Cutting carbon-carbon composites by the diamond drills variable cyclic feed

Аннотация. У статті представлено оригінальне вирішення актуальної проблеми підвищення ефективності свердління композиційних матеріалів вуглецевої групи алмазними свердлами за рахунок використання динамічної робочої подачі. Показано, що накладання циклічного низькочастотного навантаження алмазного свердла дозволяє підвищити ефективність і якість обробки, без деструкції та руйнування композиту. На основі аналізу поведінки початкового структурного елементу було оцінено напружений стан зони різання у вуглецевих композиційних матеріалах, при цьому показано, що їх обробка за допомогою алмазних кільцевих свердел є дієвою і ефективною. Застосування змінного циклічного навантаження дозволяє значно зменшити товщину еструктованого шару, який формується самим свердлом, а також зменшити силу різання, особливо при тривалій роботі. Оскільки пило- та шламоутворення грають важливу роль під час свердління, подальші дослідження повинні бути спрямовані на встановлення раціональних параметрів робочого шару інструменту, наявності на ньому порожнин для видалення мікрошламу і пилу за зону обробки.Purpose. The article presents an original solution to the actuality problem of increasing the efficiency of drilling composite materials of the carbon group with diamond drills through the use of a dynamic working feed. It is shown that the application of a cyclic lowfrequency load to a diamond drill makes it possible to increase the efficiency and quality of processing without destroying the composite. Methodology. To solve the problems of determining the rational dynamic load of the drill during the operation, the approach of micro- and macroanalysis of the behavior of the processed material was used. The material itself was represented by an inhomogeneous finite medium, the properties of which are described using the concept of the initial structural element of the material. Results. Based on the analysis of the behavior of the primary structural element, the stress state of the cutting zone in carbon composite materials was estimated, and it was shown that their processing using diamond ring drills is effective and efficient. Originality. The construction of models based on the primary structural element and the establishment of patterns of crack development in an inhomogeneous medium allowed us to obtain an expression for estimating the sizes of sludge particles formed during processing and determined rational processing conditions. Practical value. The use of variable cyclic loading can significantly reduce the thickness of the destructive layer formed by the drill, as well as reduce the cutting force, especially during prolonged use. Since dust and sludge formation play an important role in drilling, further research should be aimed at establishing rational parameters of the working layer of the tool, the presence of cavities on it to remove microsludge and dust from the treatment zone.Аннотация. В статье представлено оригинальное решение актуальной проблемы повышения эффективности сверления композиционных материалов углеродной группы алмазными сверлами за счет использования динамической рабочей подачи. Показано, что приложение циклической низкочастотной нагрузки к алмазному сверлу позволяет повысить эффективность и качество обработки, не разрушая композит. Для решения задач определения рациоанльной динамической нагрузки сверла при выполнении операции использовался подход микро- и макроанализа поведения обрабатываемого материала. Сам материал представляли неоднородной конечной средой, свойства которой описаны с применением понятия начального структурного элемента материала. На основе анализа поведения начального структурного элемента было оценено напряженное состояние зоны резания в углеродных композиционных материалах, при этом показано, что их обработка с помощью алмазных кольцевых сверл является действенной и эффективной. Построение моделей на основе начального структурного элемента и установление закономерностей развития трещин в неоднородной среде позволила получить выражение для оценки размеров образующихся в процессе обработки частиц шлама и установить рациональные условия обработки. Применение изменяемого циклического нагружения позволяет значительно уменьшить толщину разрушающего слоя, формируемого самим свердом, а также уменьшить силу резания, особенно при длительной работе. Поскольку пыле- и шламообразование играют важную роль при сверлении, дальнейшие исследования должны быть направлены на установление рациональных параметров рабочего слоя инструмента, наличия на нем плостей для удаления микрошлама и пыли из зоны обработки

Вплив шламо- та пилоутворення при обробці карбон-карбонових композитів на процес абразивного мікрорізання

