Nomex Balpeteği Çekirdekli Kompozit Malzemelerin Delinmesinde Oluşan Kesme Kuvvetleri ve Delaminasyonun İncelenmesi

Year 2024, , 50 - 61, 15.03.2024

Ahmet Uyumaz , Fatih Ergençiçeği , Gültekin Basmacı

https://doi.org/10.31466/kfbd.1341146

Abstract

Nomex kompozit malzemelerin işlenmesi anizotropik yapıları nedeniyle karmaşıktır. Perçin ve cıvata gibi bağlantı elemanları ile birleştirilen bu tür kompozitlerde delme işleminin kalitesi, bağlantı kalitesini belirleyen önemli bir faktördür. Bu çalışmada delme işlemi sırasında oluşan kesme kuvvetleri ile oluşan delaminasyonlar; en uygun kesici takım geometrisi, fener mili hızı ve ilerleme hızını tespit edebilmek amacıyla incelenmiştir. Deneylerde cam fiber prepreg kaplı Nomex balpeteği sandviç malzeme; helisel üç ağızlı kesici takım ve iki ağızlı kırıcı tip kesici takımlarla; 100, 200, 300, 400 ve 500 mm/dak ilerleme hızı ve 2.000, 8.000 dev/dak fener mili hızı parametreleri kullanılarak dik işleme merkezinde doğrudan delme metoduyla işlenmiştir. Kesme kuvvetleri dinamometre ile ölçülmüştür. Delinen deliklerin alınan görüntüleri üzerinden delaminasyon hesaplaması yapılmıştır. 2.000 dev/dak iş mili hızında en yüksek çıkış delaminasyon faktörü RRFE 040 ve RCFE 040 ile sırasıyla 1,953 ve 1,849 olduğu belirlenmiştir. 8.000 dev/dak iş mili hızında ise en yüksek çıkış delaminasyon faktörü RRFE 040 ve RCFE 040 ile sırasıyla 1,915 ve 1,830 olduğu görülmüştür. Deneyler sonucunda en iyi kesme kuvveti ve çıkış delaminasyonu değerleri iki ağızlı kırıcı tip kesici takımla düşük ilerleme hızlarıyla elde edilmiştir. Yüksek fener mili hızı ile kesme kuvvetleri azalmıştır. Yüksek fener mili hızı, iki ağızlı kırıcı tip kesici takımla yapılan deneylerde çıkış delaminasyonu değerleri artmıştır.

Keywords

Kompozit Malzeme, Nomex, Balpeteği, Delaminasyon, İşlenebilirlik

Supporting Institution

Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü

Project Number

0740-YL-21

Thanks

Bu çalışma Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından 0740-YL-21 proje numarası ile desteklenmiştir. Yazarlar Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü Birimi’ne teşekkür eder.

Investigation of Cutting Forces and Delamination in Drilling of Nomex Honeycomb Core Composite Materials

Abstract

The processing of Nomex composite materials is complex due to their anisotropic structure. In such composites, which are joined with fasteners such as rivets and bolts, the quality of the drilling process is an important factor determining the quality of the connection. In this study, the delaminations caused by the cutting forces generated during the drilling process were investigated in order to determine the most suitable cutting tool geometry, spindle speed and feed rate. In the experiments, glass fiber prepreg coated Nomex honeycomb sandwich material; Helical three flute cutting tool and two flute breaker type cutting tools; 100, 200, 300, 400 and 500 mm/min feed rate and 2000, 8000 rpm. and spindle speed parameters of 2000 and 8000 rpm on a vertical machining center using the direct drilling method. Cutting forces were measured with a dynamometer. Delamination was calculated from the images of the drilled holes. At a spindle speed of 2,000 rpm, the highest output delamination factor was determined to be 1.953 and 1.849 with RRFE 040 and RCFE 040, respectively. At 8,000 rpm spindle speed, the highest output delamination factor was found to be 1.915 and 1.830 with RRFE 040 and RCFE 040, respectively. As a result of the experiments, the best cutting force and exit delamination values were obtained at low feed rates with a two-flute breaker type cutting tool. Cutting forces decreased with higher spindle speed. High spindle speed increased the exit delamination values in the experiments with the two-flute breaker type cutting tool.

