Ваш браузер устарел.

Для того, чтобы использовать все возможности сайта, загрузите и установите один из этих браузеров.

скрыть

Article

  • Title

    The new designs of diamond drill bits for composite polymers tooling

  • Authors

    Melentiev Ruslan Yu.

  • Subject

    MACHINE BUILDING. PROCESS METALLURGY. MATERIALS SCIENCE

  • Year 2015
    Issue 3(47)
    UDC 621.951.4.025.7:678.7
    DOI 10.15276/opu.3.47.2015.05
    Pages 24-34
  • Abstract

    The author explores the drilling operation of some new engineering materials such as carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and other polymers that have an anisotropic structure, high-strength and elastic properties combined with low heat endurance. Such combination of properties makes impossible the simple transfer of the existing technologies for classic materials working to considered new class. At the same time, the existing tools cannot assure the specified quality of tooled products at the current productivity and tool life. Aim: The aim of this research is to increase the process efficiency of diamond drilling in composite polymers by developing the new designs of diamond drill bits. Materials and Methods: One of the most promising directions to solve this problem is the diamond coated abrasive type tool. This paper addresses and classifies the existing types of diamond drill bits according to their application and operation. The literature data analysis of known disadvantages during drilling operation, the quality of surface and joining face was performed. Results: The experimental researches of the author prove the negative meaning of the already known but kept out fact – the drill core blocking. The most important factors and structural features affecting the CFRP drilling process are revealed. The accounting of these factors allowed creating the set of unique designs of diamond drill bits for different purposes. The presented patented models has different allowance distribution schemes and cutting forces, thus satisfy the mechanical requirements of quality, productivity, tool life and hole geometry in the tooling of the specified material class.

  • Keywords designs of diamond drill bits, drilling, carbon fiber reinforced plastic, drill core blocking
  • Viewed: 1225 Dowloaded: 17
  • Download Article
  • References