Results of theoretical and experimental studies aimed at establishing features of micro-cutting with abrasive grains characterized by active emission of slime and dust particles were presented. The slime particles are just partially withdrawn from the interaction zone and partially change surfaces of the tool and the workpiece of a carbon composite material, in particular, of carbon-carbon and carbon-polymer groups.The above materials possessing a complex of unique physical and mechanical properties are used in high-tech production though composites remain difficult to process materials. The problems manifest themselves to their utmost in making various apertures, shoulders, cutting of holes, processing edges.The study has shown that the phenomenon of dust and slime emission in abrasive processing of carbon-based non-dense composites and plastics results from sliding fracture and cyclic weakening of the surface non-dense layer which exhibits quasi-brittle properties under the action of fast-moving micro-indenters. Conditionality of the average slime particle sizes by normal stresses in the cutting zone and the magnitude of protrusion of diamond grains above the cutting surface of the tool was revealed.Since it was found that the particles formed during cutting are only partially withdrawn outside the cutting zone and the degree of removal decreases with an increase in the processing time, a conclusion on the cause of change in the state of the tool surface was drawn. The remaining slime and dirt change topography of the surface which results in the cutting zone temperature rise to critical values.It was shown that the use of tools with cyclic advance makes it possible to partially improve the condition of material processing which is relevant for the implementation of the processes of ring diamond drilling, processing with diamond saw blades. It was proved that the intermittent application of areas of the diamond-bearing layer reduces the phenomenon of dirt particle sticking to the surface of the working tool. Thus, the tool stays free of dirt for longer and the machining process is more efficientПредставлены результаты теоретико-экспериментальных исследований, направленных на установление особенностей микрорезания абразивными зернами, характеризующегося активным выделением шлама и пылевых частиц. Частицы шлама частично удаляются из зоны взаимодействия, а частично меняют поверхности инструмента и обрабатываемой заготовки из углеродистых композиционных материалов, в частности, углерод-углеродной и углерод-полимерной групп.Обладая комплексом уникальных физико-механических свойств, последние находят применение в высокотехнологичном производстве, одновременно композиты все еще остаются труднообрабатываемыми материалами. Максимально проблемы проявляются при выполнении различных отверстий, уступов, при вырезке окон, обработке кромок.Исследованием показано, что явление пыле- и шламообразования при абразивной обработке углеродистых полых композитов и пластиков представляется следствием скользящего разрушения и циклического разупрочнения поверхностного полого слоя, который выражает квазихрупкие свойства под действием быстродвижущихся микроинденторов. При этом выявлена обусловленность средних размеров частиц шлама нормальными напряжениями в зоне резания и величиной выступания алмазных зерен над режущей поверхностью инструмента.Поскольку установлено, что частицы, образующиеся при резке, частично удаляются за пределы зоны резания, и объем удаления уменьшается с ростом времени обработки, сделан вывод о причине изменения состояния поверхности инструмента. Оставленный шлам и грязь меняет топографию поверхности, в результате чего температура в зоне резания повышается до критических величин.Показано, что использование инструментов с циклической подачей позволяет частично улучшить условия обработки материала, что актуально для реализации процессов кольцевого алмазного сверления, обработки алмазным полотном. Доказано, что изменение участков алмазоносного слоя уменьшает явление налипания частиц грязи на поверхность рабочего инструмента. Таким образом, инструмент дольше остается без загрязнений и процесс обработки осуществляется эффективноПредставлені результати теоретико-експериментальних досліджень, направлених на установлення особливостей мікрорізання абразивними зернами, що характеризується активним виділенням шламу та пилових частинок. Частинки шламу частково видаляються із зони взаємодії, а частково змінюють поверхні інструменту та оброблюваної заготовки із вуглецевих композиційних матеріалів, зокрема, вуглець-вуглецевої та вуглець-полімерної груп.Володіючи комплексом унікальних фізико-механічних властивостей, останні знаходять застосування у високотехнологічному виробництві, водночас композити все ще залишаються важкооброблюваними матеріалами. Максимально проблеми виявляються при виконанні різних отворів, уступів, при вирізці вікон, обробленні крайок.Дослідженням показано, що явище пило- та шламоутворення при абразивній обробці вуглецевих порожнистих композитів та пластиків уявляється наслідком ковзного руйнування та циклічного роззміцнення поверхневого порожнистого шару, який виявляє квазікрихкі властивості під дією швидкорухомих мікроінденторів. При цьому виявлена обумовленість середніх розмірів частинок шламу нормальними напруженнями в зоні різання та величиною виступання алмазних зерен над різальною поверхнею інструмента.Оскільки встановлено, що частинки, які утворюються при різанні, лише частково видаляються за межі зони різання, і обсяг видалення зменшується зі зростанням часу обробки, зроблено висновок про причину зміни стану поверхні інструменту. Залишений шлам і бруд змінює топографію поверхні, внаслідок чого температура в зоні різання підвищується до критичних величин.Показано, що використання інструментів із циклічною подачею дозволяє частково поліпшити умови обробки матеріалу, що є актуальним для реалізації процесів кільцевого алмазного свердлування, обробки алмазним полотном. Доведено, що зміна ділянок алмазоносного шару зменшує явище налипання частинок бруду на поверхню робочого інструменту. Таким чином, інструмент довше залишається без забруднень і процес оброблення здійснюється ефективніш