Keywords

Composite Materials, Nomex, Honeycomb, Delamination, Machinability

Project Number

0740-YL-21

References

• Ahmad, S., Zhang, J., Feng, P., Yu, D., Wu, Z., ve Ke, M. (2020). Processing technologies for Nomex honeycomb composites (NHCs): A critical review. Composite Structures, 250, 112545.
• Demir, S., Kemiklioğlu, U. (2023). Yanal Yüzeylerinden Çentik Kanal Açılan Sandviç Kompozitlerin Eksenel Darbe Sonrası Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. International Journal of Pure and Applied Sciences, 9(1), 127-134.
• Engin, K. E., Harun, Y. A. K. A. (2023). Effect of drilling parameters on hole quality in drilling of pultruded GFRP composite material: Surface roughness, thrust force and delamination factor. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(4), 1573-1580.
• Ergençiçeği, F., (2023). Nomex kompozit malzemelerin işlenebilirliğinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Burdur.
• Esendemir, Ü., Başaran, Ö. (2023). Dairesel Delikli Kompozit Plakaların Düşük Hızlı Darbe Davranışlarinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Teknik Bilimler Dergisi, 13(2), 20-27.
• Ghabezi, P., Farahani, M., Shahmirzaloo, A., Ghorbani, H., & Harrison, N. M. (2020). Defect evaluation of the honeycomb structures formed during the drilling process. International Journal of Damage Mechanics, 29(3), 454-466.
• Gill, D. D., Yip-Hoi, D. M., Meaker, M., Boni, T., Eggeman, E. L., Brennan, A. M., & Anderson, A. (2017). Studying the mechanisms of high rates of tool wear in the machining of aramid honeycomb composites. International Manufacturing Science and Engineering Conference 12. Vol.50732.
• Jaafar, M., Atlati, S., Makich, H., Nouari, M., Moufki, A., ve Julliere, B. (2017). A 3D FE modeling of machining process of Nomex® honeycomb core: influence of the cell structure behaviour and specific tool geometry. Procedia Cirp, 58, 505-510.
• Khoran, M., Ghabezi, P., Frahani, M., ve Besharati, M. K. (2015). Investigation of drilling composite sandwich structures. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 76, 1927-1936.
• Knittel, D., Makich, H., ve Nouari, M. (2019). Milling diagnosis using artificial intelligence approaches. Mechanics & Industry, 20(8), 809.
• Kordsa, (2020). Technical Data Sheet 8909398, Kordsa Teknik Tekstil A.Ş., 2020.
• Kosalı, O., Kara, M. (2023a). Hidrotermal Yaşlandırılmaya Maruz Bırakılan Karbon Elyaf Epoksi Kompozit Boruların Kırılma Tokluklarının İncelenmesi. Euroasia Journal of Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences, 10(27), 31-39.
• Kosalı, O., Kara, M. (2023b). Karbon Elyaf Epoksi Kompozit Boruların Kırılma Tokluğuna Nanopartikül Takviyesinin Etkisi, Ejons international journal, 7(2), 98-109.
• Kuş, A., Ekici, E. (2017). Sandviç Kompozitlerin Delinmesinde Delaminasyon Faktörünün İncelenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 22(3), 153-162.
• Mazumdar, S. (2001). Composites manufacturing: materials, product, and process engineering. CrC press.
• Potoğlu, U. (2012). Sandviç Kompozit Plakların Darbe Davranışları (Doktora Tezi). Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, Türkiye.
• Taegutec Cutting Tools – RRFE 040 Catalog (2023), https://www.imc-companies.com/taegutec/ttkcatalog/item.aspx?cat=6146656&fnum=10254&mapp=ML&app=401&GFSTYP=M&isoD=1 , (10.04.2023)
• Taegutec Cutting Tools – RCFE 040 Catalog (2023), https://www.imc-companies.com/taegutec/ttkCatalog/item.aspx?cat=6146641&fnum=10255&mapp=IT&app=0&GFSTYP=M&isoD=1 , (10.04.2023)
• Tsai, S. W., & Hahn, H. T. (1980). Introduction to composite materials, Technomic Publ. Co., Westport.
• Xie, S., Jing, K., Zhou, H., ve Liu, X. (2020). Mechanical properties of Nomex honeycomb sandwich panels under dynamic impact. Composite Structures, 235, 111814.
• Yang, B., Wang, H., Chen, Y., Fu, K., ve Li, Y. (2021). Experimental evaluation and modelling of drilling responses in CFRP/honeycomb composite sandwich panels. Thin-Walled Structures, 169, 108279.
• Zarrouk, T., Salhi, J. E., Atlati, S., Nouari, M., Salhi, M., ve Salhi, N. (2022). Modeling and numerical simulation of the chip formation process when machining Nomex. Environmental Science and Pollution Research, 1-8.