Accuracy of assembly holes after drilling in Al/CFRP layered structure

• Autorzy: Doluk Elżbieta , Miturska-Barańska Izabela , Krupowch Oleksandra

Identyfikatory

DOI

10.7862/tiam.2024.3.3

Warianty tytułu

PL

Dokładność wykonania otworów montażowych po wierceniu konstrukcji warstwowej typu Al/CFRP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Layered structures consisting of CFRP composites and aluminum alloys are most commonly used in the aerospace, marinę, construction and automotive industries. One of the most important aspects associated with their use is the difficulty of machining them due to the anisotropic nature of the structures. These structures are often jointed to each other by mechanical joints that require mounting holes. The purpose of this study was to determine the effect of drill bit diameter, cutting speed and the way the specimen is clamped during machining (drilling strategy) on the quality of holes drilled in a n-layer structure consisting of CFRP composite and aluminum alloy. The quality of the holes was expressed by the hole accuracy index D. A visual evaluation of the holes after the drilling process was also carried out The most accurate holes (the lowest value of the hole accuracy index D) were obtained at the exit of the drill bits with Ø4 mm and Ø8 mm diameters, a cutting speed of v_c = 90 m/min and an Al/CFRP drilling strategy. The lowest dimensional accuracy of the hole was also obtained at the exit of the drill bit, but using a cutting tool with a diameter of Ø 6 mm, a cutting speed of v_c = 30 m/min and an Al/CFRP drilling strategy. The values of the D index and visual evaluation of the holes also made it possible to note that for this type of materiał it is more favorable, considering the dimensional accuracy of the holes, to use a CFRP/Al drilling strategy.

PL

Konstrukcje warstwowe składające się z kompozytów CFRP i stopów aluminium są najczęściej stosowane w przemyśle lotniczym, morskim, budowlanym oraz motoryzacyjnym. Jednym z najważniejszych aspektów związanych z ich zastosowaniem jest trudność ich obróbki wynikająca z anizotropowości konstrukcji. Konstrukcje te są często łączone ze sobą za pomocą połączeń mechanicznych, które wymagają wykonania otworów montażowych. Celem niniejszej pracy było określenie wpływu średnicy wiertła, prędkości skrawania i sposobu zamocowania próbki podczas obróbki (strategia wiercenia) na jakość otworów wykonywanych w II warstwowej konstrukcji składającej się z kompozytu CFRP i stopu aluminium. Jakość otworów wyrażono za pomocą wskaźnika dokładności wy konania otworu D. Przeprowadzono także ocenę wizualną otworów po procesie wiercenia. Najdokładniejszy otwór (najmniejszą wartość wskaźnika D) otrzymano na wyjściu otworów z wykorzystaniem wierteł o średnicach Ø4 mm i Ø8mm, prędkości skrawania v_c = 90 m/min oraz strategii wiercenia Al/CFRP. Najmniejszą dokładność wymiarową otworu uzyskano również na wyjściu narzędzia, jednak z zastosowaniem wiertła o średnicy Ø6 mm, prędkości skrawania v_c = 30 m/min i strategii wiercenia Al/CFRP. Otrzymane wartości wskaźnika D oraz ocena wizualna pozwoliły zauważyć także, że dla tego typu materiałów korzystniejszym rozwiązaniem, biorąc pod uwagę dokładność wymiarową otworów, jest zastosowanie strategii wiercenia CFRP/Al (wejście narzędzia skrawającego w warstwę kompozytową, wyjście wiertła w warstwie metalowej).

Słowa kluczowe

EN

drilling; Al/CFRP stacks; assembly hole; cutting parameters

PL

wiercenie; konstrukcje warstwowe Al/CFRP; otwór montażowy; parametry skrawania

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 3
• Strony: 21--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il. kolor., fot., wykr.