Пристрої для ФАБО гільз циліндрів

Despite the successes achieved in practical application of FANT of cylinder liners there is no wide application of the technology because of low productivity and processing quality which may be increased by the use of new schemes of FANT and improved tools for finishing. The article presents the analysis of the existing appliances for FANT of cylinder liners and the ways to improve their design were specified. That will increase the productivity and quality of treatment as well as the effectiveness of FANT application. Метою даної роботи є аналіз існуючих конструкцій пристроїв для ФАБО гільз циліндрів з подальшою розробкою загальних рекомендацій щодо їх удосконалення. Доведено, що ФАБО гільз циліндрів має безперечні переваги у порівнянні зі традиційними способами їх обробки. Проте, існуючи технології ФАБО та обладнання для її здійснення характеризуються низькою продуктивністю, не забезпечують підвищення зносостійкості деталі. Збільшити продуктивність та якість обробки деталі можливо за рахунок застосування нових схем ФАБО, а також модернізації інструментів для фінішної обробки. Використання розроблених авторами ряду конструкцій пристроїв для ФАБО отворів, зокрема гільз циліндрів, дозволило підвищити продуктивність і якість обробки деталей

Порівняння результатів експериментів і розрахунків моделювання вигину штампованого алюмінієвого профілю

This paper focuses on the reliability of vehicle body structure made of aluminum alloy, it also investigates the influence of bending process on strength and forming quality of the part. The optimization of profile shape section during bending process is very crucial factor for the component reliability and forming quality. However, it is difficult to get ideal solution for optimization of forming process by using only theoretical analysis and experiments. Therefore numerical simulation based on finite element is used more and more to analyze the forming mechanism, to predict the defects and to optimize the process parameters. ABAQUS software shows detailed preprocessing steps of the profile design and formation followed by an accurate model to work on. The simulations allow investigating critical areas of the profile during the formation process. This paper studied the evolution of thickness deformation along the profile, the middle section was targeted since it is the most deformed area, then compared the variations of thickness between simulation and experiments in all cases using punch only and die-punch. The agreement between the experiments and the simulations is fairly good for most cases, which proves the validity of the established numerical model. У статті досліджені надійність конструкції кузова автомобіля з алюмінієвого сплаву, а також вплив процесу вигину на міцність та якість штампування деталі. Оптимізація форми перетину профілю в процесі вигину є важливим чинником підвищення надійності та якості виготовлення деталей. Метою даної роботи є оптимізація параметрів процесу вигину штампованого алюмінієвого профілю, яка реалізовувалася чисельним моделюванням з використанням програмного забезпечення ABAQUS. Програмне забезпечення ABAQUS засноване на методі кінцевих елементів для виконання віртуальних випробувань з використанням реалістичного моделювання, що допомагає скоротити витрати й час на розробку продукту, а також підвищити надійність виробів, що випускаються у машинобудуванні. Моделювання дозволяє знаходити та досліджувати критичні ділянки профілю в процесі їх формування. Використання програмного комплексу ABAQUS дозволило здійснити візуалізацію процесу вигину алюмінієвого профілю, дослідити дефекти, що виникають у процесі вигину профілю. Розглянуто найбільш деформовані області середньої частини профілю шляхом порівняння результатів моделювання й експериментів. Кореляція між результатами моделювання й експериментів доводить обґрунтованість встановленої чисельної моделі. Для підвищення міцності алюмінієвого профілю рекомендовано змінити його внутрішню конструкцію, при цьому вага й дизайн профілю залишилися незмінним

