Technological Assurance of Fiberglass Composites Surface Layer Quality during End Milling

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Today fiberglass is one of the most common composite materials. Therefore, its mechanical processing continues to be the subject of many studies. In many scientific publications, the influence of cutting modes and structural and geometric parameters of the tool on the roughness of the machined surface, cutting forces and wear of the cutting tool has been established. The purpose of this work is to study the effect of machining modes on delamination and roughness of fiberglass composites during end milling, as well as testing the hypothesis about the effect of torque on the delamination. The relevance of the study is due to the fact that delamination, along with roughness, has a significant impact on the quality of processing and subsequent assembly of the finished product. A criterion is proposed for assessing the magnitude of the delamination of composite materials during its machining. The results of experimental studies of the torque on the cutter, the relative coefficient of delamination and surface roughness from cutting conditions are presented. Methods: factorial experiment using an experimental assembly developed by the authors based on a piezoelectric torque sensor. The installation allows real-time recording of the change in torque during the milling process, depending on the modes of operation. Results and Discussion. A comparative analysis of the obtained dependences showed that the torque is directly related to delamination. To reduce the delamination, the depth of cut should be decreased, and in order to ensure the specified productivity, the feed and the rotational speed of the cutter should be increased. The presented results confirm the prospects of the developed approach aimed at machining new classes of composite materials.

About the authors

A. M. Markov

Email: andmarkov@inbox.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, I.I. Polzunov Altai State Technical University, 46 Lenina avenue, Barnaul, Altai region, 656038, Russian Federation, andmarkov@inbox.ru

V. N. Nekrasov

Email: sla44@mail.ru
Ph.D. (Engineering), I.I. Polzunov Altai State Technical University, 46 Lenina avenue, Barnaul, Altai region, 656038, Russian Federation, sla44@mail.ru

J. Su

Email: 278507234@qq.com
I.I. Polzunov Altai State Technical University, 46 Lenina avenue, Barnaul, Altai region, 656038, Russian Federation, 278507234@qq.com

A. M. Salman

Email: azharmansoor76@gmail.com
Ph.D. (Engineering), I.I. Polzunov Altai State Technical University, 46 Lenina avenue, Barnaul, Altai region, 656038, Russian Federation, azharmansoor76@gmail.com

S. V. Gayst

Email: sergei_gaist@mail.ru
I.I. Polzunov Altai State Technical University, 46 Lenina avenue, Barnaul, Altai region, 656038, Russian Federation, sergei_gaist@mail.ru

M. V. Andreev

Email: m194@mai.ru
Ph.D. (Engineering), I.I. Polzunov Altai State Technical University, 46 Lenina avenue, Barnaul, Altai region, 656038, Russian Federation, m194@mai.ru

