Correlation between cutting parameters, tool geometry and particulate size distribution in the trimming of CFRP composites
CFRP kompozitlerin düzeltilmesinde kesme parametreleri, takım geometrisi ve partikül boyutu dağılımı arasındaki ilişki
- Tez No: 914502
- Danışmanlar: DR. CHRİSTOPHE PİNNA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The University of Sheffield
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
Son yıllarda, karbon elyaf takviyeli plastik (CFRP) kompozitlerin işlenmesi, havacılık ve otomotiv endüstrileri için özel bir ilgi alanı olmuştur. Bunun nedeni, CFRP'lerin mukavemet-ağırlık ve sertlik-ağırlık oranları nedeniyle yakıt tüketim oranlarında önemli düşüşler sağlamasıdır. CFRP parçaların finiş işlemesinde, frezeleme yoluyla kenar düzeltme, ıslak veya kuru koşullarda yüzey kalitesi ve boyut gereksinimlerinin karşılanmasını sağladığı için uygulamada yaygın bir yöntemdir. Metalin genellikle kesme bölgesi üzerinde sürekli olarak aktığı varsayılan metal kesme durumundan farklı olarak, CFRP kesmede talaş oluşumu liflerde ve matriste bir dizi kırılgan kırılmadan oluşur ve bu nedenle sonunda toz üretir. CFRP işlemede oluşan toz elektriksel olarak iletkendir ve rahatsız edici bir partikül olarak kategorize edilir. Bu çalışma, kesici takım geometrisinin ve kesme parametrelerinin CFRP düzeltme işleminde toz oluşumu ve boyutu üzerindeki etkisini araştırmayı amaçlamaktadır. Farklı kesme koşullarında bir dizi düzeltme denemesi tasarlanmış ve kesme bölgesinin termal görüntülerinin termografi kamerası ile yakalandığı üç farklı takımla gerçekleştirilmiştir. Deneylerden takım geometrisinin, kesme hızının ve kesme yönünün sıcaklık değişimi üzerinde büyük etkisi olduğu gözlemlenmiştir. Düşük hızlarda aşağı frezeleme, talaş kalınlığının maksimumdan minimuma değişimi ve daha az sürtünme nedeniyle en az sıcaklığı üretti. Toplanan toz örneklerinin partikül dağılımı taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve lazer difraksiyon analizi ile incelenmiştir. Sonuçlar daha sonra Varyans Analizi (ANOVA) ile istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Hem SEM hem de lazer difraksiyon analizi için parçacık boyutu dağılımının kesme hızı ve takım geometrisine göre önemli ölçüde değiştiği bulunmuştur. Lazer difraksiyon analizi, kesme yönünün parçacık boyutu dağılımı üzerinde ihmal edilebilir bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, üç tip takım için lazer difraksiyon analizlerinde parçacık çapı yüksek kesme hızı ile artmaktadır. Tersine, SEM analizinde partikül boyutu, sıkıştırmalı freze ve düşük helis-9 dişli takımlar için yüksek kesme hızıyla azalır. Görüntüleme yöntemi için bireysel partikül parametrelerinin ölçüm tekniği, enstrümantal yöntemden biraz farklıdır. Dolayısıyla, bu durum sonuçlar arasında küçük farklılıklara neden olabilir. İnsan sağlığı ve güvenliği yönetmelikleri (işyeri atmosferleri standartları) nedeniyle potansiyel bir tehlike mevcuttur; tüm aletlerde ve çeşitli kesme koşullarında büyük miktarda ince partikül üretimi yaygındır.
Özet (Çeviri)
In recent years, machining of carbon fibre reinforced plastic (CFRP) composites has been of particular interest to the aerospace and automotive industries. This is because CFRP's provides significant reductions in fuel consumption rates due to their strength-to-weight and stiffness-to-weight ratios. In finish machining of CFRP parts, edge trimming by milling is a common method in practice as it enables surface quality and dimension requirements to be met, either in wet or dry conditions. Unlike in the case of metal cutting, in which metal is generally assumed to continuously flow over the shear zone, chip formation in CFRP cutting consists of a set of brittle fractures in fibres and matrix and therefore eventually produces dust. The dust formed in CFRP machining is electrically conductive and categorised as a nuisance particulate. This paper aims to investigate the effect of cutting tool geometry and cutting parameters on the formation and size of the dust in CFRP trimming. A set of trimming trials were designed at different cutting conditions and conducted with three different tools in which thermal images of the cutting zone were captured by thermography camera. It was observed from the experiments that the tool geometry, cutting speed and cutting direction have a great effect on the temperature variance. Down-milling at low speeds produced the least temperature due to the maximum to minimum variation of the chip thickness and less friction. The particle distribution of collected dust samples was investigated by scanning electron microscopy (SEM) and laser diffraction. The results were then statistically analysed through Analysis of Variance (ANOVA). It was found that the distribution of particle size varied significantly to the cutting speed and tool geometry for both SEM and laser diffraction analyses. Laser diffraction study showed that the cutting direction had a negligible impact on the particle size distribution. In addition, the diameter of the particle increases with high cutting speed in laser diffraction analyses for three types of tools. Conversely, in the SEM analysis the particle size reduces with high cutting speed for compression router and low helix-9 tooth tools. The measurement technique of the individual particle parameters for imaging method is slightly different than instrumental method. Therefore, this may cause slight differences between the results. There exists a potential danger due to the human health and safety regulations (standards of workplace atmospheres); a great amount of fine particle production is prevalent among all tools and in various cutting conditions.
Benzer Tezler
- Investigation of vibrations created during TBM excavation and rock cutting
TBM kazısı ve kaya kesme deneyleri sırasında oluşan titreşimlerin incelenmesi
UĞUR ATEŞ
Doktora
İngilizce
2024
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANİFİ ÇOPUR
- CAM sistemlerinin, CNC takım tezgahlarına uygulanması ve postprocessor hazırlanması
Applications of CAM (Computer aided manufacturing) systems for CNC machining tools and developing of postprocessor
ERDAL GAMSIZ
- Deney tasarımı yöntemlerinin karşılaştırmalı kullanımı ile sert seramik kaplı matkap uçlarının performans değerlendirmesi ve optimizasyonu
Comparative analysis of design of experiment techniques on the performance evaluation and optimization of hard ceramic coated driil bits
METİN SAVAŞKAN
Doktora
Türkçe
2003
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ TAPTIK
- Yüksek alaşımlı ve paslanmaz çeliklerin sert plaketli takımlarla tornalama prosesinin kesme kuvvetleri, kesme gücü ve özgül kesme enerjisi bakımından incelenmesi
Başlık çevirisi yok
BAKHYT ABADYKOV
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA AKKURT