Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các phương pháp thích ứng để xác định giao diện trong quá trình khoan hỗ trợ rung tần số thấp đối với lớp CFRP/Ti6Al4V
Tóm tắt
Khoan hỗ trợ rung tần số thấp (LFVAD) cho các lớp CFRP/Ti là một phương pháp khoan một lần hứa hẹn nhiều tiềm năng nhằm tăng cường hiệu suất và kéo dài tuổi thọ dụng cụ trong khi các phương pháp thích ứng được áp dụng để điều chỉnh các thông số cắt ở mỗi lớp. Do đó, phương pháp nhận diện giao diện có vai trò quan trọng trong việc tự động thay đổi các thông số cắt. Trong bài báo này, hai phương pháp nhận diện được đề xuất dựa trên phân tích các đặc điểm của lực cắt trong quá trình LFVAD ở cả lĩnh vực thời gian và tần số. Với các tín hiệu lực đẩy được ghi lại ở các giai đoạn mài mòn khác nhau, cả hai phương pháp được đề xuất đều xác định điểm chuyển tiếp khi mũi khoan bắt đầu tiếp xúc với lớp Ti trong khoảng thời gian cho phép. So với phương pháp ngưỡng truyền thống, phương pháp lĩnh vực thời gian và phương pháp lĩnh vực tần số lần lượt tăng tốc độ xác định lên 19,8% và 46,7%, bên cạnh việc giảm chi phí thực hiện. Ngược lại, phương pháp lĩnh vực thời gian giảm thời gian lập trình và tính toán, trong khi phương pháp lĩnh vực tần số cải thiện tốc độ nhận diện trung bình. Hơn nữa, một hệ thống khoan thích ứng được nhúng với phương pháp lĩnh vực thời gian đã được thiết kế và độ chính xác của phương pháp này được chứng minh đạt 100% trong bài thử nghiệm khoan 20 lỗ CFRP/Ti. Hơn nữa, tác động của quy trình LFVAD thích ứng trong việc cải thiện độ mòn dụng cụ và tăng hiệu suất gia công được xác nhận bằng cách giảm tỷ lệ tăng lực 11,7% và giảm thời gian 37% trong chu kỳ khoan so với quy trình LFVAD truyền thống.
Từ khóa
#LFVAD #CFRP #Ti6Al4V #phương pháp nhận diện giao diện #hiệu suất khoan #mòn dụng cụTài liệu tham khảo
Xu, J., Mkaddem, A., & El Mansori, M. (2016). Recent advances in drilling hybrid FRP/Ti composite: A state-of-the-art review. Composite Structures, 135, 316–338. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.09.028
Davim, J. P., Reis, P., & António, C. C. (2004). Experimental study of drilling glass fiber reinforced plastics (GFRP) manufactured by hand lay-up. Composites Science and Technology, 64, 289–297. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00253-7
Davim, J. P., Rubio, J. C., & Abrao, A. M. (2007). A novel approach based on digital image analysis to evaluate the delamination factor after drilling composite laminates. Composites Science and Technology, 67, 1939–1945. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.10.009
Abrão, A. M., Rubio, J. C. C., Faria, P. E., & Davim, J. P. (2008). The effect of cutting tool geometry on thrust force and delamination when drilling glass fibre reinforced plastic composite. Materials and Design, 29, 508–513. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2007.01.016
Seo, J., Kim, D. Y., Kim, D. C., & Park, H. W. (2021). Recent Developments and Challenges on Machining of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite Laminates. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 22, 2027–2044. https://doi.org/10.1007/s12541-021-00596-w
Xu, J., & El Mansori, M. (2016). Numerical modeling of stacked composite CFRP/Ti machining under different cutting sequence strategies. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 17, 99–107. https://doi.org/10.1007/s12541-016-0013-0
Wang, C., Chen, Y., An, Q., Cai, X., Ming, W., & Chen, M. (2015). Drilling temperature and hole quality in drilling of CFRP/aluminum stacks using diamond coated drill. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 16, 1689–1697. https://doi.org/10.1007/s12541-015-0222-y
Li, C., Xu, J., Chen, M., An, Q., Mansori, E. I., M., & Ren, F. (2019). Tool wear processes in low frequency vibration assisted drilling of CFRP/Ti6Al4V stacks with forced air-cooling. Wear, 426–427, 1616–1623. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.01.005
Wang, X., Kwon, P. Y., Sturtevant, C., Kim, D. D. W., & Lantrip, J. (2014). Comparative tool wear study based on drilling experiments on CFRp/Ti stack and its individual layers. Wear, 317, 265–276. https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.05.007
Campos Rubio, J., Abrao, A. M., Faria, P. E., Correia, A. E., & Davim, J. P. (2008). Effects of high speed in the drilling of glass fibre reinforced plastic: Evaluation of the delamination factor. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48, 715–720. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2007.10.015
Gaitonde, V. N., Karnik, S. R., Campos Rubio, J., Esteves Correia, A., Abrao, A. M., & Davim, J. P. (2008). Analysis of parametric influence on delamination in high-speed drilling of carbon fiber reinforced plastic composites. Journal of Materials Processing Technology, 203, 431–438. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.10.050
Davim, J. P. (2013). Machining Composites Materials. Wiley ISBN: 9781118875148
