Farklı istifleme sıralamaları ile üretilmiş metal ve elyaf takviyeli kompozitlerin işlenebilirliğinin araştırılması
Investigation of machinability of metal and fiber reinforced composites produced with different stacking orders
Yazar: MEHMET AKİF DOĞAN
Danışman: PROF. DR. AHMET YAPICI
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Lifli kompozitler = Fiber composites ; Tabakalı kompozit levhalar = Laminated composite plates ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Bu çalışmada, CFRP ve GFRP katmanlarından oluşan 5 farklı Al 2024/ FRP (12 kat)/ Al 2024 istifleme sıralamasına sahip hibrit FML kompozit levhalar vakum torbalama yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen bu malzemeler işlenebilirlik deneylerinde (matkapla konvansiyonel delme ve aşındırıcı su jeti ile delme) ve mekanik testlerde (çekme testi ve düşük hızlı darbe testi) kullanılmıştır. Matkapla konvansiyonel delme işleminde, 4 farklı (100, 200, 300 ve 400 mm/dk) ilerleme hızı ve 3 farklı (1500, 3000 ve 4500 rpm) kesme hızı kullanılmıştır. Delme esnasında 6 mm çapında tungsten karbür burgulu matkap kullanılmıştır. Tezgah üzerinde bulunan dinamometre ile kesme kuvveti ve tork değerleri belirlenmiştir. Mitutoya 2D profilometre ile yüzey pürüzlülük ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca, SEM analizi ile yüzey morfolojisi detaylı şekilde incelenmiştir. Aşındırıcı su jeti ile delme işleminde, 3 farklı (400, 600 ve 1000 mm/dk) ilerleme hızı kullanılmıştır. Meme çapı, kesme basıncı, aşındırıcı garnet miktarı ve nozül uzaklık mesafesi sabit tutulmuştur. Delme işlemi sonrasında, giriş-çıkış delik çapı, malzeme kalınlığındaki değişim, kerf açısı ve delik sapma oranı belirlenmiştir. Zygo optik profilometre ile yüzey pürüzlülüğü ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca SEM analizi ile delik içerisinde meydana gelen kusurlar detaylı şekilde gösterilmiştir. Her iki delme yönteminde ve mekanik testlerde istifleme sıralamasının etkisi kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir.  

Çalışmanın sonucunda, her iki işlenebilirlik yönteminde de istifleme sıralamasının önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. GFRP yapılarda, delik hasarlarının daha yoğun olduğu gözlemlenmiştir. En düşük yüzey pürüzlülük değerleri tamamen CFRP yapılı istiflerde ölçülmüştür. Hibrit kompoztilerde de genelliklle GFRP yapının yüzey pürüzlülüğünü artırdığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, hybrid FML composite laminates with 5 different Al 2024/ FRP (12 layers)/ Al
2024 stacking sequences consisting of CFRP and GFRP layers were produced by vacuum
bagging method. These materials were used in machinability tests (conventional drilling and
abrasive water jet drilling) and mechanical tests (tensile test and low speed impact test). In
conventional drilling, 4 different feed rates (100, 200, 300 and 400 mm/min) and 3 different
speeds (1500, 3000 and 4500 rpm) were used. A 6 mm diameter tungsten carbide twist drill
was used during drilling. Cutting force and torque values were determined with the
dynamometer on the bench. Surface roughness measurements were made with Mitutoya 2D
profilometer. In addition, the surface morphology was examined in detail by SEM analysis. In
the abrasive water jet drilling process, 3 different traverse speed (400, 600 and 1000 mm/min)
were used. Nozzle diameter, cutting pressure, amount of abrasive garnet and nozzle distance
were kept constant. After drilling, inlet and outlet hole diameter, change in material thickness,
kerf angle and hole deviation rate were determined. Surface roughness measurements were
made with a Zygo optical profilometer. In addition, the defects occurring in the hole were
shown in detail by SEM analysis. The effect of stacking sequence on both drilling methods and
mechanical tests was comprehensively evaluated.
As a result of the study, it was determined that the stacking sequence has a significant effect in
both machinability methods. Hole damage was observed to be more intense in GFRP
structures. The lowest surface roughness values were measured in stacks with fully CFRP
structures. In hybrid composites, it was generally found that the GFRP structure increased the
surface roughness.