kompozitov / G. L. Khavin // Іntegrovanі tekhnologії ta energozberezhennya Harkіv: NTU «HPІ», 2021. – №.3.– S.36–45.

Wang X.M., Zhang L.C. An experimental investigation into the orthogonal cutting of unidirectional fiber reinforced plastics / X.M. Wang, L.C. Zhang // International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2003. – 43, – P.1015–1022.

Kaneeda T. CFRP cutting mechanism / T. Kaneeda // Tran. of North American Manufacturing Res. Institute of SME, 1991. – 19. – P. 216–221.

Nayak D., Bhatnagar N., Mahajan P. Machining studies of uni-directional glass fiber einforced plastic (UD-GFRP) composites part 1: Effect of geometrical and process parameters / D. Nayak, N. Bhatnagar, P. Mahajan // Machining Science and Technology, 2005. – 9. – P. 481–501.

Takeyama H., Iijima N. Machinability of glass-fiber reinforced plastics and application of

ultrasonic machining / H. Takeyama, N. Iijima // Annals of CIRP, 1988. – 37. – P. 93–96.

Nayak D., Bhatnagar N., Mahajan P. Machining studies of UD-FRP composites part 2: finite element analysis / D. Nayak, N. Bhatnagar, P. Mahajan // Machining Science and Technology, 2005.– 9(4). – P. 503-528.

Tsukizoe T., Ohmae N. Friction and Wear Performance of Uni-Directionally Oriented Glass, Carbon, Aramid and Stainless Steel Fiber Reinforced Plastics, Friction and Wear of Polymer Composites /T. Tsukizoe, N. Ohmae // Friction and Wear of Polymer Composites, 1986. – P. 205–231.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-07-28