ТЕХНОЛОГІЯ СТВОРЕННЯ ВИРОБІВ З ЛИСТОВОГО КОМПОЗИТНОГО МАТЕРІАЛУ З ВИКОРИСТАННЯМ ТОПОЛОГІЧНОГО АНАЛІЗУ 3D-МОДЕЛІ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-3-2Ключові слова:
розгортка, згинальні канавки, зменшення довжини різу, точність складання, алгоритми розгортання.Анотація
Мета роботи. На прикладі тривимірної моделі деталі, використовуючи методи графового моделювання та топологічного аналізу запропонувати оптимальну розгортку деталі; розробити додаткові критерії оптимізації розгортки для зменшення трудомісткості фрезерування та точності збірки; перевірити розроблені критерії на практичному прикладі.
Методи дослідження. Дослідження, що розглядається, проводилось методом графового моделювання на основі топологічного аналізу моделі виробу. Матеріал дослідження – лист алюмінієвого композиту товщиною 4мм, з шаром алюмінію 0,4мм. Було створено два варіанти розгорток основуючись на розроблених графах. Остаточний вибір оптимального варіанту розгортки було визначено за розробленими критеріями оптимальності.
Отримані результати. Узагальнено досвід вибору технологічних показників механічної обробки алюмінієвого композиту, що забезпечують високу продуктивність обробки та якість виробу. Показано, що використання теорії графів на основі топологічного аналізу моделі формалізує процес створення варіантів розгорток. Запропоновані нові критерії оптимальності, а саме сумарна довжина механічної обробки та мінімальна кількість паралельних траєкторій обробки ліній згину. Оптимізація має відбуватися за пріоритетним критерієм з використанням решти як референтних для вибору між співставними варіантами.
Наукова новизна. Розроблені критерії оптимізації розгортки при обробці алюмінієвих композитів, такі як: сумарна довжини різу для зменшення трудомісткості фрезерування; мінімальна кількість паралельних траєкторій обробки ліній згину.
Практична цінність. Використання розроблених критеріїв забезпечує максимальну продуктивність механічної обробки та максимальну точність збірки виробу з алюмінієвих композитів. Методика використання теорії графів на основі аналізу топології моделей може бути основою для автоматизації процесу створення розгорток.
Посилання
Wang, C.-H. (1997). Manufacturability-driven de-composition of sheet metal products (Doctoral disserta-tion, Carnegie Mellon University). The Robotics Institute, CMU-RI-TR-97-35.
Shapiro, V., Tsukanov, I., & Zhang, X. (2007). Geometric issues in computer aided design/computer aided engineering integration. Computer-Aided Design, 39(5), 402–426. https://doi.org/10.1016/j.cad.2007.02.009
Benyahia, F., Feki, M., & Haddaoui, N. (2019). Influence of cutting parameters on cutting forces when machining aluminum honeycomb. Procedia Manufactur-ing, 33, 718–725. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.04.090
Akhter, M. S., et al. (2025). A comprehensive re-view of aluminium composite panels. Journal of Compo-sites Science, 9(7), 319. https://doi.org/10.3390/jcs9070319
Wu, X., & Zhang, W. (2024). A review on alumi-num matrix composites' characteristics and applications for automotive sector. Heliyon, 10(20),e38576.https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e38576
Wang, Y., Yang, Y., Wang, T., & Ma, H. (2020). Machining of aluminum honeycomb material by milling process: Surface quality improvement and parameter optimization. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 33(1), 59. https://doi.org/10.1186/s10033-020-00439-1
Makich, H., Boujelbene, M., & Haddar, M. (2021). Cutting force modelling and experimental valida-tion in the milling of aluminium honeycomb core. Ad-vances in Mechanical Engineering, 13(8). https://doi.org/10.1177/16878140211034841
Xu, J., Liu, Y., Wu, W., & Hu, Y. (2019). Investiga-tion of milling-induced defects in aluminum honeycomb cores. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 141(3), 031006. https://doi.org/10.1115/1.4041834
Zarrouk, T., et al. (2021). Analysis of friction and cutting parameters when milling honeycomb composite structures. Advances in Mechanical Engineering, 13(8). https://doi.org/10.1177/16878140211034841
Rezende, B. A., et al. (2016). Investigation on the effect of drill geometry and pilot holes on thrust force and burr height when drilling an aluminium/PE sandwich material. Materials, 9(9), 774. https://doi.org/10.3390/ma9090774
Qattawi, A. (2012). Integrating topology optimi-zation in the design of folded sheet metal structures. In-ternational Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology, 63(1–4), 231–242. https://doi.org/10.1007/s00170-012-3903-7
Gavriil, K., et al. (2019). Optimizing B-spgroove surfaces for developability. Computer-Aided Design, 111, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.cad.2019.01.006
Alici, O., Gemi, L., & Gemi, D. S. (2025). Exper-imental and numerical investigation of drilling machina-bility and optimization of aluminium composite panels. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. https://doi.org/10.1177/09544089251359340
Wang, H., & Koc, B. (2008). Foldability analysis and design of sheet metal origami. Journal of Mechanical Design, 130(9), 091701. https://doi.org/10.1115/1.2957912
Ma, L., & Yang, J. (2024). Adaptive recognition of machining features in sheet metal parts based on a graph class-incremental learning strategy. Scientific Re-ports, 14(1), 10656. https://doi.org/10.1038/s41598-024-61443-2
Wang, Y., & Wang, T. (2018). Optimization of machining parameters for milling aluminum honeycomb with ice fixation using the Taguchi method and regression analysis. International Journal of Advanced Manufactur-ing Technology, 98, 2987–2998. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2599-0
LaValle, S. M. (2006). Planning algorithms. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511546877
Computational geometric modeling and unfold-ing of 3-D folded structures. (2002). In ASME 2002 In-ternational Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Confer-ence. https://doi.org/10.1115/DETC2002/DAC-34046
Chen, C., Li, Y., & Zhao, Y. (2019). Nesting op-timization of irregular sheet parts using simulated anneal-ing. Journal of Manufacturing Processes, 39, 345–357. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.02.018
Sheffer, A., & Hart, J. C. (2002). Seamster: In-conspicuous low-distortion texture seam layout. IEEE Visualization. https://doi.org/10.1109/VISUAL.2002.1183774
Agarwal, P. K., et al. (2005). Surface approxi-mation and unfolding with MST-based algorithms. Com-putational Geometry, 29(2), 147–163. https://doi.org/10.1016/j.comgeo.2004.07.004
Mitani, J., & Suzuki, H. (2004). Making pa-percraft toys from meshes using strip-based approximate unfolding. ACM Transactions on Graphics, 23(3), 259–263. https://doi.org/10.1145/1015706.1015710
Shatz, I., & Tal, A. (2013). Selective cutting of meshes. Computer Graphics Forum, 32(2pt2), 179–188. https://doi.org/10.1111/cgf.12044
Koli, D. K. et al. (2019). Application of hybrid aluminum matrix composite in automotive industry. Materials Today: Proceedings, 18 (Part 7), 3189–3200. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.195.
##submission.downloads##
Опубліковано
Версії
- 2025-09-30 (2)
- 2025-09-26 (1)
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