Davim, J. P., & Reis, P. (2003). Study of delamination in drilling carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using design experiments. Composite Structures, 59, 481–487. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(02)00257-X
Liang, Y., Chen, Y., Chen, B., Fan, B., Yan, C., & Fu, Y. (2019). Feasibility of Ultrasonic Vibration Assisted Grinding for Carbon Fiber Reinforced Polymer with Monolayer Brazed Grinding Tools. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 20, 1083–1094. https://doi.org/10.1007/s12541-019-00135-8
Tamura, S., & Matsumura, T. (2021). Delamination-free drilling of carbon fiber reinforced plastic with variable feed rate. Precision Engineering, 70, 70–76. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2021.01.003
Shyha, I., Soo, S. L., Aspinwall, D., & Bradley, S. (2010). Effect of laminate configuration and feed rate on cutting performance when drilling holes in carbon fibre reinforced plastic composites. Journal of Materials Processing Technology, 210, 1023–1034. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.02.011
Bonnet, C., Poulachon, G., Rech, J., Girard, Y., & Costes, J. P. (2015). CFRP drilling: Fundamental study of local feed force and consequences on hole exit damage. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 94, 57–64. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2015.04.006
Yang, H., Chen, Y., Xu, J., Ladonne, M., Lonfier, J., & Fu, Y. (2019). Tool wear mechanism in low-frequency vibration–assisted drilling of CFRP/Ti stacks and its individual layer. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 104, 2539–2551. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03910-z
Xu, J., & El Mansori, M. (2016). Experimental study on drilling mechanisms and strategies of hybrid CFRP/Ti stacks. Composite Structures, 157, 461–482. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.07.025
Yang, H., Chen, Y., Xu, J., Ladonne, M., Lonfier, J., & Ding, W. (2020). Chip Control Analysis in Low-Frequency Vibration-Assisted Drilling of Ti–6Al–4V Titanium Alloys. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 21, 565–584. https://doi.org/10.1007/s12541-019-00286-8
Pecat, O., & Brinksmeier, E. (2014). Tool wear analyses in low frequency vibration assisted drilling of CFRP/Ti6Al4V stack material. Procedia CIRP, 14, 142–147. https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.03.050
Brehl, D. E., & Dow, T. A. (2008). Review of vibration-assisted machining. Precision Engineering, 32, 153–172. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2007.08.003
Okamura, K., Sasahara, H., Segawa, T., & Tsutsumi, M. (2006). Low-frequency vibration drilling of titanium alloy. JSME International Journal, Series C: Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing, 49, 76–82. https://doi.org/10.1299/jsmec.49.76
Xu, J., Ji, M., Davim, J. P., Chen, M., Mansori, E., M., & Krishnaraj, V. (2020). Comparative study of minimum quantity lubrication and dry drilling of CFRP/titanium stacks using TiAlN and diamond coated drills. Composite Structures, 234, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111727
Pardo, A., Heinemann, R., Nobre, N. M., & Bagshaw, L. (2021). Assessment of decision-making algorithms for adaptive drilling of aerospace stacks. Procedia CIRP, 99, 392–397. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.03.055
Pardo, A., Majeed, M., & Heinemann, R. (2020). Process signals characterisation to enable adaptive drilling of aerospace stacks. Procedia CIRP, 88, 479–484. https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.05.083
Jallageas, J., Ayfre, M., Cherif, M., K’nevez, J. Y., & Cahuc, O. (2016). Self-adjusting cutting parameter technique for drilling multi-stacked material. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 9, 24–30. https://doi.org/10.4271/2015-01-2502
Wertheim, R., Ben-Hanan, U., Ihlenfeldt, S., Stoll, A., Treppe, F., & Wabner, M. (2012). Acoustic emission for controlling drill position in fiber-reinforced plastic and metal stacks. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 61, 75–78. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2012.03.003
Neugebauer, R., Ben-Hanan, U., Ihlenfeldt, S., Wabner, M., & Stoll, A. (2012). Acoustic emission as a tool for identifying drill position in fiber-reinforced plastic and aluminum stacks. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 57, 20–26. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2012.01.013
Yang, H., Ding, W., Chen, Y., Laporte, S., Xu, J., & Fu, Y. (2019). Drilling force model for forced low frequency vibration assisted drilling of Ti-6Al-4V titanium alloy. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 146, https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2019.103438
Jallageas, J., K’Nevez, J. Y., Chérif, M., & Cahuc, O. (2013). Modeling and optimization of vibration-assisted drilling on positive feed drilling unit. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 67, 1205–1216. https://doi.org/10.1007/s00170-012-4559-4
Li, Z. Analysis and application on signal and system (2013). China. ISBN: 9787040440331