Farklı fiber yönlerinde üretilen epoksi polimer matrisli karbon elyaf takviyeli kompozit borularda işlenebilirliğin araştırılması
Investigation of machinability in carbon fiber reinforced composite pipes with epoxy polymer matrix produced in different fiber directions
Yazar: MERVE ARICI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT KILINÇEL ; DOÇ. DR. ŞENOL ŞİRİN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmalat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde özellikle gelişen batarya sistemlerinin daha verimli kullanılabilmesi adına yüksek mukavemetli ve hafif malzemelerin arayışı hızla devam etmektedir. Bu nedenle kompozit malzemeler daha fazla ilgi görmektedir. Kompozit malzemeler iki veya daha fazla malzemeden elde edilir ve bu malzemelerin üstün özelliklerini içerirler. Fiber takviye plastikler (FRP), önemli miktarda yüksek teknoloji uygulamalarında kullanılmaktadır. Örneğin denizcilik, havacılık, motor sporları, enerji ve savunma sanayisinde kullanılmaktadır. Ancak yine de uzun üretim süreleri, yüksek üretim maliyetleri ve karmaşık geometrilerdeki zorluklar gibi üstesinden gelinmesi gereken bazı zorlukları bulunmaktadır. Formlu geometrilerde ürün elde etmek için filament sarma, pultrüzyon ve vakum torbalama gibi çeşitli üretim yöntemleri mevcut olmasına rağmen, kalıp üzerine elle yatırma yöntemi, yüksek mukavemetli malzemeleri geliştirmek için en verimli yöntemdir. Tez çalışmasında karbon fiber ve polimer matris çalışılmıştır. CFRP boruların üretim yöntemlerinde yüzey hassasiyeti düşük olduğundan üretim sonunda yüzey kalitesi işlemlerine gerek duyulmaktadır. Bu işlemler göz önünde bulundurularak CFRP borular için torna işleme süreci bu çalışmada deneysel olarak incelenmiştir. Bu çalışmada karbon fiber/epoksi kompozit boruların imalatında tek yönlü fiber doğrultusunda (UD) elyaf kullanılarak, uygulamaya yönelik kullanımı için 0, 45, 90° arası açılarda sarım gerçekleştirilerek ürünler elde edilmiştir. Üretilen numuneler bilgisayarlı sayısal kontrollü (CNC) torna tezgâhında üç farklı kesme hızı, üç farklı ilerleme hızı ve sabit kesme derinliğinde tornalama işlemine tabi tutulmuştur. Tornalama işlemi sonrası; yüzey pürüzlülüğü, kesme sıcaklığı ve takım aşınması parametreleri incelenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda en yüksek yüzey pürüzlülüğü değerine 90⁰ sarım açısı ve 120 m/dak kesme hızında en düşük ise 45⁰ sarım açısı 160 m/dak kesme hızında ulaşılmıştır. Kesme sıcaklığında ise kesme hızı arttıkça kesme sıcaklığında da artış gözlemlenmiştir.

Abstract:
Today, the search for high-strength and lightweight materials continues rapidly, especially to use the developing battery systems more efficiently. For this reason, composite materials are attracting more attention. Composite materials are obtained from two or more materials and contain the superior properties of these materials. Fiber reinforcement plastics (FRP) are used in a significant number of high-tech applications. For example, it is used in the maritime, aviation, motor sports, energy, and defense industries. However, some challenges remain to be overcome, such as long production times, high production costs, and difficulties in complex geometries. Although various production methods such as filament winding, pultrusion, and vacuum bagging are available to obtain products in shaped geometries, the hand lay-on-die method is the most efficient method for developing high-strength materials. In the thesis study, carbon fiber and polymer matrix were studied. Since surface sensitivity is low in the production methods of CFRP pipes, surface quality treatments are required at the end of production. Considering these processes, the turning machining process for CFRP pipes has been experimentally investigated in this study. In this study, products were obtained by using unidirectional fiber direction (UD) fiber in the manufacture of carbon fiber/epoxy composite pipes; and by winding at angles between 0, 45, and 90° for application-oriented use. The produced samples were turned at three different cutting speeds, three different feed rates, and constant cutting depth on a computer numerically controlled (CNC) lathe. After the turning process, surface roughness, cutting temperature, and tool wear parameters were investigated. As a result of the experimental studies, the highest surface roughness value was reached at 90⁰ wrap angle and 120 m/min cutting speed, and the lowest was reached at 45⁰ wrap angle and 160 m/min cutting speed. As for the cutting temperature, it was observed that as the cutting speed increased, the cutting temperature also increased.