Optimisation of the bore reaming process in hybrid stacks made of carbon fibre and metal alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The present work aims to improve the existing technology of reaming bores in hybrid stacks containing a composite material interlayered with titanium and aluminium alloys. The study was conducted using statistical approaches at the stages of experimental design and data processing in the Statistica 6 and Microsoft Excel 2010 software. The bore roughness was measured using a Taylor Hobson Form Talysurf i200 contact profilometer. The height of the tool build-up edge was investigated using a Bruker ContourGT-K1 optical profilometer. Bore diameters were determined using a Carl Zeiss Contura G2 coordinate measuring machine. An experimental study was carried out using an Atlas Copco PFD-1500 automatic feed drilling unit and a 14 mm MAPAL reamer with a replaceable head. A methodology for a comprehensive experimental study of boring and reaming processes in the “OT4 titanium alloy - VT6 titanium alloy - polymeric composite materials - VT6 titanium alloy - 1933 aluminium alloy” hybrid stack was developed and implemented. It was found that the most significant factors affecting the parameters of bore accuracy, in particular, the deviation from the true bore longitudinal section profile, include the cutting speed in the first and the second degree, as well as the feed. The optimum cutting modes are a cutting speed of 7.24 m/min, a feed of 0.27 mm/rev and a machining allowance of 0.5 mm. As a result, the time of reaming one bore is reduced by 4.6 times. The optimum cooling method, ensuring the increased accuracy and reduced roughness of the bore in the aluminium alloy layer, is cooling by carbon dioxide at a temperature of -56.5°C. As a result of experimental works, basic laws governing the boring and reaming processes in multicomponent hybrid stacks composed by carbon-fibre-reinforced plastics with titanium and aluminium alloys were investigated.

About the authors

N. S. Chashchin

Irkutsk National Research Technical University

Author for correspondence.
Email: rufle54007@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6623-338X

References

  1. Chashhin N. S., Pashkov A. E., Ivanov Y. N., Sturov A. A. Roughness of holes in metal and polymer composite bags // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 632. Р. 012089. https://doi.org/10.1088/1757-899X/632/1/012089.
  2. Sturov A. A., Chashhin N. S., Ivanov Y. N. Service life testing of composite material // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 632. Iss. 1. Р. 012110. https://doi.org/10.1088/1757899X/632/1/012110.
  3. Чащин Н. С. Чистовая обработка отверстий в смешанных пакетах // Авиакосмические технологии (АКТ2018): тр. XIX Междунар. науч.-техн. конф. и шк. молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Воронеж, 7–8 июня 2018 г.). Воронеж, 2018. С. 262–266.
  4. Ivanov Y. N., Pashkov A. E., Chashhin N. S. Optimization of hole generation in TI/CFRP stacks // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018. Vol. 327. Iss. 4. Р. 042043. https://doi.org/10.1088/1757899X/327/4/042043.
  5. Chashhin N. S., Ivanov Y. N., Pashkov A. E., Sturov A. A. Precise holes machining in multicomponent stacks from metals and CFRP // Aviamechanical engineering and transport: Proceedings of the International Conference. 2018. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.13.
  6. Abdelhafeez A. M., Soo S. L., Aspinwall D. K., Dowson A., Arnold D. Burr formation and hole quality when drilling titanium and aluminium alloys // Procedia CIRP. 2015. Vol. 37. P. 230–235. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.019.
  7. Пятых А. С, Савилов А. В., Тимофеев С. А. Метод контроля износа режущего инструмента при концевом фрезеровании нержавеющей стали // Трение и износ. 2021. Т. 42. № 4. С. 411–417. https://doi.org/10.32864/0202-4977-2021-42-4-411-417.
  8. Timofeev S., Savilov A., Pyatykh A. Studies on the effect of cutter wear on cutting dy-namics when turning // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. P. 1367–1370. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.105.
  9. Savilov A., Pyatykh A., Nikitenko A. Axial contact points method for improving end-milling productivity // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. P. 1505–1507. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.138.
  10. Nikitenko A. V., Savilov A. V., Pyatykh A. S. Study of the axial contact points method applied when end-milling titanium alloys // Proceedings of the 6th International Confer-ence on Industrial Engineering / eds. A. A. Radionov, V. R. Gasiyarov. Cham: Springer, 2020. P. 436–444. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_51.
  11. Иванов Ю. Н., Минаев Н. В., Баяндин В. В., Шаглаева Н. С. Синтез и свойства полимерных композиционных материалов на основе эпоксидной смолы // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. № 7. С. 89–95. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216407.6379.
  12. Zitoune R., Krishnaraj V., Collombet F. Study of drilling of composite material and aluminium stack // Composite Structures. 2010. Vol. 92. Iss. 5. P. 1246–1255. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.10.010.
  13. 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.
  14. Starodubtseva D. A., Tri Vinh Le, Koltsov V. P. Formation of the surface roughness during grinding with flap wheels after shot peening // International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2018): MATEC Web Conference. 2018. Vol. 224. Р. 01070. https://doi.org/10.1051/matecconf/201822401070.
  15. Koltsov V. P., Starodubtseva D. A., Tri Vinh Le. Surface roughness formation during shot peen forming // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018. Vol. 327. No. 4. Р. 042125. https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/4/042125.
  16. Koltsov V., Starodubtseva D. Investigation of traces of interaction between flap wheel and aluminum alloy plain surface // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 473– 478. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.503.
  17. Koltsov V. P., Starodubtseva D. A., Vinh Le Tri, Son Phung Xuan. Step-by-step surface roughness formation during shot peening and subsequent grinding with flap wheels // Advances in Engineering Research: Proceedings of the International Conference. 2018. Vol. 158. P. 386–390. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.75.
  18. Янюшкин А. С., Рычков Д. А., Лобанов Д. В. Качество обработанной поверхности композиционных материалов фрезерованием // Современные технологии в машиностроении и литейном производстве: матер. I Междунар. науч.-практ. конф. (г. Чебоксары, 22–24 декабря 2015 г.). Чебоксары: Изд-во Чувашского гос. ун-та им. И. Н. Ульянова, 2015. С. 277–285.
  19. Лобанов Д. В., Янюшкин А. С., Рычков Д. А. Технологические методы изготовления и выбора режущего инструмента для фрезерования композиционных материалов на полимерной основе // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2015. Т. 15. № 1. С. 35–46.
  20. Марков А. М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. № 7. С. 3–8.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).