References

  1. Matthews F.L., Rawlings R.D. Composite materials: engineering and science. – Oxford: The Alden Press, 1999. – 480 p. – ISBN 978-1-8557-3473-9.
  2. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 384 с. – ISBN 5-7782-0315-2.
  3. Chung D.D.L. Composite materials: functional materials for modern technologies. – London: Springer-Verlag, 2004. – 293 p. – ISBN 978-1-4471-3734-0. – doi: 10.1007/978-1-4471-3732-0.
  4. Voids in fiber-reinforced polymer composites: a review on their formation, characteristics, and effects on mechanical performance / M. Mehdikhani, L. Gorbatikh, I. Verpoest, S.V. Lomov // Journal of Composite Materials. – 2019. – Vol. 53, iss. 12. – P. 1579–1669. – doi: 10.1177/0021998318772152.
  5. Arola D., Ramulu M. Orthogonal cutting of fiber-reinforced composites: a finite element analysis // International Journal of Mechanical Sciences. – 1997. – Vol. 39, iss. 5. – P. 597–613. – doi: 10.1016/S0020-7403(96)00061-6.
  6. Марков А.М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2014. – № 7 (37). – С. 3–8.
  7. Исследование влияния технологических параметров на прочность резьбового соединения в деталях из углепластика / А.М. Марков, В.Н. Некрасов, А.М. Салман, С.В. Гайст, Ц. Су // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 2. – С. 6–15. – doi: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-6-15.
  8. Delamination failure of a woven glass fiber composite / T. Ebeling, A. Hiltner, E. Baer, I.M. Fraser, M.L. Orton // Journal of Composite Materials. – 1997. – Vol. 31, iss. 13. – P. 1318–1333. – doi: 10.1177/002199839703101304.
  9. Palanikumar K., Karunamoorthy L., Karthikeyan R. Assessment of factors influencing surface roughness on the machining of glass fiber-reinforced polymer composites // Materials and Design. – 2006. – Vol. 27, iss. 10. – P. 862–871. – doi: 10.1016/j.matdes.2005.03.011.
  10. Krishnamoorthy A., Boopathy S.R., Palanikumar K. Delamination analysis in drilling of cfrp composites using response surface methodology // Journal of Composite Materials. – 2009. – Vol. 43, iss. 24. – P. 2885–2902. – doi: 10.1177/0021998309345309.
  11. Kini M.V., Chincholkar A.M. Effect of machining parameters on surface roughness and material removal rate in finish turning of ±30° glass fibre reinforced polymer pipes // Materials and Design. – 2010. – Vol. 31, iss. 7. – P. 3590–3598. – doi: 10.1016/j.matdes.2010.01.013.
  12. Марков А.М., Счиггел Н. Обеспечение качества изготовления деталей из композита // Инновации в машиностроении (ИнМаш-2017): сборник трудов VIII Международной научно-практической конференции, 28–30 сентября 2017 г. – Новосибирск, 2017. – С. 219–225.
  13. Forecasting of machined surface waviness on the basis of self-oscillations analysis / E.B. Belov, S.L. Leonov, A.M. Markov, A.A. Sitnikov, V.A. Khomenko // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 50 (1). – doi: 10.1088/1755-1315/50/1/012053.
  14. Delamination resistance of composite laminated structures reinforced with angled, threaded, and anchored Z-pins / A. Virakthi, S.W. Kwon, S.W. Lee, M.E. Robeson // Journal of Composite Materials. – 2018. – Vol. 53, iss. 11. – doi: 10.1177/0021998318805201.
  15. Song D.Y., Takeda N., Ogihara S. A method of stress analysis for interfacial property evaluation in thermoplastic composites // Materials Science and Engineering: A. – 2000. – Vol. 278, iss. 1–2. – P. 242–246. – doi: 10.1016/S0921-5093(99)00578-X.
  16. Ramulu M., Kim D., Choi G. Frequency analysis and characterization in orthogonal cutting of glass fiber reinforced composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2003. – Vol. 34, iss. 10. – P. 949–962. – doi: 10.1016/S1359-835X(03)00203-3.
  17. Петров М.Г. Оценка структурного состояния композиционных материалов в процессе разрушения // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 4. – С. 61–67.
  18. Song S., Zuo D. Modelling and simulation of whirling process based on equivalent cutting volume // Simulation Modelling Practice and Theory. – 2014. – Vol. 42. – P. 98–106. – doi: 10.1016/j.simpat.2013.12.011.
  19. Palanikumar K., Davim J.P. Assessment of some factors influencing tool wear on the machining of glass fibre-reinforced plastics by coated cemented carbide tools // Journal of Materials Processing Technology. – 2009. – Vol. 209, iss. 1. – P. 511–519. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.02.020.
  20. Kalla D., Sheikh-Ahmad J., Twomey J. Prediction of cutting forces in helical end milling fiber reinforced polymers // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2010. – Vol. 50, iss. 10. – P. 882–891. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2010.06.005.
  21. Experimental analysis of the influence of drill point angle and wear on the drilling of woven CFRPs / N. Feito, J. Díaz-Álvarez, A. Díaz-Álvarez, J.L. Cantero, M.H. Miguélez // Materials. – 2014. – Iss. 7. – P. 4258–4271. – doi: 10.3390/ma7064258.
  22. Янюшкин А.С., Лобанов Д.В., Мулюхин Н.В. Пути решения проблем формообразования режущего инструмента для обработки неметаллических композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 36–46. – doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-36-46.
  23. Рычков Д.А., Янюшкин А.С. Способ повышения эффективности производства изделий из полимерных композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 3. – С. 23–30. – doi: 10.17212/1994-6309-2016-3-23-30.
  24. Лобанов Д.В., Рычков Д.А., Сидоренко С.А. Повышение эффективности процесса подготовки производства изделий из композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 1. – С. 20–29. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-1-20–29.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».