Increasing of quality of perforation finishing

В статье представлен анализ путей повышения качества обработки отверстий, а также роль финишных операций при этом. Указаны особенности финишной обработки отверстий. Выполнен обзор существующих методов финишной обработки отверстий и их влияние на параметры качества поверхности. Направление по совершенствованию существующих технологий за счет возможностей комбинированной обработки представлено как наиболее актуальное. У статті представлений аналіз шляхів підвищення якості обробки отворів, а також роль фінішних операцій при цьому. Вказані особливості фінішної обробки отворів. Виконаний огляд існуючих методів фінішної обробки отворів та їх вплив на параметри якості поверхні. Напрям з вдосконалення існуючих технологій за рахунок можливостей комбінованої обробки представлений як найбільш актуальний. The work proves that one way to increase the quality of perforations is to enhance their refinement at the stage of finishing operations. This helped to set the aim of the work to review existing methods of finishing refinement of perforations and their influence on the surface quality options. It has been proved that the application of the methods of mechanical refinement of perforations and surface plastic deformation allows to achieve high geometrical characteristics of surface quality but it does not solve the problem of increasing of hardwearing and antifriction qualities of the friction surface, which is extremely necessary during the process of bedding. The usage of traditional methods of coating application increases antifriction and hardwearing qualities of the surface but we lack the possibility to form the optimal microgeometry of the surface. Combined refinement allowing to combine the advantages of different methods of perforations finishing refinement has been proposed as the most effective one. For instance, the possibility to combine finishing antifriction nonabrasive refinement with the methods of surface plastic deformation, in particular with deformational drawing, will allow to increase the process productivity and quality of perforations finishing refinement

Значення оптимізації пружних властивостей аеродинамічної поверхні після процесу розтягування

The purpose of this work is to simulate the process of stretching the aluminium profile using the ABAQUS/CAE software and the finite element method. This problem is relevant for many parts of the agricultural technology, automobile and aerospace industry and the choice of their optimal values is very difficult, since it depends on many factors. The research methods used in the past were based on an empirically-intuitive basis. The main content of the presented work includes numerical modelling with a detailed description of the sequential operations undertaken to achieve the optimum value of springback. In the process of searching for the optimum value of springback of the material, the use of the ABAQUS/CAE software made it possible to visualize the presented process by the example of an aluminium alloy, to perform a number of experiments with different distances and stretching angles. The use of such a modelling system for details of the aerospace industry will significantly reduce the number of experiments, and, consequently, reduce the costs of conducting them. Целью данной работы является моделирование процесса растяжения алюминиевого профиля с использованием программного обеспечения ABAQUS/CAE и метода конечных элементов. Для многих деталей сельскохозяйственной техники, автомобильной и аэрокосмической промышленности данная проблема представляется актуальной, а сам выбор их оптимальных значений весьма сложен, так как зависит от многих факторов. Применяемые в прошлом исследовательские методы основаны на эмпирически – интуитивной основе. Основное содержание представленной работы включает численное моделирование с подробным описанием последовательных операций, предпринятых для достижения оптимального значения упругих свойств материала. В процессе поиска оптимального значения упругих свойств алюминиевого профиля использование программного обеспечения ABAQUS/CAE позволило визуализировать представленный процесс на примере алюминиевого сплава, провести ряд экспериментов с различными расстояниями и углами растяжения. Применение подобной системы моделирования применительно к деталям аэрокосмической промышленности позволит значительно сократить количество экспериментов, а следовательно, снизить материальные затраты на их проведение. У статті виконана оптимізація пружних властивостей аеродинамічної поверхні. Із цією метою проведено моделювання процесу розтягування алюмінієвого профілю з використанням програмного забезпечення ABAQUS/CAE та методу кінцевих елементів. Для багатьох деталей сільськогосподарської техніки, автомобільної та аерокосмічної промисловості дана проблема є актуальною, а сам вибір їх оптимальних значень досить складний, тому що залежить від багатьох факторів. Раніше застосовувані дослідницькі методи ґрунтувалися на емпірично–інтуїтивному підході. Основний зміст представленої роботи включає чисельне моделювання з детальним описом послідовних операцій, які виконуються для досягнення оптимального значення пружних властивостей. Випробування проводилися на традиційному лабораторному устаткуванні, на зразках стандартної форми для кожного виду випробувань при зміні технологічних факторів. У процесі пошуку оптимального значення пружності матеріалу використання програмного забезпечення ABAQUS/CAE дало змогу візуалізувати представлений процес на прикладі алюмінієвого сплаву, провести ряд експериментів з різними відстанями й кутами розтягування. Застосування подібної системи моделювання на основі розрахунково-експериментальної бази для цілеспрямованого пошуку оптимального значення стосовно деталей сільськогосподарської техніки дозволить значно скоротити кількість експериментів, а отже, знизити матеріальні витрати на їх проведення