Karbon fiber takviyeli kompozit (KFTK) malzemelerin frezelenmesinde delaminasyon ve kesme kuvvetlerinin değerlendirilmesi ve matematiksel modellenmesi

Yıl 2020, Cilt: 35 Sayı: 1, 457 - 466, 25.10.2019

Selçuk Yağmur Abdullah Kurt Ulvi Şeker

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.479616

Öz

Günümüzde kompozit malzemelerin, çeliğin
yerini almasıyla %60-80 oranında ve alüminyumun yerini almasıyla ise %20-50
oranında ağırlıktan kazanım mümkün hale gelmiştir. Kompozit malzemeler birçok
mühendislik uygulamaları için tercih edilen malzemeler haline gelmişlerdir.
Fakat kompozit malzemelerin bu avantajlarının yanı sıra işlenmesinde yaşanan
sıkıntılar söz konusudur. Farklı sektörlerde güncel teknolojinin vazgeçilmez malzemelerinden
biri olarak görülen fiber takviyeli kompozit malzemelerin işlenmesi diğer
malzemelere oranla daha zordur. Bu durum kesici takımlar açısından çok seçici
olmayı gerektirir. Bu çalışmada, Karbon Fiber Takviyeli Kompozit (KFTK)
malzemelerin işlenmesinde yaşanan güçlükleri ve özellikle de katmanlı/laminer
yapıdaki levhalarda katman kalkması (delaminasyon) problemini bertaraf
edebilecek özgün PCD kesici takım tasarımı yapılmıştır. Bu takımlar ile Karbon
Fiber Takviyeli Kompozit malzemelerin frezelenmesinde meydana gelen
delaminasyon ve kesme kuvvetleri araştırılmıştır. Kesme parametreleri olarak
350, 400 ve 450m/min kesme hız ve 1270 mm/min sabit ilerleme miktarı
seçilmiştir. Deneyler sonucunda en iyi performansı tasarımı ve üretimi
gerçekleştirilen ve 1 numara ile kodlanan kesici takımın gösterdiği
görülmüştür. Artan kesme hızının hasarı ve kesme kuvvetlerini olumlu yönde
etkilediği görülmüştür. Ayrıca regresyon analizi sonrasında elde edilen ANOVA
istatistiklerine göre hasar ve kesme kuvvetleri açısından etkili olan
parametreler tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Karbon Fiber Takviyeli Kompozit, Frezeleme, Delaminasyon, PCD, ANOVA

Kaynakça

• [1] Eren Y., Kompozit Yapıların Darbe Etkilerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya, 2007.
• [2] Tolun C., Dikdörtgen Elasto-Plastik Kompozit Plakların Dinamik Analizi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2008.
• [3] Karnik S.R., Gaitonde V.N., Campos Rubio J., Esteves Correia A., Abrão A.M., Paulo D. J., Delamination analysis in high speed drilling of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using artificial neural network model, Materials and Design, 29 (9), 1768-1776, 2008.
• [4] Gaitonde V. N., Karnik S. R., Rubio J. C., Correia A. E., Abrao A. M., Davim J. P., Analysis of parametric influence on delamination in high-speed drilling of carbon fiber reinforced plastic composites. Journal of materials Processing Technology, 203(1), 431-438, 2008.
• [5] Shyha I.S., Aspinwall D.K., Soo S.L., Bradley S., Drill geometry and operating effects when cutting small diameter holes in CFRP, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49 (12-13), 1008-1014, 2009.
• [6] Davim J.P., Rubio J.C., Abrao A.M., A novel approach based on digital ımage analysis to evaluate the delamination factor after drilling composite laminates, Composite Science and Technology, 67 (9), 1939-1945, 2007.
• [7] Gaitonde V. N., Karnik S. R., Campos Rubio J., Esteves Correia A., Abrao A. M., Analysis of parametric influence on delamination in high speed drilling of carbon fiber reinforced plastic composites, Journal of Materials Processing Technology, 203 (1-3), 431-438, 2008.
• [8] Tsao C. C., Hocheng H., Computerized tomography and C- Scan for measuring delamination in the drilling of composite materials using various drills, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 45 (11), 1282-1287, 2005.
• [9] Chen W. C., Some experimental investigations in the drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composite laminates, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 37 (8), 1097-1108, 1997.
• [10] Robert V., Lukas S., Friedrich K., Konrad W., Influence of fibre orientation, tool geometry and process parameters on surface quality in milling of CFRP, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 18, 1875–91, 2017.
• [11] Henerichs M., Woβ F., Wegener K., Machining of carbon fiber reinforced plastics: Influence of tool geometry and fiber orientation on the machining forces, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 9, 136-145, 2015.
• [11] Maegaea S., Morikawa Y., Hayakawa S., Itoigawa F., Mechanism for changes in cutting forces for down-milling of unidirectional carbon fiber reinforced polymer laminates: Modeling and experimentation, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 100, 7-13, 2015.
• [12] Hintze W., Cordes M., Koerkel G., Influence of weave structure on delamination when milling CFRP, Journal of Materials Processing Technology, 216, 199-205, 2015.
• [13] Akira H., Naoya H., Takashi U., Tatsuaki F., High-quality machining of CFRP with high helix endmill, Manufacturing Technology, 63 (1), 89-92, 2014.[14] Bayraktar Ş., Turgut Y., Investigation of cutting forces and surface roughness in milling of carbon fiber reinforced polymer composite material, Materiali in Tehnologije / Materials and Technology, 50(4), 591-600, 2016.
• [15] Jenarthanan M. P., Jeyapaul R., Machinability study of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) composites using design of experiment technique, Pigment and Resin Technology, 43 (1), 35-44, 2013.
• [16] Rusinek R., Cutting process of composite materials:An experimental study, International Journal of Non-Linear Mechanics, 45 (4), 458-462, 2010[17] Çavuş Y., Karbon Fiber Takviyeli Kompozit (KFTK) Malzemelerin Alışılmış Takımlarla İşlenebilirliği, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2015.
• [18] Slamani M., Gauthier S., Chatelain J. F., A study of the combined effects of machining parameters on cutting force components during high speed robotic trimming of CFRPs, Measurement, 59, 268-283, 2015.
• [19] Feito N., Diaz-Álvarez J., López-Puente J., Miguelez M. H., Numerical analysis of the influence of tool wear and special cutting geometry when drilling woven CFRPs, Composite Structures, 138, 285-294, 2016.
• [20] Feito N., Díaz-Álvarez J., Díaz-Álvarez A., Cantero J. L., López-Puente J., Miguelez H., Influence of Tool Geometry in Drilling CFRP, ECCM16 - 16TH European Conference On Composite Materials, Seville, Spain, 1-8, 22-26 June, 2014.