ترجمه مکانیک و صنایع مطالعه مکانیسم برش بهبودیافته مواد کامپوزیتی با استفاده از طراحی نوین نمونه برداری میکرو مته الماس

ترجمه مکانیک و صنایع -15 صفحه

سال 2014

A study of an improved cutting mechanism of composite materials using novel design of diamond micro-core drills

مطالعه مکانیسم برش بهبودیافته مواد کامپوزیتی با استفاده از طراحی نوین نمونه برداری میکرو مته الماس

http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2014.10.002

P.W. Butler-Smitha, D.A. Axintea, M. Dainea, A.R. Kennedya, L.T. Harpera, J.F. Bucourtb, R. Ragueneaub

دانلود رایگان مقاله انگلیسی - برش بهبودیافته

چکیده

نمونه برداری با مته دارای قطرهای کوچک در مواد کامپوزیت کربنی تا حد زیادی با استفاده از ابزارهای آبکاری شده الماس متشکل از محورهای توخالی و هندسه های ساده گرایانه انجام شده است که احتمالا در حالت سایشی/خراشی برای حذف مواد کار می کنند. این مقاله تغییر مرحله ای در عملکرد نمونه برداری با مته دارای قطر کوچک را با تسهیل مکانیسم برش قطعات کامپوزیت از طریق استفاده از طراحی ابزار نوین گزارش می دهد. این امر توسط لیزر تهیه کننده مته نمونه بردار از الماس پلی کریستالی جامد محقق می شود که حاشیه های برش کنترل شده و معرف هندسه کار را نیز وارد کار می کند. برای ارزشیابی بازدهی مکانیسم های تراش در برابر برش سایشی/خراشی، مقایسه دقیقی بین ابزارهای نوین آبکاری (تیغه برش تعریف شده) و ابزارهای رایج (میکرو دانه های پخش شده تصادفی) با ارجاع به نیروهای فشار محوری، مکانیسم های سایش ابزار و تاثیر آن ها بر کیفیت حفره (مثلا لایه شدگی، بیرون کشیدن فیبر) صورت گرفت. این کار توسط تصویربرداری حرارتی پرسرعت دو نوع ابزار در حال عملیات تقویت شده است. بررسی ها نشان داده است که براساس مفهوم تیغه های برش تعریف شده در الماس سخت، احتمال ایجاد بهبود قابل توجه در عملکرد مته نمونه برداری (ca. 26 درصد نیروی فشار محوری پایین تر، انسداد سطح کمینه ابزار، دماهای مته کاری پایین تر) وجود دارد که منجر به تمیزی بیشتر انکسار فیبر و کاهش تمایل ورقه شدن ماده می شود.

کلمات کلیدی: میکرو مته نمونه برداری مهندسی شده، کامپوزیت کربنی، الماس پلی کریستالی (چند کریستالی)، تراشنده الماس آبکاری شده.

Highlights
 A novel micro-core drill from solid PCD using defined edge geometries is presented.
 The PCD micro-core drill produces a shearing action in drilling carbon composite plate.
 A conventional electroplated diamond abrasive micro-core drill produces an abrasive/rubbing action.
 The drilling force produced by the diamond abrasive drill was 36% higher and temperature 11% higher than the PCD micro-drill.
 The shearing action of the PCD drill produces holes with superior edge definition and surfaces.

Abstract
Core drilling at small diameters in carbon composite materials is largely carried out using diamond electroplated tools consisting of hollow shafts and simplistic geometries that are likely to work in an abrasional/rubbing mode for material removal. The paper reports a step change in the performance of small diameter core drilling by facilitating a shearing mechanism of the composite workpiece through the utilisation of a novel tool design. This has been achieved by laser producing core drills from solid polycrystalline diamond, incorporating controlled cutting edges where the geometries are defined. To evaluate the efficiency of the shearing vs. abrasion/rubbing cutting mechanisms, a critical comparison between the novel (defined cutting edges) and the conventional electroplated tools (randomly distributed micro-grains) has been made with reference to thrust forces, tool wear mechanisms and their influences on the hole quality (e.g. delamination, fibre pullout). This work has been augmented by studies using high-speed thermal imaging of the two tool types in operation. The examinations have shown that, based on the concept of defined cutting edges in solid diamond, there is the possibility to make significant improvements in core drilling performance, (ca. 26% lower thrust force, minimal tool surface clogging, lower drilling temperatures) resulting in improved cleanliness of fibre fracture and a reduced tendency of material delamination.
Keywords
    Engineered micro-core-drill; Carbon composite; Polycrystalline diamond; Electroplated diamond abrasive