Studying a grinding method of sapphire pipes using two grinders

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper examines the thermophysics of a drilling process of polymeric composite materials such as carbonfibre-reinforced plastics (CFRP) and fibreglass by tubular diamond drill bits. Features of the COMSOL Multiphysics engineering software package were used. We employed Fourier heat equations, which express the intensity of heat gain by a mobile source in a moving coordinate system. The research was performed using the proprietary method of modelling spatial thermal action upon drilling polymer composite materials (fibreglass and carbon-fibre-reinforced plastics) in the COMSOL Multiphysics software environment. A tubular diamond drill bit with a diameter of 10 mm with two slots was chosen as a model cutting tool. Solid plates with a thickness of 5.5 mm made of layered fibrous polymer composite materials (fibreglass, carbon-fibre-reinforced plastic) were used as a preform. As a result of computer calculations, we obtained temperature fields of fibreglass and carbon-fibre-reinforced plastic during diamond drilling with the tubular tool. When studying the thermal behaviour of fibreglass and carbon-fibre-reinforced plastics, maximum temperature fields were located. The study revealed that the temperature reaches 413.6 K and 448.7 K during CFRP and fibreglass drilling, respectively. It was shown that the distance of heat transfer from the edge of the hole into the preform was 6.42 and 6.40 mm for CFRP and fibreglass, respectively. A method of modelling the thermal effects when cutting polymer composite materials developed in the COMSOL Multiphysics environment allows complex analytical calculations of temperatures induced by drilling to be simplified. In addition, it helps avoid overheating of a preform during drilling, allows the depth of heat distribution inside the preform from the edge of the formed hole in different polymer composite materials to be assessed. These measures lead to increasing the machining quality of polymer composite materials.

About the authors

I. V. Savitsky

Lugansk State University named after Vladimir Dahl

Email: ivan-savitskiy@mail.ru

V. A. Voytenko

Lugansk State University named after Vladimir Dahl

Email: vlvoytenko@gmail.com

References

  1. Теплова Т.Б., Самерханова А.С. Тенденция развития применения твердых высокопрочных материалов в микроэлектронике, медицине и ювелирных изделиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 10. С. 339–347.
  2. Курлов В.Н., Рассоленко С.Н. Управление формой и качеством кристаллов сапфира при выращивании методом некапиллярного формообразования // Выращивание кристаллических изделий способом Степанова, пластичность и прочность кристаллов: тез. докл. Всерос. совещания (г. Санкт-Петербург, 22–24 октября 2003 г). СПб.: Изд-во Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, 2003. С. 6.
  3. Гавриш С.В., Логинов В.В., Пучнина С.В. Импульсные газоразрядные источники ИК-излучения для оптико-электронных систем (обзор) // Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6. № 4. С. 333–348.
  4. Гавриш С.В., Гайдуков Е.Н., Константинов Б.А. Разрядные источники инфракрасного излучения для специальных целей // Светотехника. 1998. № 3. С. 2224–2225.
  5. Гавриш С.В. Разрядные источники излучения с сапфировой оболочкой // Прикладная физика. 2011. № 4. С. 42–51.
  6. Гавриш С.В. Влияние условий теплосъема на параметры импульсного газоразрядного источника ИКизлучения // Прикладная физика. 2018. № 5. С. 86–93.
  7. Королев А.В. Выбор оптимальной геометрической формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1972. 134 с.
  8. Бочкин О.И., Брук В.А., Никифорова-Денисова С.Н. Механическая обработка полупроводниковых материалов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во «Высшая школа», 1983. 112 с.
  9. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.: Изд-во «Машгиз», 1961. 379 с.
  10. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Изд-во «Машиностроение», 1974. 280 с.
  11. Лурье Г.Б. Прогрессивные методы круглого наружного шлифования. Л.: Изд-во «Машиностроение», 1984. 103 с.
  12. Грабченко А.И., Федорович В.А., Шахбазов Я.А., Русанов В.В. Пути повышения эффективности процесса обработки абразивными шлифовальными кругами // Резание и инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн. сб. Вып. 74. Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ», 2008. С. 70–83.
  13. Matsui S., Tamaki I. Influence of the elastic displacement of grain cutting edges on grinding mechanism // Technology Reports of the Tohoku University. 1976. Vol. 41. Iss. 1. P. 73–88.
  14. Савицкий И.В., Войтенко В.А. Увеличение точности обработки сапфировых трубок путем уменьшения механических напряжений // Ресурсосберегающие технологии производства и обработки давлением материалов в машиностроении. 2020. № 3. С. 61–68.
  15. Кудинов В.А., Тодоров Н.Т. Закономерности развития колебаний и волнистости круга и изделия при врезном шлифовании // Станки и инструмент. 1970. № 2. С. 1–3.
  16. Кудинов В.А., Гришин В.М. Динамические частотные характеристики процесса шлифования // Станки и инструмент. 1972. № 1. С. 7–9.
  17. Савицкий И.В., Войтенко В.А. Новый метод шлифования цилиндрических поверхностей // Проблемы и перспективы международного трансфера инновационных технологий: сб. ст. по итогам Междунар. науч.практ. конф. (г. Воронеж, 24 августа 2020 г.). Стерлитамак: Изд-во АМИ, 2020. С. 56–59.
  18. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 112 с.
  19. Клунникова Ю.В. Исследование влияния абразивной обработки на процесс образования дефектов в кристаллах сапфира // Инженерный вестник Дона. 2016. № 2. С. 2.
  20. Evans A.G., Wilshau T.R. Quasi-static solid particle damage in brittle solids: observations, analysis and implications // Acta Metallurgica. 1976. Vol. 24. Iss. 10. P. 936–956.
  21. Kirchner H.P., Ragosta J.A. Relation of load to radial crack length for spherical indentations in hot‐pressed ZnS // Journal of the American Ceramic Society. 1983. Vol. 66. № 4. P. 293–296. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1983.tb15717.x

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).