Формування якості отворів свердлінням авіаційних конструкцій із полімерних композиційних матеріалів

Автор(и)

  • Катерина Володимирівна Майорова Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-3949-0791
  • Олексій Вікторович Андрєєв Державне підприємство «Антонов», Україна https://orcid.org/0000-0003-2767-4884
  • Борис Володимирович Лупкін Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-7613-537X
  • Віктор Степанович Антонюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-0690-2411
  • Сергій Петрович Вислоух Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-2204-2602

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.279618

Ключові слова:

полімерні композиційні матеріали, свердління отворів, шорсткість отвору, геометрична точність

Анотація

Предметом дослідження є показники якості (геометричної точності, шорсткості, циліндричності та конусності) отворів, отриманих свердлінням в авіаційних конструкціях (АК) із полімерних композиційних матеріалів (ПКМ). Дослідження показників якості отворів в АК із ПКМ виконано з використанням кінематичних схем поперек та вздовж напряму свердління. Створено кінематичну схему утворення прогнозованої шорсткості поверхні отвору в АК із ПКМ. Запропоновано розрахунок прогнозованої шорсткості отворів ПКМ з урахуванням геометрії свердла та режимів свердління. Реалізовано експериментальні дослідження з метою встановлення параметрів прогнозованої шорсткості, геометричної точності, конусності та відхилень від циліндричності. Використовуваними методами є метод експертних оцінок і експериментальні дослідження показників якості отворів ПКМ. Отримано такі результати. Показано, що шорсткість за натурними експериментами виявилася нижча від теоретичних розрахункових значень з різницею не більше 10…15 %. Встановлено, що шорсткість, конусність, відхилення від геометричної точності та циліндричності відрізняються за характерними зонами обертання свердла від 0° до 360° та залежать від параметрів свердління і властивостей ПКМ. Було виявлено, що на відхилення від циліндричності отвору впливає усадка матеріалу. Встановлено появу овальності в отворах дослідних зразків. Результати експериментальних досліджень замірів діаметрів отворів із встановлення відхилень від циліндричності, геометричної точності та конусності задовільнили виробничим вимогам по точності їх виготовлення. Для геометричної точності та відхилення від циліндричності результати варіювалися в межах від 7 до 12 квалітету, а для конусності – від 0,083 до 0,28 % на отвір в АК із ПКМ і 9–10 квалітети точності

Біографії авторів

Катерина Володимирівна Майорова, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, завідувач кафедри

Кафедра технології виробництва літальних апаратів

Олексій Вікторович Андрєєв, Державне підприємство «Антонов»

Доктор технічних наук, головний інженер

Борис Володимирович Лупкін, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технології виробництва літальних апаратів

Віктор Степанович Антонюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра виробництва приладів

Сергій Петрович Вислоух, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра виробництва приладів

