Analysis of drilling process of composite structures - Part I: Evaluation of thermal condition

• Autorzy: Sitek P. , Katunin A.

Warianty tytułu

PL

Analiza procesu wiercenia struktur kompozytowych część I: Ocena stanu cieplnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Polymer composite structures and structural elements made of them are often subjected to various machining processes, particularly drilling for assembling purposes. Considering their compliance to high temperature resulting from drilling, various phenomena may occur during this process, e.g. thermal phase transitions, which directly influence on both mechanical properties as well as occurrence of manufacturing damage of a treated structure. The following study presents experimental results of monitoring of drilling process using infrared thermography. An influence of a type of an applied drill bit on resulting temperature evolution was analyzed in this paper. The obtained results indicate a necessity to limit a heat occurred during the drilling process to critical temperatures of a drilled composite in order to avoid manufacturing damage occurrence by selection of appropriate drill bits or by applying techniques of cooling down a drill bit.

PL

Polimerowe struktury kompozytowe oraz wykonywane z nich elementy strukturalne są często poddawane różnym procesom obróbczym, m. in. wierceniu do celów montażu. Biorąc pod uwagę ich podatność na wysokie temperatury wynikające podczas procesu wiercenia, można zauważyć podczas tego procesu różne zjawiska, np. cieplne przemiany fazowe, co bezpośrednio wpływa zarówno na właściwości mechaniczne, jak i powstawanie uszkodzeń technologicznych w obrabianej strukturze. Niniejsze badania przedstawiają wyniki eksperymentalne monitorowania procesu wiercenia z wykorzystaniem termografii w podczerwieni. W artykule zbadano wpływ typu zastosowanego wiertła na wynikową charakterystykę temperaturową. Otrzymane wyniki wskazują na potrzebę ograniczenia ciepła powstającego podczas procesu wiercenia do temperatur krytycznych wierconego kompozytu w celu uniknięcia wystąpienia uszkodzeń technologicznych poprzez wybór odpowiednich wierteł lub zastosowania technik chłodzenia wiertła.

Słowa kluczowe

EN

drilling of composite structures; delamination; thermographic inspection; thermal phenomena

PL

wiercenie struktur kompozytowych; delaminacja; inspekcja termograficzna; zjawiska cieplne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 24, nr 55
• Strony: 88--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Sitek P.

• Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology

autor

Katunin A.

• Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology

Bibliografia

• 1. Lau W.S., Lee W.B., Pang S.Q.: Pulsed Nd:YAG laser cutting of carbon fibre composite materials. “CIRP Annals – Manufacturing Technology” 1990, Vol. 39, p. 179-182.
• 2. Mathew J., Goswami G.L., Ramakrishnan N., Naik N.K.: Parametric studies on pulsed Nd:YAG laser cutting of carbon fibre reinforced plastic composites. “Journal of Materials Processing Technology” 1999, Vol. 89-90, p. 198-203.
• 3. Voisey K.T., Fouquet S., Roy D., Clyne T.W.: Fibre swelling during laser drilling of carbon fibre composites. “Optics and Lasers in Engineering” 2006, Vol. 44, p. 1185-1197.
• 4. Shanmugam D.K., Nguyen T., Wang J.: A study of delamination on graphite/epoxy composites in abrasive water jet machining. “Composites Part A: Applied Science and Manufacturing” 2008, Vol. 39, p. 923-929.
• 5. Lemma E., Chen L., Siores E., Wang J.: Study cutting fiber-reinforced composites by using abrasive water-jet with cutting head oscillation. “Composite Structures” 2002, Vol. 57, p. 297-303.
• 6. Azmir M.A., Ahsan A.K.: A study of abrasive water jet machining process on glass/epoxy composite laminate. “Journal of Materials Processing Technology” 2009, Vol. 209, p. 6168-6173.
• 7. Lau W.S., Wang M., Lee W.B.: Electrical discharge machining of carbon fibre composite materials. “International Journal of Machine Tools and Manufacture” 1990, Vol. 30, p. 297-308.
• 8. Poradnik inżyniera: obróbka skrawaniem. T. 1. Warszawa: WNT, 1991.
• 9. Davim J.P., Reis P., Antonio C.C.: Experimental study of drilling glass fiber reinforced plastics (GFRP) manufactured by hand lay-up. “Composites Science and Technology” 2004, Vol. 64, p. 289-297.
• 10. Mohan N.S., Kulkarni S.M., Ramachandra A.: Delamination analysis in drilling process of glass fiber reinforced plastic (GFRP) composite materials. “Journal of Materials Processing Technology” 2007, Vol. 186, p. 265-271.
• 11. Piquet R., Ferret B., Lachaud F., Swider P.: Experimental analysis of drilling damage in thin carbon/epoxy plate using special drills. “Composites Part A: Applied Science and Manufacturing” 2000, Vol. 31, p. 1107-1115.
• 12. Park K.Y., Choi J.H., Lee D.G.: Delamination-free and high efficiency drilling of carbon fiber reinforced plastics. “Journal of Composite Materials” 1995, Vol. 29, p. 1988-2002.
• 13. Tsao C.C., Hocheng H.: Parametric study on thrust force of core drill. “Journal of Materials Processing Technology” 2007, Vol. 192-193, p. 37-40.
• 14. Somasundarama G., Rajendra Boopathya S., Palanikumara K.: Experimental investigation on roundness error in friction drilling and mechanical properties of Al/SiCp-MMC composites. “Mechanics & Industry” 2011, Vol. 12, p. 445-457.
• 15. Boopathi M., Shankar S., Manikandakumar S., Ramesh R.: Experimental investigation of friction drilling on brass, aluminium and stainless steel. “Procedia Engineering” 2013, Vol. 64, p. 1219-1226.
• 16. Miller S.F., Blau P.J., Shih A.J.: Tool wear in friction drilling. “International Journal of Machine Tools and Manufacture” 2007, Vol. 47, p. 1636-1645.
• 17. Sandvik Coromant, Poradnik obróbki skrawaniem. Część E - wiercenie, 2010.
• 18. Zubrzycki J., Draczow O., Taranenko W., Taranenko G.: Model matematyczny układu dynamicznego procesu wiercenia wibracyjnego. „Modelowanie Inżynierskie” 2008, Vol. 35, p. 169-176.
• 19. Gaitonde V.N., Karnik S.R., Campos Rubio J., Esteves Correia A., Abrão A.M., Davim P. J.: Analysis of parametric influence on delamination in high-speed drilling of carbon fiber reinforced plastic composites. “Journal of Materials Processing Technology” 2008, Vol. 203, p. 431-438.
• 20. Wang X., Wang L.J., Tao J.P.: Investigation on thrust in vibration drilling of drilling of fiber-reinforced plastics. “Journal of Materials Processing Technology” 2004, Vol. 148, p. 239-244.
• 21. Ramkumar J., Aravindan S., Malhotra S.K., Krishamurthy R.: An enhancement of machining performance of GFRP by oscillatory assisted drilling. “International Journal of Advanced Manufacturing Technology” 2004, Vol. 23, p. 240-244.
• 22. Lin S.C., Chen I.K.: Drilling carbon fiber-reinforced composite material at high speed. “Wear” 1996, Vol. 194, p. 156-162.
• 23. Rawat S., Attia H.: Characterization of the dry high speed drilling process of woven composites using machinability maps approach. “CIRP Annals – Manufacturing Technology” 2009, Vol. 58, p. 105-108.
• 24. Rawat S., Attia H.: Wear mechanisms and tool life management of WC-Co drill during dry high speed drilling of woven carbon fibre composites. “Wear” 2009, Vol. 267, p. 1022-1030.
• 25. Kuciel S., Liber-Knieć A., Zajchowiski S.: Wpływ temperatury na zmianę właściwości kompozytów PP z włóknami naturalnymi. „Czasopismo Techniczne: Mechanika” 2009, Vol. 3, p. 201-204.
• 26. Katunin A.: Degradacja cieplna laminatów polimerowych. Biblioteka Problemów Eksploatacji. Gliwice: Wyd. Nauk. Instytutu Technologii Eksploatacji - PIB, 2012.
• 27. Katunin A., Gnatowski A.: Influence of heating rate on evolution of dynamic properties of polymeric laminates. “Plastics Rubber and Composites” 2012, Vol. 46, p. 233-239.
• 28. Katunin A., John M., Joszko K., Kajzer A.: Characterization of quasi-static behavior of honeycomb core sandwich structures. “Modelowanie Inżynierskie” 2014, Vol. 22, p. 78-84.