Формування дефектного поверхневого шару при розрізанні деталей із карбон-карбонових і карбон-полімерних композитів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139556Ключові слова:
mechanical cutting, hydroabrasive cutting, carbon-containing composite material, defective layerАнотація
We report results of theoretical and experimental research aimed at establishing the mechanisms for the formation of a defective layer at the machined surfaces made from carbon composite materials, specifically those from carbon-carbon and carbon-polymeric groups. Possessing a set of unique physical and mechanical properties, the latter are increasingly applied in aviation and space technologies. However, since the properties of a material are predetermined not only by the components applied but also by the processes to obtain products (laying of reinforcing fibers, orientation of threads), conducting mechanical tests of samples-witnesses is a compulsory stage in the operations performed.
Based on the generalization of statistical and theoretical-analytical information, we have developed a model of the emergence and propagation of cracks in a quasi-fragile material, particularly the carbon-carbon and carbon-polymeric composites, caused by the action of a cutting wedge. It is shown that the stresses that occur in a surface layer predetermine the intensity of crack growth while a direction of microcracks propagation is due to the applied force load. Therefore, control over the direction of force action, as well as the application of certain technical means, including a hydroabrasive jet, could enable the localization of microcracks in small quantities at the surface of the formed edge.
The established regularities in the formation of a defective layer at machining (including the hydroabrasive cutting) have made it possible to identify ways to improve the quality of a sample and to reduce the layer thickness to 0.05 mm. The derived dependences of the destruction zone parameters on the stresses that occur at cutting allowed us to obtain the rational sequence of machining transitions, at which the defective surface layer is the smallest.
The results obtained provide a possibility to significantly increase the accuracy of mechanical tests of carbon composite materials, thereby reducing the variance in the measurements of controlled parameters by 30‒40 %.
The results have been actually implemented industrailly, and are of interest for the further research aimed at the hybridization of processes, as well as the development of technologies based on a functional-oriented approach.
Посилання
- Sinani, I. L., Bushuev, V. M. (2014). The degree of saturation of the individual fragments pyrolytic carbon skeleton of the base substrate sealed designs. Korroziya: materialy, zashchita, 9, 8–11.
- Liu, J. C., Wang, D. Y., Chen, Y. W., Li, S. H., Wei, H. Z. (2013). Research on Manufacturing Process of Carbon-Carbon Composites as Ablation Resistance Materials. Advanced Materials Research, 813, 419–426. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.813.419
- Pinho, L., Carou, D., Davim, J. (2015). Comparative study of the performance of diamond-coated drills on the delamination in drilling of carbon fiber reinforced plastics: Assessing the influence of the temperature of the drill. Journal of Composite Materials, 50 (2), 179–189. doi: https://doi.org/10.1177/0021998315571973
- Newcomb, B. A. (2016). Processing, structure, and properties of carbon fibers. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 91, 262–282. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.10.018
- Chung, D. D. L. (2017). Processing-structure-property relationships of continuous carbon fiber polymer-matrix composites. Materials Science and Engineering: R: Reports, 113, 1–29. doi: https://doi.org/10.1016/j.mser.2017.01.002
- Alberdi, A., Suárez, A., Artaza, T., Escobar-Palafox, G. A., Ridgway, K. (2013). Composite Cutting with Abrasive Water Jet. Procedia Engineering, 63, 421–429. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.08.217
- Uhlmann, E., Sammler, F., Richarz, S., Reucher, G., Hufschmied, R., Frank, A. et. al. (2016). Machining of Carbon and Glass Fibre Reinforced Composites. Procedia CIRP, 46, 63–66. doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.03.197
- Xu, C., Song, L., Zhu, H., Meng, S., Xie, W., Jin, H. (2018). Experimental investigation on the mechanical behaviour of 3D carbon/carbon composites under biaxial compression. Composite Structures, 188, 7–14. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.11.035
- Klimenko, S., Ryzhov, Yu., Burykin, V., Manohin, A. (2013). Influence n-TiC/α-C wear-resistant coatings on the performance of the CBN tools. Bulletin of NTUU «KPI». Mechanical Engineering, 3 (69), 191–197.
- Khavin, G. L. (2015). Formation of defects during drilling of layered composites and the mechanism of the appearance of delamination. Vestnik Nats. tekhn. un-ta «KhPI»: sb. nauch. tr., temat. vyp.: Tekhnologii v mashinostroenii, 4 (1113), 96–100.
- Orel, V. N., Shchetinin, V. T., Salenko, A. F., Yatsyna, N. N (2016). The use of controlled cracking to improve the efficiency of waterjet cutting. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (79)), 45–56. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59907
- Khavin, G. L. (2013). Modeling the value of an interlayer crack during drilling of polymer composites. Mekhanika ta mashynobuduvannia, 1, 145–150.
- Salenko, A. F., Shchetinin, V. T., Fedotyev, A. N. (2014). Improving accuracy of profile hydro-abrasive cutting of plates of hardmetals and superhard materials. Journal of Superhard Materials, 36 (3), 199–207. doi: https://doi.org/10.3103/s1063457614030083
- Salenko, A. F., Mana, A. N., Petropolskiy, V. S. (2011). About the possibility of waterjet perforation of holes in workpieces made of functional materials. Nadiynist instrumentu ta optymizatsiya tekhnolohichnykh system, 29, 107–118.
- Buchcz, A., Barsukov, G. V., Stepanov, Y. S., Mikheev, A. V. (2013). Definition of abrasive water jet cutting capacity taking into account abrasive grain properties. Selected Engineering Problems, 4, 157–162.
- Fomovskaya, Y. V., Salenko, A. F., Strutinskiy, V. B. (2012). About the experience of the application of the functional approach to the production of muffled cuts in the ultrahard sintered materials by the abrasive water jet method. Visnyk SevNTU, 2, 188–193.
- Hrabovskyi, A. P., Tymoshenko, O. V., Bobyr, M. I. (2004). Pat. No. 65499 UA. Method of determining the kinetic parameters characterizing failure of material in plastoelastic deformation. МPK: G01N 3/08. published: 15.03.2004, Bul. No. 3, 4.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Alexandr Salenko, Olga Chencheva, Evgeny Lashko, Viktor Shchetynin, Sergey Klimenko, Alexandr Samusenko, Alexandr Potapov, Irina Gusarova
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.