Посилання

  1. Shyha, I., Huo, D. (Eds.) (2021). Advances in Machining of Composite Materials. Engineering Materials. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-71438-3
  2. Andrieiev, O. V. (2020). Naukovi osnovy pidvyshchennia efektyvnosti stvorennia konstruktsiy transportnykh litakiv iz polimernykh kompozytsiynykh materialiv na etapakh zhyttievoho tsyklu vyrobu. Kyiv, 333. Available at: https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/44706
  3. Oliveux, G., Dandy, L. O., Leeke, G. A. (2015). Current status of recycling of fibre reinforced polymers: Review of technologies, reuse and resulting properties. Progress in Materials Science, 72, 61–99. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.01.004
  4. Kondratiev, A., Kovalenko, V., Nabokina, T., Taranenko, I. (2022). Influence of physico-mechanical factors on residual technological stresses and strains of composite panels. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering - 2022. Kharkiv. Available at: https://www.researchgate.net/publication/365501536_Influence_of_Physico-Mechanical_Factors_on_Residual_Technological_Stresses_and_Strains_of_Composite_Panels
  5. Khavin, G. L. (2015). Obrazovanie defektov pri sverlenii sloistykh kompozitov i mekhanizm poyavleniya rasslaivaniya. Visnyk NTU «KhPI». Seriya: Pryladobuduvannia, 4 (1113), 96–100. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/15182/1/vestnik_HPI_2015_4_Khavin_Obrazovanie.pdf
  6. Vorobiov, I., Nechyporuk, N., Maiorova, K. (2018). Experimental and numerical investigations on impulse self-pierce riveting of lightweight aircraft aluminium and mixed structures. Proceedings of 22nd International Scientific Conference Transport Means, 121–128. Available at: https://transportmeans.ktu.edu/wp-content/uploads/sites/307/2018/02/Transport-means-I-dalis-2018-09-25.pdf
  7. Vorobiov, I., Maiorova, K., Voronko, I., Boiko, M., Komisarov, O. (2022). Creation and Improvement Principles of the Pneumatic Manual Impulse Devices. Lecture Notes in Networks and Systems, 178–191. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-94259-5_17
  8. Kolesnyk, V., Lysenko, B., Neshta, A., Zabara, M. (2022). Investigation of cutting parameters influence the roughness when drilling CFRP/ Ti alloy stacks. Advances in mechanical engineering and transport, 1 (18), 110–122. doi: https://doi.org/10.36910/automash.v1i18.767
  9. Chen, W.-C. (1997). Some experimental investigations in the drilling of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) composite laminates. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 37 (8), 1097–1108. doi: https://doi.org/10.1016/s0890-6955(96)00095-8
  10. Shyha, I., Soo, S. L., Aspinwall, D. K., Bradley, S., Dawson, S., Pretorius, C. J. (2010). Drilling of Titanium/CFRP/Aluminium Stacks. Key Engineering Materials, 447–448, 624–633. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.447-448.624
  11. Xu, J., El Mansori, M. (2016). Experimental study on drilling mechanisms and strategies of hybrid CFRP/Ti stacks. Composite Structures, 157, 461–482. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.07.025
  12. Benezech, L., Landon, Y., Rubio, W. (2011). Study of Manufacturing Defects and Tool Geometry Optimisation for Multi-Material Stack Drilling. Advanced Materials Research, 423, 1–11. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.423.1
  13. Caggiano, A., Angelone, R., Teti, R. (2017). Image Analysis for CFRP Drilled Hole Quality Assessment. Procedia CIRP, 62, 440–445. doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.03.045
  14. Zitoune, R., Krishnaraj, V., Collombet, F., Le Roux, S. (2016). Experimental and numerical analysis on drilling of carbon fibre reinforced plastic and aluminium stacks. Composite Structures, 146, 148–158. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.02.084
  15. Lupkin, B., Maiorova, K., Vorobiov, I., Nikichanov, V., Sikulskyi, V. (2022). Study of Drilling Cutting Modes Impact on Shrinkage and Surface Roughness of Holes in Composite Materials. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering - 2022. Kharkiv.
  16. Isbilir, O., Ghassemieh, E. (2013). Comparative study of tool life and hole quality in drilling of cfrp/titanium stack using coated carbide drill. Machining Science and Technology, 17 (3), 380–409. doi: https://doi.org/10.1080/10910344.2013.806098
  17. Davim, J., Rubio, J., Abrao, A. (2007). A novel approach based on digital image analysis to evaluate the delamination factor after drilling composite laminates. Composites Science and Technology, 67 (9), 1939–1945. doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.10.009
  18. Rahmé, P., Landon, Y., Lachaud, F., Piquet, R., Lagarrigue, P. (2010). Analytical models of composite material drilling. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 52 (5-8), 609–617. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-010-2773-5
  19. Lupkin, B. V., Andrieiev, O. V., Antoniuk, V. S., Vysloukh, S. P., Korolkov, Yu. A., Voloshko, O. V. (2023). Prohnozuvannia parametriv shorstkosti poverkhni otvoru pry sverdlinni kompozytsiynykh materialiv. Zbirnyk naukovykh prats XI-oi Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii «Prohresyvni tekhnolohii v mashynobuduvanni». Lviv-Zveniv, 62–66.
  20. Tesfaye Jule, L., Ramaswamy, K., Nagaprasad, N., Shanmugam, V., Vignesh, V. (2021). Design and analysis of serial drilled hole in composite material. Materials Today: Proceedings, 45, 5759–5763. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.02.587
  21. Hocheng, H. (2012). Machining technology for composite materials. Woodhead Publishing. doi: https://doi.org/10.1533/9780857095145
  22. Maiorova, K., Vorobiov, I., Andrieiev, O., Lupkin, B., Sikulskiy, V. (2022). Forming the geometric accuracy and roughness of holes when drilling aircraft structures made from polymeric composite materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (116)), 71–80. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254555
  23. Vambol, O., Shevtsova, M., Tsaritsynskyi, A., Nabokina, T., Kondratiev, A. (2022). Temperature Effect on Elastic, Thermomechanical and Thermal Properties of Polymer Composite Materials. Lecture Notes in Networks and Systems, 466–476. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-20141-7_43
  24. Stepanov, A. A. (1987). Obrabotka rezaniem vysokoprochnykh kompozitsionnykh materialov. Leningrad: Mashinostroenie, 176.
Формування якості отворів свердлінням авіаційних конструкцій із полімерних композиційних матеріалів

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-06-30

Як цитувати

Майорова, К. В., Андрєєв, О. В., Лупкін, Б. В., Антонюк, В. С., & Вислоух, С. П. (2023). Формування якості отворів свердлінням авіаційних конструкцій із полімерних композиційних матеріалів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1 (123), 59–67. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.279618

Номер

Том 3 № 1 (123) (2023): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Kateryna Maiorova, Oleksii Andrieiev, Borys Lupkin, Victor Antonyuyk, Sergii Vysloukh

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.