Повышение качества поверхности при обработке волоконно-армированного композита фрезой с встречно расположенными лезвиями на основе sph моделирования
Аннотация
Заготовки из однонаправленных волоконно-армированных композитов зачастую подвергают последующей механической обработке. В процессе такого резания наблюдается больший изгиб более прочных волокон и отрыв их от менее прочной матрицы под обработанной поверхностью. Это ухудшает эксплуатационные свойства композита, поэтому уменьшение такого отрыва является актуальной задачей машиностроения. Одним из перспективных способов уменьшения такого отрыва является замена ортогональной схемы резания на косоугольную. Имеющаяся практика конструирования фрез подтверждает это. Зачастую применяются фрезы как с непрерывными винтовыми режущими кромками, так и с прерывистыми, но с большими углами в плане. Деформация волокон в зоне резания в таких случаях оказывается значительной. Для уменьшения этой деформации была выдвинута гипотеза о целесообразности применения встречно расположенных главных режущих кромок с большими углами их наклона. Данная гипотеза была проверена путем численного микро-моделирования с применением SPH метода расчета процесса резания металлокомпозита (волокна из стали, матрица из алюминиевого сплава). Для обоих материалов применялась модель Джонсона-Кука. Полученные картины деформаций на качественном уровне подтвердили гипотезу. Исходя из этого, была предложена конструкция концевой фрезы с главными режущими кромками, расположенными шевронно на цилиндрической поверхности в шахматном порядке. Компьютерное моделирования показало, что при работе такой конструкции фрезы деформации волокон в зоне резания будут минимальными. Вместе с тем показано, что неблагоприятного повышенного пакетирования стружки в зоне между смежными режущими кромками не наблюдается. Полученные результаты можно признать лишь предварительными, поскольку компьютерная модель была достаточно грубой
и экспериментального подтверждения не произведено.
Ключевые слова
Полный текст:
PDF (English)Литература
Sheikh-Ahmad J.Y. Machining of polymer composites. Springer, 2009. 315 p. DOI: 10.1007/978-0-387-68619-6
Teti R. Machining of Composite Materials. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 2002, vol. 1, iss. 51, no. 2, pp. 611–634. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)61703-X
Machining carbon fibre materials. User guide. Sandvik Coromant., 2010. 63 p.
Composite Machining Guide. Kennametal., 2012. 22 p.
JABRO – Composite machining. SECO, 2011. 40 p.
Tooling for Composites and Aerospace Materials. Guhring., 2011. 4 p.
Patil A.A., Shende M.D. Experimental and Analytical Investigation of Drilling of Sandwich Composites: A Review. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 2013, vol. 6, iss. 6,
pp. 40–52. DOI: 10.9790/1684-0664052
Kahwasha F., Shyhaa I., Maheri A. Modelling of cutting fibrous composite materials current practice. Procedia CIRP, 2015, no. 28, pp. 52–57. DOI: 10.1016/j.procir.2015.04.010
Schorník V., Dana M., Zetková I. The Influence of the Cutting Conditions on the Machined Surface Quality when the CFRP is Machine. Procedia Engineering, 2015, no. 100, pp. 1270–1276. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.01.493
Naresh N., Rajasekhar K., Vijaya Bhaskara Reddy P. Parametric analysis of GFRP composites in CNC milling machine using Taguchi method. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 2013, vol. 6, no. 1, pp. 102–111. DOI: 10.6084/m9.figshare.1051567
Mkaddem A., Mansori M.E. Finite element analysis when machining UGF-reinforced PMCs plates: Chip formation, crack propagation and induced-damage. Materials and Design, 2009, vol. 30,
pp. 3295–3302. DOI: 10.1016/j.matdes.2008.12.009
Zhou L., Huang S.T., Wang D., Yu X.L. Finite element and experimental studies of the cutting process of SiCp/Al composites with PCD tools. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2011, vol. 52, pp. 619–626. DOI: 10.1007/s00170-010-2776-2
Soldani X., Santiuste C., Muñoz-Sánchez A., Miguélez M.H. Influence of tool geometry and numerical parameters when modeling orthogonal cutting of LFRP composites. Composites: Part A, 2011, vol. 42, pp. 1205–1216. DOI: 10.1016/j.compositesa.2011.04.023
Mkaddem A., Demirci I., Mansori M. A micro–macro combined approach using FEM for modelling of machining of FRP composites: Cutting forces analysis. Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, pp. 3123–3127. DOI: 10.1016/j.compscitech.2008.07.009
Dandekar C.R. Multi-step 3-D finite element modeling of subsurface damage in machining particulate reinforced metal matrix composites. Composites: Part A, 2009, vol. 40, pp. 1231–1239. DOI: 10.1115/1.2164508
Raoa G.V.G., Mahajana P., Bhatnagarb N. Three-dimensional macro-mechanical finite element model for machining of unidirectional-fiber reinforced polymer composites. Materials Science and Engineering, 2008, vol. 498, pp. 142–149. DOI: 10.1016/j.msea.2007.11.157
Raoa G.V.G., Mahajan P., Bhatnagar N. Micro-mechanical modeling of machining of FRP composites – Cutting force analysis. Composites Science and Technology, 2007, vol. 46, pp. 579–593. DOI: 10.1016/j.compscitech.2006.08.010
Raoa G.V.G., Mahajan P., Bhatnagar N. Machining of UD-GFRP composites chip for-mation mechanism. Composites Science and Technology, 2007, vol. 67, pp. 2271–2281. DOI: 10.1016/j.compscitech.2007.01.025
Usui S., Wadel J., Marusich T. Finite Element Modeling of Carbon Fiber Composite Orthogonal Cutting and Drilling. Procedia CIRP, 2014, vol. 14, pp. 211–216. DOI: 10.1016/j.procir.2014.03.081
Shchurov I.A., Boldyrev I.S. [Composite workpiece cutting simulation using the finite element method]. Bulletin of South Ural State University. Ser. Mechanical Engineering Industry, 2012, vol. 12, pp. 143–147. (in Russ.)
Limido J., Espinosa C., Salaün M., Mabru C., Chieragatti R. High speed machining modelling: SPH method capabilities. 4th Smoothed Particle Hydrodynamics European Research Interest Community (SPHERIC) workshop, 2006.
Limido J., Espinosa C., Salaün M., Lacome J.L. SPH method applied to high speed cutting modeling. International Journal of Mechanical Sciences, 2007, vol. 49, iss. 7, pp. 898–908. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2006.11.005
Bagci E. 3-D numerical analysis of orthogonal cutting process via mesh-free method. International Journal of the Physical Sciences, 2011, vol. 6, pp. 1267–1282. DOI: 10.5897/IJPS10.600
Johnson G.R., Cook W.H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Engineering Fracture Mechanics, 1985, vol. 21, no. 1, pp. 31–48. DOI: 10.1016/0013-7944(85)90052-9
Gray III G.T., Chen S.R., Wright W., Lopez M.F. Constitutive Equations for Metals Under Compression at High Strain Rates and High Temperatures. LA-12669-MS, IS-4 Report section. USA, Los Alamos National Laboratory, 1994. 62 p.
Arola D., Ramulu M. Orthogonal cutting of fiber-reinforced composites: a finite element analysis. International Journal of Mechanical Sciences, 1997, vol. 39, no. 5, pp. 597–613. DOI: 10.1016/S0020-7403(96)00061-6
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.