    Література
    1.    Дударев, А.С. Конструкции сверл и фрез для алмазно-абразивной обработки стеклопластиков и углепластиков / А.С. Дударев // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2012. — Вып. 1. — С. 361—370.
    2.    Балыков, А.В. Новое поколение алмазно-абразивного инструмента / А.В. Балыков, С.И. Сухонос // Технология металлов. — 1999. — № 8. — С. 46—48.
    3.    Балыков, А.В. Новый алмазно-абразивный инструмент «МонАлит» / А.В. Балыков // ИСОТ. — 1999. — № 2.
    4.    Лищенко, Н.В. Определение температуры прерывистого шлифования / Н.В. Лищенко, В.П. Ларшин, А.В. Якимов / Пр. Одес. політехн. ун-ту. — 2012. — Вип. 2(39). — С. 80—85.
    5.    Ларшин, В.П. Температура прерывистого шлифования без принудительного охлаждения / В.П. Ларшин, Н.В. Лищенко // Наукові нотатки. — 2013. — Вип. 41, Ч. 1. — С. 154—159.
    6.    Ларшин, В.П. Определение температуры шлифования при импульсном тепловом потоке / В.П. Ларшин, Н.В. Лищенко // Інформаційні технології в освіті, науці та виробництві. — 2013. — Вип. 1(2). — С. 41—49.
    7.    Quan, Y. Investigation on drilling-grinding of CFRP / Y. Quan, W. Zhong // Frontiers of Mechanical Engineering in China. — 2009. — Vol. 4, Issue 1. — PP. 60—63.
    8.    Tsao, C.C. Parametric study on thrust force of core drill / C.C. Tsao, H. Hocheng // Journal of Materials Processing Technology. — 2007. — Vol. 192–193. — PP. 37—40.
    9.    Tsao, C.C. Taguchi analysis of drilling quality associated with core drill in drilling of composite material / C.C. Tsao // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2007. — Vol. 32, Issue 9. — PP. 877—884.
    10.    Tsao, C.C. Investigation into the effects of drilling parameters on delamination by various step-core drills / C.C. Tsao // Journal of Materials Processing Technology. — 2008. — Vol. 206, Issues 1–3. — PP. 405—411.
    11.    Tsao, C.C. Experimental study of drilling composite materials with step-core drill / C.C. Tsao // Materials & Design. — 2008. — Vol. 29, Issue 9. — PP. 1740—1744.
    12.    Tsao, C.C. Evaluation of the drilling-induced delamination of compound core-special drills using response surface methodology based on the Taguchi method / C.C. Tsao // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2012. — Vol. 62, Issue 1. — PP. 241—247.
    13.    Tsao, C.C. Evaluation of drilling parameters on thrust force in drilling carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composite laminates using compound core-special drills / C.C. Tsao, Y.C. Chiu // International Journal of Machine Tools and Manufacture. — 2011. — Vol. 51, Issue 9. — PP. 740—744.
    14.    Hocheng, H. Comprehensive analysis of delamination in drilling of composite materials with various drill bits / H. Hocheng, C.C. Tsao // Journal of Materials Processing Technology. — 2003. — Vol. 140, Issues 1–3. — PP. 335—339.
    15.    Hocheng, H. The path towards delamination-free drilling of composite materials / H. Hocheng, C.C. Tsao // Journal of Materials Processing Technology. — 2005. — Vol. 167, Issues 2–3. — PP. 251—264.
    16.    Hocheng, H. Effects of special drill bits on drilling-induced delamination of composite materials / H. Hocheng, C.C. Tsao // International Journal of Machine Tools and Manufacture. — 2006. — Vol. 46, Issues 12–13. — PP. 1403—1416.
    17.    Балыков, А.В. Работоспособность алмазных сверл, изготовленных из различных марок алмазного сырья / А.В. Балыков, Н.Ф. Кирова, А.А. Цесарский // Алмазы и сверхтвердые материалы. — 1975. — Вып. 4. — С. 7—10.
    18.    Optimization of machining parameters at high speed drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates / V. Krishnaraj, A. Prabukarthi, A. Ramanathan, etc. // Composites Part B: Engineering. — 2012. — Vol. 43, Issue 4. — PP. 1791—1799.
    19.    Мурзин, Л.М. Роль смазочно-охлаждающей жидкости в процессе алмазного сверления / Л.М. Мурзин, Ю.Ю. Колосовский // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт. —2010. — Вип. 107. — С.161—164.
    20.    Мелентьев, Р.Ю. Особенности механической обработки полимерных композиционных материалов / Р.Ю. Мелентьев, В.В. Натальчишин // Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування. — 2013. — № 4(449). — С. 30—34.
    21.    Rotary ultrasonic machining of CFRP: A mechanistic predictive model for cutting force / W.L. Cong, Z.J. Pei, X. Sun, C.L. Zhang // Ultrasonics. — 2014. — Vol. 54, Issue 2. — PP. 663—675.
    22.    Рощупкин, С.И. Экспериментальное исследование влияния технологических параметров процесса алмазного сверления неметаллических материалов на силы резания и шероховатость поверхности / С.И. Рощупкин // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт. — 2010. — Вип. 111. — С. 148—151.
    23.    Балыков, А.В. Новые технологии алмазного сверления / А.В. Балыков // Технология металлов. — 2003. — № 6. — С. 30—32.
    24.    Balykov, A.V. Optimization of diamond drilling using an extreme experimental design / A.V. Balykov // Glass and Ceramics. — 2003. — Vol. 60, Issue 7. — PP. 213—216.
    25.    Пат. 88720 Україна, МПК B28D 1/12. Абразивне конічне свердло / Ларшин В.П., Ліщенко Н.В., Мелентьєв Р.Ю.; заявники та патентовласники Ларшин В.П., Ліщенко Н.В., Мелентьєв Р.Ю. — № u201313139; заявл. 11.11.2013; надр. 25.03.2014; Бюл. № 6.
    26.    Пат. 92358 Україна, МПК B28D 1/12, B24D 5/00. Абразивне Архімедове свердло  / Мелентьєв Р.Ю.; заявник та патентовласник Мелентьєв Р.Ю. — № u201402925; заявл. 24.03.2014; надр. 11.08.2014; Бюл. № 15.
    27.    Пат. 92485 Україна, МПК B28D 5/00, B28D 1/12. Абразивне клиновидне свердло / Мелентьєв Р.Ю.; заявник та патентовласник Мелентьєв Р.Ю. — № u201314191; заявл. 05.12.2013; надр. 26.08.2014; Бюл. № 16.
    28.    Пат. 86318 Україна, МПК B24D 5/00, B28D 1/12. Абразивне кільцеве свердло / Мелентьєв Р.Ю.; заявники та патентовласники Ліщенко Н.В., Мелентьєв Р.Ю., Ларшин В.П. — № u201308214; заявл. 01.07.2013; надр. 25.12.2013; Бюл. № 24.