Twórcy

autor

Doluk Elżbieta

• Department of Production Computerisation and Robotisation, Faculty of Mechanical Engineering, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 36,20-618 Lublin, Poland

autor

Miturska-Barańska Izabela

• Department of Production Computerisation and Robotisation, Faculty of Mechanical Engineering, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 36,20-618 Lublin, Poland

autor

Krupowch Oleksandra

• Department of Production Computerisation and Robotisation, Faculty of Mechanical Engineering, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 36,20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• Alagan, NT., Sajja, NT., Gustafsso, A., Savio, E., Ghiotti, A., Brusch, S., & Bertolini, R. (2023). Investigation of the quality of Al-CFRP stacks when drilled using innovative approaches. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 43, 260–272. doi.org/10.1016/j.cirpj.2023.04.011.
• Changze Sun, Ch., Albustani, H., Phadnis, VA., Saleh, MN., Cantwell, W.J., & Guan, Z. (2023). Improving the structural integrity of foam-core sandwich composites using continuous carbon fiber stitching. Composite Structures, 324, 117509. doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117509.
• Ciecieląg, K. (2022). Study on the Machinability of Glass, Carbon and Aramid Fiber Reinforced Plastics in Drilling and Secondary Drilling Operations. Advances in Science and Technology Research Journal, 16(2), 57–66. Doi.org/10.12913/22998624/146079.
• Doluk, E. (2023). Comparison of hole quality after drilling and helical milling of the Al/CFRP stacks. Technologia I Automatyzacja Montażu (Assembly Techniques and Technologies), 122(4), 3–12. doi.org/10.7862/tiam.2023.4.1.
• Ergün, E., Uzun, G., & Altaş, S. (2021). Evaluation of the effects of drilling parameters, tool geometry and core material thickness on thrust force and delamination in the drilling of sandwich composites. Surface Review and Letters, 28(12), 2150112. doi.org/10.1142/S0218625X21501122.
• Hosseinkhani, H., Zhang, X., Liu, Q., & Nasiruddin, M. (2024). Enhancing impact energy absorption in composite sandwich structures through synergistic smart material integration. Results in Engineering, 21(3), 101902. doi.org/10.1016/j.rineng.2024.101902.
• Isbilir O., & Ghassemieh, E. (2013). Numerical investigation of the effects of drill geometry on drilling induced delamination of carbon fiber reinforced composites. Composite Structures, 105, 126–133. doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.04.026.
• Kausar, A., Ishaq A., Rakha, SA., Eisa, MH., & Diallo, A. (2023). State-Of-The-Art of Sandwich Composite Structures: Manufacturing-to-High Performance Applications. Journal of Composites Science, 7(3), 102. doi.org/10.3390/jcs7030102.
• Kilickap, E. (2020). Optimization of cutting parameters on delamination based on Taguchi method during drilling of GFRP composite. Expert Systems with Applications, 37(8), 6116–6122. doi.org/10.1016/j.eswa.2010.02.023.
• Melentiev, R., Priarone, PC., Robiglio, M., & Settineri, L. (2016). Effects of Tool Geometry and Process Parameters on Delamination in CFRP Drilling: An Overview. Procedia CIRP, 45, 31–34. doi.org/10.1016/j.procir.2016.02.255.
• Natarajan, E., Markandan, K., Sekar, SM., Varadaraju, K., Nesappan, S., Albert Selvaraj, AD., Lim, WH., & Franz, G. (2022). Drilling-Induced Damages in Hybrid Carbon and Glass Fiber-Reinforced Composite Laminate and Optimized Drilling Parameters. Journal of Composites Science, 6(10), 310. doi.org/10.3390/jcs610031.
• Saoudi, J., Zitoune, R., Gururaja, S., Salem, M., & Mezleni, S. (2018). Analytical and experimental investigation of the delamination during drilling of composite structures with core drill made of diamond grits: X-ray tomography analysis. Journal of Composite Materials, 52(10), 1281–1294. doi:10.1177/0021998317724591.
• Yang, B, Wang, H., Chen, Y., Fu, K., & Li, Y. (2021). Experimental evaluation and modelling of drilling responses in CFRP/honeycomb composite sandwich panels. Thin-Walled Structures, 169, 108279. doi.org/10.1016/j.tws.2021.108279.
• Zhang, Z., Myler, P.; Zhou, E., & Zhou, R. (2020). Strength and Deformation Characteristics of Carbon Fibre Reinforced Composite Wrapped Aluminium Foam Beams. Journal of Composites Science 6(10), 288. doi.org/10.3390/jcs6100288.