Концепция испытательной машины для локального определения прочности материалов методом сверления

Предложена конструкция специализированной испытательной машины, предназначенной для локальной оценки прочностных характеристик металлических и композиционных материалов методом контролируемого сверления. Описаны принципы работы установки, включающей в себя систему регистрации осевого усилия, крутящего момента и температурных полей в зоне резания. Рассмотрены способы обработки данных, позволяющие определять удельную энергию разрушения, прочность на срез и диссипативные характеристики на основе анализа кинематических и силовых параметров процесса сверления. Разработана имитационная модель сверления и приведены результаты численного эксперимента в программе SimInTech, подтверждающие работоспособность концепции. Отмечены преимущества предлагаемого метода перед традиционными способами разрушающего контроля, в том числе возможность минимизации зоны повреждения материала и автоматизации измерений. Разработанная концепция можно быть использована для создания как стационарных лабораторных комплексов, так и мобильных устройств для оперативного мониторинга состояния конструкционных материалов в промышленных условиях.
EDN: FOUFQV, https://elibrary/foufqv

Литература

[1] Троицкий Н.Д. Глубокое сверление. Ленинград, Машиностроение, 1971. 174 с.

[2] Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. Москва, Машиностроение, 1975. 344 с.

[3] Кожевников Д.В., Кирсанов С.В. Резание материалов. Москва, Машиностроение, 2007. 303 с.

[4] Горбунов И.В., Ефременков И.В., Леонтьев В.Л. Моделирование процесса сверления с помощью SPH и конечно-элементного методов. Известия Самарского научного центра РАН, 2014, т. 16, № 1-5, с. 1346–1351.

[5] Дударев А.С., Илюшкин М.В., Николаев И.Ф. Моделирование процесса сверления слоистого материала в LS-DYNA. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение, 2020, т. 22, № 2, с. 64–74.

[6] Tiffe M., Biermann D. Modelling of tool engagement and FEM-simulation of chip formation for drilling processes. Adv. Mat. Res., 2014, vol. 1018, pp. 183–188, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1018.183

[7] Sreenivasulu R., SrinivasaRao C. Modelling, simulation and experimental validation of burr size in drilling of aluminium 6061 alloy. Procedia Manuf., 2018, vol. 20, pp. 458–463, doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.02.067

[8] Popova M.S., Kharitonov A.Y., Parfenyuk S.N. Using computer simulation to aid the research of drilling processes. Resource-Efficient Technologies, 2019, no. 3, pp. 13–19, doi: https://doi.org/10.18799/24056529/2019/3/243

[9] Anbarasan M., Senthilkumar N., Tamizharasan T. Modelling and simulation of conventional drilling process using DEFORM 3D. IJMDA, 2019, vol. 5, no. 2, pp. 9–16.

[10] Luo H., Fu J., Wu T. et al. Numerical simulation and experimental study on the drilling process of 7075-t6 aerospace aluminum alloy. Materials, 2021, vol. 14, no. 3, art. 553, doi: https://doi.org/10.3390/ma14030553

[11] Fast M., Mierka O., Turek S. et al. Mathematical modeling of coolant flow in discontinuous drilling processes with temperature coupling. PAMM, 2022, vol. 22, no. 1, art. e202200142, doi: https://doi.org/10.1002/pamm.202200142

[12] Yu R., Li S., Zou Z. et al. Mathematical modeling and experimental study of cutting force for cutting hard and brittle materials in fixed abrasive trepanning drill. Micromachines, 2023, vol. 14, no. 6, art. 1270, doi: https://doi.org/10.3390/mi14061270

[13] Shamoto E., Hayasaka T., Lee K. Theoretical modelling and simulation of chip clogging in drilling and experimental verification. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2025, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-025-15602-y

[14] Sklenička J., Hnátík J., Fulemová J. et al. Experimental analysis of effect of machined material on cutting forces during drilling. Materials, 2024, vol. 17, no. 11, art. 2775, doi: https://doi.org/10.3390/ma17112775

[15] Карташов Б.А., Шабаев Е.А., Козлов О.С. и др. Среда динамического моделирования технических систем SimInTech. Москва, ДМК Пресс, 2017. 424 с.

[16] Хабаров С.П., Шилкина М.Л. Основы моделирования технических систем. Среда SimInTech. Санкт-Петербург, Лань, 2021. 120 с.

[17] Lu X., Khonsari M.M., Gelinck E.G.E. The Stribeck curve: experimental results and theoretical prediction. J. Tribol., 2006, vol. 128, no. 4, pp. 789–794, doi: http://dx.doi.org/10.1115/1.2345406