    References
    1.    Dudarev, A.S. (2012). Designs of drills and mills for diamond processing of polymeric composite materials. Proceedings of the Tula State University: Technical Science, 1, 361—370.
    2.    Balykov, A.V., & Sukhonos, S.I. (1999). The new generation of diamond abrasive tools. Tekhnologiya Metallov, 8, 46—48.
    3.    Balykov, A.V. (1999). The new diamond-abrasive MonAlit tool. ISOT, 2.
    4.    Lishchenko, N.V., Larshin, V.P., & Yakimov, A.V. (2012). Evaluation of discontinued grinding temperature. Odes’kyi Politechnichnyi Universytet. Pratsi, 2, 80—85.
    5.    Larshin, V., & Lishchenko, N. (2013). Temperature of discontinued grinding without forced cooling. Naukovi Notatky, 41(1), 154—159.
    6.    Larshin, V.P., & Lishchenko, N.V. (2013). Grinding temperature determination at impulsive thermal flux. Information Technologies in Education, Science and Production, 1, 41—49.
    7.    Quan, Y., & Zhong, W. (2009). Investigation on drilling-grinding of CFRP. Frontiers of Mechanical Engineering in China, 4(1), 60—63. DOI:10.1007/s11465-009-0008-y
    8.    Tsao, C.C. & Hocheng, H. (2007). Parametric study on thrust force of core drill. Journal of Materials Processing Technology, 192–193, 37—40. DOI:10.1016/j.jmatprotec.2007.04.062
    9.    Tsao, C.C. (2007). Taguchi analysis of drilling quality associated with core drill in drilling of composite material. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 32(9), 877—884. DOI:10.1007/s00170-006-0414-9
    10.    Tsao, C.C. (2008). Investigation into the effects of drilling parameters on delamination by various step-core drills. Journal of Materials Processing Technology, 206(1–3), 405—411. DOI:10.1016/j.jmatprotec.2007.12.057
    11.    Tsao, C.C. (2008). Experimental study of drilling composite materials with step-core drill. Materials & Design, 29(9), 1740—1744. DOI:10.1016/j.matdes.2008.03.022
    12.    Tsao, C.C. (2012). Evaluation of the drilling-induced delamination of compound core-special drills using response surface methodology based on the Taguchi method. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 62(1), 241—247. DOI:10.1007/s00170-011-3785-5
    13.    Tsao, C.C., & Chiu, Y.C. (2011). Evaluation of drilling parameters on thrust force in drilling carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composite laminates using compound core-special drills. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 51(9), 740—744. DOI:10.1016/j.ijmachtools.2011.05.004
    14.    Hocheng, H., & Tsao, C.C. (2003). Comprehensive analysis of delamination in drilling of composite materials with various drill bits. Journal of Materials Processing Technology, 140(1–3), 335—339. DOI:10.1016/S0924-0136(03)00749-0
    15.    Hocheng, H., & Tsao, C.C. (2005). The path towards delamination-free drilling of composite materials. Journal of Materials Processing Technology, 167(2–3), 251—264. DOI:10.1016/j.jmatprotec.2005.06.039
    16.    Hocheng, H., & Tsao, C.C. (2006). Effects of special drill bits on drilling-induced delamination of composite materials. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 46(12–13), 1403—1416. DOI:10.1016/j.ijmachtools.2005.10.004
    17.    Balykov, A.V., Kirov, N.F., & Tsesarsky, A.A. (1975). The efficiency of diamond drill bits made of different brands of rough diamonds. Almazy i Sverkhtverdye Materialy, 4, 7—10.
    18.    Krishnaraj, V., Prabukarthi, A., Ramanathan, A., Elanghovan, N., Kumar, M.S., Zitoune, R., & Davim, J.P. (2012). Optimization of machining parameters at high speed drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates. Composites Part B: Engineering, 43(4), 1791–1799. DOI:10.1016/j.compositesb.2012.01.007
    19.    Murzin, L.M., & Kolosovsky, Y.Y. (2010). The role of the lubricant-cooling liquid in the process of diamond drilling. SevNTU Journal: Mechanical Instrumentation and Transport, 107, 161—164.
    20.    Melentiev, R.Yu., & Natalchishin, V.V. (2013). Specific features of mechanical processing of polymeric composite materials. Collection of Scientific Publications of the National University of Shipbuilding, 4, 30—34.
    21.    Cong W.L., Pei Z.J., Sun X., & Zhang C.L. (2014). Rotary ultrasonic machining of CFRP: A mechanistic predictive model for cutting force. Ultrasonics, 54(2), 663—675. DOI:10.1016/j.ultras.2013.09.005
    22.    Roschupkin, S.I. (2010). Experimental research on the influence of technological parameters of the process of diamond drilling of non-metallic materials on cutting forces and surface roughness. SevNTU Journal: Mechanical Instrumentation and Transport, 111, 148—151.
    23.    Balykov, A.V. (2003). New technologies of diamond drilling. Tekhnologiya Metallov, 6, 30—32.
    24.    Balykov, A.V. (2003). Optimization of diamond drilling using an extreme experimental design. Glass and Ceramics, 60(7), 213—216. DOI:10.1023/A:1027383007954
    25.    Larshyn, V.P., Lischenko, N.V., & Melentiev, R.Yu. (2014). Abrasive conical drill. Ukraine Patent: UA 88720.
    26.    Melentiev, R.Yu. (2014). Abrasive Archimedean drill. Ukraine Patent: UA 92358.
    27.    Melentiev, R.Yu. (2014). Abrasive dagger drill. Ukraine Patent: UA 92485.
    28.    Lischenko, N.V., Melentiev, R.Yu., & Larshyn, V.P. (2013). Abrasive annular drill. Ukraine Patent: UA 86318.

  • Creative Commons License by Author(s)