Наукові конференції України, Інновації молоді в машинобудуванні 2020

Розмір шрифту: 
Інструмент для обробки сотових конструкцій
О. Р. Ширшов, О. В. Глоба

Остання редакція: 2020-05-19

Анотація


З метою зниження ваги вирбів в інженерній промисловості все більшого поширення набувають композитні матеріали. Одним із їх різновидів є сандвіч-панелі. Цей вид композитних матеріалів, дає змогу суттєво зменшити вагу конструкції забезпечуючи водночас її високу міщність. Такі панелі складаються з трьох основних компонентів: 2-х листів, серцевини та стиків.

Як правило, серцевина представляє сотову конструкцію з низькою щільністю. Це найважливіша частина сандвіч-панелі. Головним завданням серцевини є забезпечення міцності і твердості матеріалу. Такі конструкції володіють високою стійкістю до навантажень на згин та стискання. саме завдяки низькій щільність матеріалу досягається значне зниження ваги.

Як правило, серцевину виготовляють у вигляді шестикутних комірок, які повністю ідентичні одна одній. Дана структура виробляється з анізотропного матеріалу і розташовується між двома гранями. Таким чином виконується максимально раціональне відношення маси до міцності майбутнього виробу.

Вперше широкого застосування сандвіч-панелей набули в космічній промисловості. Сьогодні такий матеріал використовують у галузях авіа- та суднобудування і навіть в будівельній галузі.

В залежності від призначення існує декілька методів виготовлення сотових панелей. Перший спосіб представляє собою склеювання листів комбінованого матеріалу між собою. Ця технологія дозволяє створювати сандвіч-панелі з тонкостінними сотами. Товщина стінки соти складає близько 1-2 мм.

Наступний метод використовується, якщо товщина стіни соти складає більше 5 мм. Такі панелі можна виготовляти на фрезерному верстаті. В цьому випадку більша частина металу перетворюються на стружку, тому такий спосіб виготовлення є низькопродуктивним та матеріалозатратним.

Технологія виготовлення сандвіч-панелей дозволяє комбінувати різні матеріали складових панелей, щоб досягати кращої якостей та вищої міцності не змінюючи при цьому габарити вироби.

На сьогодні матеріали обробляються фрези з різнонаправленим та звичайним розташуванням зубів. Незважаючи на високу продуктивність такої обробки, даний метод потребує додаткових пристосувань.

Така потреба виникає у настлідок схильності сотових заповнювачів зминатися в процесі оброблення, що значно погіршує подальше з'єднання заповнювача з листами.

Ще однією важливою проблемою є нерівномірна шорсткість яка утворюється в наслідок високої пластичності елементів сотової конструкції в поперечному напрямку. Це впливає головним чином на якість з’єднання елементів сандвіч-панелі між собою.

Так для отримання необхідної геометрії, стінки сот стискають одна з одною для здійснення механічної обробки, а потім знову витягують до початкового стану. Ще один метод, який забезпечує стабільність процесу різання полягає в заповненні сот воском. Після механічної обробки віск видаляється за рахунок нагрівання.

Для уникнення додаткових витрат в процесі виробництва була розроблена конструкція модульного інструменту, який дозволяє здійснювати оброблення сотових конструкцій без використання додаткових пристосувань. Такий інструмент дозволяє досягнути вищої якостні оброблення ніж існуючий на сьогодні.

Спираючись на наукову літерату та каталоги виробників була обрана наступна конфігурація.

В цілому інструмент складається з дискової відрізного елементу, який виконує роль відділення основного матеріалу від матеріалу, що видаляється та стружколаму, який дозволяє подрібнити відділений матеріал на стружку.

Німецький виробник інструменту "Neuhäuser" використовує схожу конструкцію інструменту, однак такий інструмент складний у виготовленні, що знайчно збільшує його вартість. Даний інструмент має велику кількість горизонтально розташованих зубів. В результаті їх зношення, переточування є досить склажним процесом.

Ще одим недоліком такого інструменту є складна конструкцій стружколаму. Переточити такий інструметн практично неможливо.

Геометрія фрези абсолютно відмінна від традиційних. Процес фрезерування нагадує більше гільйотинне різання. Принцип гільйотинного різання дозволяє обробляти сотові панелі без використання заповнювача в процесі обробки та уникнути змін в геометрії сот. Такий спосіб дозволить суттєво зменшити витрати на виготовлення і таким чином вартість кінцевого продукту.

Дисковий різальний елемент має формою подібною до трикутнику з закругленими вершинами та дугоподібними ребрами. Така геометрія дозволяє здійснювати відсікання стінок сот не загинаючи їх країв. Роль зубів в процесі різання відіграють закруглені вершини трикутника, так як вони виконують операцію прорубання матеріалу, тобто відрив знімального шару сотового заповнювача від основного. За рахунок різальних кромок на ребрах трикутника відбувається зрізання відділеного шару матеріалу.

В якості стружколаму застосовується трьохстороння дискова фреза встановлена під кутом до осі інструменту. Різальні кромки стружколаму виготовляються з твердого сплаву марки ВК8. Так як головним завданням цієї складової інструменту є подрібнення відділеного матеріалу, обраний матеріал різальних кромок дозволяє забезпечити довготривалу роботу інструменту без переточування. В разі необхідності цей елемент легко переточувати, що забезпечує багаторазове використання такого інструменту.

Такий модульний інструмент дозволяє обробляни як плоскі так і криволінійні поверхні. Це дає змогу значно збільшити спектр виконуваних робіт та зменшити кількість необхідного інструменту для оброблення тої чи іншою деталі.


Ключові слова


інструмент; сотові конструкції

Посилання


1.Справочник по композитным материалам: под редакцией Дж.Любина – Москва «Машиностроение», 1988.

2.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2/Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986.

3.KATALOG Werkzeuge zur Bearbeitung von Compositematerialien Neuhäuser Präzisionswerkzeuge GmbH Prümtalstr. 40 54595 Prüm Deutschland