Research of the process of drilling holes in parts made of polymer carbon plastic

Abstract

The article presents analytical models for evaluating the process of drilling holes in parts made of fibrous composite materials by drilling, which is accompanied by unusual defects that are not typical for metal cutting, such as delamination, chips, hairiness, composite chipping, thermal destruction and uncut fibers around the drilled hole, as they affect the service life of composite details. The influence of processing conditions and modes (feed, spindle speed and drill tip angle) of carbon fiber on the drilling quality parameters (delamination coefficient and roughness of the machined surface) and axial cutting force is established. The delamination coefficient (Ksr) in composite materials was taken into account, for which the critical axial force was determined, the excess of which leads to delamination of the hole surface, by an indirect method - by measuring the axial force. Measurement of the axial force and determination of its parameters were performed using an experimental setup. The machining modes during experimental studies varied within the following limits: the number of revolutions n - from 1250 to 4000 rpm and the feed S - from 50 to 800 mm/min. Drilling was performed on a vertical milling machine with a CNC SMG-300 with a maximum spindle speed of 5000 rpm. carbide drills with a diameter of 5 mm SANDVIK class ISO K20. Analytical dependencies were constructed using modern methods of multivariate statistical analysis - by the method of group consideration of arguments for calculating the quality parameters of holes in composite materials from cutting modes: the number of revolutions of the drill n, the feed S and the angle φ at the tip of the drill.

В статті представлені аналітичні моделі для оцінки процесу свердління отворів в деталях з волокнистих композиційних матеріалів свердлінням, що супроводжується незвичайними дефектами, які невластиві різанню металу, такі як розшарування, сколи, ворсистість, викришування композиту, термічна деструкція та нерозрізані волокна навколо просвердленого отвору, оскільки вони впливають на термін експлуатації композитних деталей. Встановлено вплив умов та режимів оброблення (подачі, кількості обертів шпинделя та кута при вершині свердла) вуглепластику на параметри якості свердління (коефіцієнт розшарування та шорсткість обробленої поверхні) та осьову силу різання. Враховано коефіцієнт розшарування (Ksr) в композиційних матеріалах, для чого визначали критичну осьову силу, перевищення якої призводить до розшарування поверхні отвору, непрямим методом – шляхом вимірювання осьової сили. Вимірювання осьової сили та визначення її параметрів виконували за допомогою експериментальної установки. Режими оброблення при проведенні експериментальних досліджень варіювались в межах: кількість обертів n – від 1250 до 4000 об/хв та подача S – від 50 до 800 мм/хв. Свердління виконували на вертикально-фрезерному верстаті з ЧПК SMG-300 з максимальною частотою обертання шпинделя 5000 об/хв. твердосплавними свердла діаметром 5 мм SANDVIK класу ISO K20. Побудовані аналітичні залежності з використанням сучасних методів багатовимірного статистичного аналізу – методом групового врахування аргументів для розрахунку параметрів якості отворів композиційних матеріалів від режимів різання: числа обертів свердла n, подачі S та кута 𝜑 при вершині свердла.