Моделирование процессов сверления заготовок из полимерных композиционных материалов путем использования цифровых двойников

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Поликристаллические композитные материалы из углепластиков находят все более широкое распространение в машиностроении и становятся основным материалом при производстве современных видов скоростного транспорта. Так, в конструкции пассажирских летательных аппаратов их доля уже достигла 35–45 %. Однако технология механической обработки поверхностей деталей из этих материалов, в частности отверстий, отличается недостаточной изученностью, отсутствием нормативов режимов резания и основывается чаще всего на производственном опыте предприятий. При изменении условий обработки и материала длительность технологической подготовки производства становится причиной существенного увеличения себестоимости изготовления деталей вследствие необходимости опытного подбора рациональных элементов режима резания. Для исключения эмпирического подбора рациональных элементов режима резания на станочном оборудовании была рассмотрена возможность использования цифровых двойников для исследования процессов сверления отверстий в заготовках из композиционных материалов, в том числе (для повышения качества и производительности обработки) с введением в зону формообразования новых поверхностей энергии ультразвукового поля. При моделировании использовалась программа LS-DYNA. Подготовка моделей и обработка результатов выполнялась в программе LS-PrePost 4.8. В процессе исследований применялся явный метод моделирования с предварительной валидацией и калибровкой результатов тестовых испытаний композитов. Калибровка осуществлялась на тестовых операциях растяжения, трехточечного изгиба и межслойного сдвига широко используемого в отечественном машиностроении полимерного композиционного материала на основе углеродных волокон (углепластика) ВКУ-39. Разработанные конечно-элементные компьютерные модели позволяют имитировать технологические процессы сверления без проведения достаточно сложных и затратных натурных испытаний. В результате моделирования был получен файл симуляции, который отражает процесс сверления отверстий в заготовке из полимерного композиционного материала, максимально приближенный к реальной ситуации со снятием стружки.

Об авторах

Максим Валерьевич Илюшкин

Ульяновский научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства, Ульяновск

Email: fzbm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3335-728X

кандидат технических наук, заместитель директора

Россия

Евгений Степанович Киселев

Ульяновский государственный технический университет, Ульяновск

Автор, ответственный за переписку.
Email: kec.ulstu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1745-9016

доктор технических наук, профессор

Россия

Список литературы

  1. Киселев Е.С., Благовский О.Г. Управление формированием остаточных напряжений при изготовлении ответственных деталей. СПб.: ЛАНЬ, 2020. 140 с.
  2. Киселев Е.С., Назаров М.В. Особенности технологии изготовления нежестких корпусных деталей. М.: РУСАЙНС, 2022. 218 с.
  3. Иванов Ю.Н., Чапышев А.П., Каверзин Е.А. Экспериментальное исследование влияния теплового расширения обрабатываемых материалов при сухом сверлении отверстий в пакетах структуры «полимерный композиционный материал – титановый сплав» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 10. С. 36–42. EDN: RGSXJV.
  4. Иванов Ю.Н. Сверление отверстий в смешанных пакетах // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 1-5. С. 1402–1406. EDN: TJFAFL.
  5. Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонов М.В., Шевченко А.В. Расчетные исследования влияния некоторых видов эксплуатационно-технологических повреждений на несущую способность стрингерных панелей из ПКМ // Труды МАИ. 2019. № 106. С. 2–39. EDN: NLSATO.
  6. Ефременков И.В., Полянсков Ю.В. Математическое моделирование динамического взаимодействия твердого тела с окружающим его пространством в программном комплексе LS-DYNA // Universum: Технические науки. 2019. № 6. С. 6–8. EDN: JIKSOT.
  7. Дударев А.С., Добринский А.Г. Эффективность вибрационного сверления полимерных композиционных материалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2019. Т. 21. № 4. С. 42–48. doi: 10.15593/2224-9877/2019.4.05.
  8. Колесник В.А., Криворучко Д.В., Мужецкий А.И. О влиянии ориентации волокон на механизм разрушения волокнистых полимерных композиционных материалов // Научный Вестник Донбасской государственной машиностроительной академии. 2012. № 2. С. 55–59.
  9. Колесник В.А., Криворучко В.А., Евтухов В.Г. О формировании микрорельефа обработанной резанием поверхности волокнистых полимерных композиционных материалов // Технологические системы. 2013. № 64. С. 60–69.
  10. Воробьев Ю.А., Николаенко А.И., Воробьев А.Ю. Анализ исследований по сверлению смешанных пакетов их композиционных материалов и титановых сплавов // Авиационно-космическая техника и технологии. 2008. № 2. С. 32–38.
  11. Чащин Н.С., Иванов Ю.Н. Обработка отверстий в смешанных пакетах методом орбитального сверления // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 11. С. 44–49. EDN: VAUELX.
  12. Чащин Н.С., Иванов Ю.Н., Сидорова А.В., Семенов Е.Н., Стуров А.А. Исследование технологии обработки отверстий малых диаметров в полимерном композиционном материале на робототехническом комплексе // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 6. С. 39–48. doi: 10.21285/1814-3520-2017-6-39-48.
  13. Чигринец Е.Г., Родригес С.Б., Заборотний Д.И., Чотчаева С.К. Численное моделирование температурных полей в полимерном композите // Труды МАИ. 2021. № 116. С. 17–48. doi: 10.34759/trd-2021-116-17.
  14. Чигринец Е.Г. Оптимизация процесса сверления армированного титаном стеклопластикового лонжерона лопасти несущего винта вертолета // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 177–188. EDN: VPEKQD.
  15. Hocheng H., Puw H.Y. On drilling characteristics of fiber-reinforced thermoset and thermoplastics // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1992. Vol. 32. № 4. P. 583–592. doi: 10.1016/0890-6955(92)90047-K.
  16. Dudarev A.S., Gumarov E.Kh. Study of thermophysics during diamond drilling of fiberglass and carbon fibre-reinfoced polymer composites // Proceedings of Irkutsk state technical university. 2021. Vol. 25. № 3. P. 290–299. doi: 10.21285/1814-3520-2021-3-290-299.
  17. Савельев К.С., Илюшкин М.В., Киселев Е.С. Использование цифровых двойников для математического моделирования ультразвукового сверления титановых заготовок // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021. № 1. С. 42–54. doi: 10.18323/2073-5073-2021-1-42-54.
  18. Kиселёв Е.С., Илюшкин М.В., Савельев К.С. Компьютерное моделирование процессов резания заготовок из труднообрабатываемых материалов с использованием цифровых двойников // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 7. С. 29–40. doi: 10.30987/2223-4608-2021-7-29-40.
  19. Nguyen T.A., Tran T.T. Drilling Modelling Using Computer Simulation // International Journal Of Scientific & Technology Research. 2020. Vol. 9. № 10. P. 171–174.
  20. Vajdi M., Moghanlou F.S., Sharifianjazi F., Asl M.S., Shokouhimehr M. A review on the COMSOL Multiphysics studies of heat transfer in advanced ceramics // Journal of Composites and Compounds. 2020. Vol. 2. № 2. P. 35–43. doi: 10.29252/jcc.2.1.5.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах