Высокоскоростное микрофрезерование деталей из композиционных материалов и алюминиевых сплавов

Рассмотрена конструкция режущей части сложнопрофильных фрез с высокими производительностью и качеством поверхности. Проведены численные эксперименты с использованием метода конечных элементов, позволяющие определять напряжения и деформации в слое срезаемого материала при обработке многогранными фрезами нового типа и косвенно оценивать удельные нагрузки во время фрезерования. Требуемые размеры и форма режущего выступа установлены с учетом различных геометрических параметров режущей части, свойств материала заготовки и условий резания. Это позволило построить трехмерную модель концевой фрезы с зубом в форме трапеции и числом режущих кромок в количестве 70. Экспериментальные исследования также показали изменение морфологии стружки размером около 2 мкм, что хорошо согласуется с результатами предварительных оценок методом конечных элементов. Производительность обработки фрезами новой конструкции может быть повышена путем увеличения количества единичных циклов резания до 4000…6000 с^–1.

Литература

[1] Hideaki O., Koji U., Ippei K., et al. High speed milling processes with long oblique cutting edges. J. Manuf. Process., 2015, vol. 19 pp. 95–101, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2015.06.004

[2] Binchurov A.S., Indakov N.S., Gordeev Y.I., et al. Influence of cutting modes on power characteristics of rotational turning by multifaceted cutters. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 537, no. 3, art. 032101, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/537/3/032101

[3] Brandao de Oliveira F., Rodrigues A.R., Coelho R.T., et al. Size effect and minimum chip thickness in micromilling. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2015, vol. 89, pp. 39–54, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2014.11.001

[4] Воронцов А.Л., Султан-Заде Н.М., Албагачиев А.Ю. Разработка новой теории. 5. Определение кинематического, напряженного и деформированного состояний обрабатываемой заготовки. Вестник Машиностроения, 2008, № 5. с. 61–69.

[5] Vogler M.P., Devor R.E., Kapoor S.G. On the modeling and analysis of machining performance in micro-end milling. J. Manuf. Sci. Eng., 2004, vol. 126, no. 4, pp. 685–694, doi: https://doi.org/10.1115/1.1813470

[6] Chuzhoy L., Devor R.E., Kapoor S.G., et al. Microstructure-level modeling of ductile iron machining. J. Manuf. Sci. Eng., 2002, vol. 124, no. 2, pp. 162–169, doi: https://doi.org/10.1115/1.1455642

[7] Cuba Ramos A., Autenrieth H., Straub T., et al. Characterization of the transition from ploughing to cutting in micro machining and evaluation of the minimum thickness of cut. J. Mater. Process. Technol., 2012, vol. 212, no. 3, pp. 594–600, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.07.007

[8] Mohammad L., Saeid A., Mohsen A. 3D FEM simulation of tool wear in ultrasonic assisted rotary turning. Ultrasonics, 2018, vol. 88, pp. 106–114, doi: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2018.03.013

[9] Вавилин В.А., Пасечник К.А., Пушкарев А.Ю. и др. Особенности механической обработки полимерных композиционных материалов. Актуальные проблемы авиации и космонавтики, 2018, т. 1, № 14, с. 12–14.

[10] Abd Halim N.F.H., Ascroft H., Barnes S. Analysis of tool wear, cutting force, surface roughness and machining temperature during finishing operation of ultrasonic assisted milling (UAM) of carbon fibre reinforced plastic (CFRP). Procedia Eng., 2017, vol. 184, pp. 185–191, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.084

[11] Стуров А.А., Чащин Н.С. Механообработка композиционного материала с использованием робототехнического комплекса на базе робота Kuka KR210. Вестник Иркутского государственного технического университета, 2019, т. 23, № 4, с. 743–750.

[12] Минибаев М.И., Раскутин А.Е., Гончаров В.А. Особенности технологии изготовления образцов из ПКМ на станках с ЧПУ (обзор). Труды ВИАМ, 2019, № 1, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-1-105-114

[13] Раскутин А.Е., Хрульков А.В., Гирш Р.И. Технологические особенности механообработки композиционных материалов при изготовлении деталей конструкций (обзор). Труды ВИАМ, 2016, № 9, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-9-12-12

[14] Мешкас А.Е., Макаров В.Ф., Ширинкин В.В. Технологии, позволяющие повысить эффективность обработки композиционных материалов методом фрезерования. Известия ТулГУ. Технические науки, 2016, № 8–2, с. 291–299.

[15] Истоцкий В.В., Протасьев В.Б., Виноградов А.Е. Учет реологических свойств при обработке резанием композитных материалов. Известия ТулГУ. Технические науки, 2017, № 3, с. 78–84.

[16] Андрющенко С.А., Ростовцев П.А., Рощупкин С.И. Экспериментальное исследование влияния стратегий обработки на шероховатость поверхности при фрезеровании алюминиевых сплавов концевыми фрезами. Современные технологии: проблемы и перспективы. Севастополь, СГУ, 2019, с. 11–15.

[17] Трусов В.Н., Законов О.И., Шикин В.В. Исследование параметров процесса фрезерования алюминиевого сплава Д16Т. Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки, 2012, № 3, с. 155–162.

[18] Куликов М.Ю., Иноземцев В.Е., Бочаров А.А. Исследование процесса формообразования при совмещении фрезерной и электрохимической обработки алюминия. Металлообработка, 2015, № 6, с. 50–53.

[19] Демин А.С., Лаврентьев С.В. Режущий инструмент с покрытием DLC при обработке алюминиевых сплавов. Проблемы, перспективы и направления инновационного развития науки. Сб. ст. Межд. науч.-практ. конф. Ч. 3. Стерлитамак, АМИ, 2017, с. 116–118.

[20] Ковалевский А.В. Выбор рациональных режимов фрезерования для обработки алюминиевых сплавов. Омский научный вестник, 2008, № 4(73), с. 64–66.

[21] Gordeev Y.I., Yasinskiy V.B., Anistratenko N.E., et al. Study of the formation features of hard metal composites structure obtained from bimodal powder mixtures. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 511, art. 012032, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/511/1/012032