Дослідження впливу режимів різання на шорсткість обробленої поверхні при свердлінні отворів у пакетах "вуглепластик / титановий сплав"

Abstract

В даний час свердління пакетів вуглепластик / титановий сплав все ще є одним із найбільш широко використовуваних методів механічної обробки для виготовлення отворів для кріплення вузлів у цивільних літаках. Низька оброблюваність матеріалів пакету обумовлена поєднанням анізотропної структури композиційного матеріалу, високої твердості та міцності титанового сплаву. Це створює виклики у механічній обробці подібних з’єднань, що пов’язано з труднощами вибору раціональних режимів різання як для шару вуглепластику та і для шару титанового сплаву. Одним з аспектів механічної обробки пакетів вуглепластик/ титановий сплав є необхідність забезпечення задовільних параметрів шорсткості поверхні отворів. У цій роботі досліджувалися вплив технологічних факторів на шорсткість обробленої поверхні отворів. У ході експериментальне дослідження контрольованими параметрами були температура свердління та шорсткість поверхні. Вимірювання температури свердління здійснювалося у режимі реального часу за допомогою спеціально розробленого пристрою WICUTEM, що апаратно поєднує метод штучної термопари та технологію Bluetooth для бездротової передачі даних. Контроль шорсткості здійснювався за допомогою профілографічного методу на профілографі SurfCOM 5000. Експериментальна установка була реалізована на базі 5 координатного фрезерного оброблювального центру DMU 85V. Планування експерименту здійснювалося за методикою Тагучі, на основі ортогонального масиву L8, шляхом варіювання факторів швидкості різання та подачі на трьох рівнях. Результати показують, що при обробці шару вуглепластику значення аналізованих параметрів шорсткості підпорядковується тренду до збільшення параметрів при збільшенні подачі, в той час як при свердлінні шару титанового сплаву навпаки до зниження, за винятком тих що стали локальними мінімумами.

В настоящее время сверление пакетов углепластик/титановый сплав все еще является одним из наиболее широко используемых методов механической обработки для изготовления отверстий для крепления узлов в гражданских самолетах. Низкая обрабатываемость материалов пакета обусловлена сочетанием анизотропной структуры композиционного материала, высокой жесткости и прочности титанового сплава. Это создает вызовы в механической обработке подобных соединений, что связано с трудностями выбора рациональных режимов резания как для слоя углепластика, так и для слоя титанового сплава. Одним из аспектов механической обработки пакетов углепластика/титанового сплава является необходимость обеспечения удовлетворительных параметров шероховатости поверхности отверстий. В данной работе исследовались влияние технологических факторов на шероховатость обработанной поверхности отверстий. В ходе экспериментального исследования контролируемыми параметрами были температура сверления и шероховатость поверхности. Измерение температуры сверления осуществлялось в режиме реального времени с помощью специально разработанного устройства WICUTEM, аппаратно сочетающего метод искусственной термопары и технологии Bluetooth для беспроводной передачи данных. Контроль шероховатости производился с помощью профилографического метода на профилографе SurfCOM 5000. Экспериментальная установка была реализована на базе 5 координатного фрезерного обрабатывающего центра DMU 85V. Планирование эксперимента осуществлялось по методике Тагучи, на основе ортогонального массива L8 путем варьирования факторов скорости резания и подачи на трех уровнях. Результаты показывают, что при обработке слоя углепластика значение анализируемых параметров шероховатости подчиняется тренду к увеличению параметров при увеличении подачи, в то время как при сверлении слоя титанового сплава наоборот к понижению, за исключением ставших локальными минимумами.

Currently, the drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) / titanium alloy stacks is still one of the most widely used machining methods for making holes for fastening assemblies in civil aircraft. The low machinability of the materials which forms the stack is explained by combination of the anisotropic structure of the carbon fiber reinforced plastic, high hardness and strength of the titanium alloy. This poses challenges in machining such joints, which makes it difficult to choose rational cutting parameters for both the carbon fiber reinforced plastic layer and the titanium alloy layer. One of the aspects of machining of carbon fiber reinforced plastic/ titanium alloy stacks is the necessity to ensure satisfactory surface roughness parameters. In this work, the influence of technological factors on the roughness of the machined surface of the holes was investigated. During the experimental study, the controlled parameters were drilling temperature and surface roughness. Drilling temperature was measured in real time using a specially designed device WICUTEM, which combines the method of artificial thermocouple and Bluetooth technology for wireless data transmission. Roughness control was performed using the profilographic method on the SurfCOM 5000 profilograph. The experimental setup was implemented on the basis of the 5 coordinate milling machining center DMU 85V. The experiment was planned according to the Taguchi method, based on the orthogonal array L8, by varying the factors of cutting speed and feed at three levels. The results show that when processing the carbon fiber layer the values of the analyzed roughness parameters are subject to the trend to increase the parameters with increasing feed, while when drilling a layer of titanium alloy on the contrary to decrease, except for local lows.