Bazalt elyaf takviyeli nanokompozit malzemelerin delmeişlemlerinde takım ucu geometrisinin etkisinin araştırılması
Drilling of basalt fiber reinforced nanocomposite materialsinvestigation of the effect of tool nose geometry on operations
Yazar: MEHMET KASTA
Danışman: DOÇ. DR. HALİL BURAK KAYBAL
Amasya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kompozit malzemeler, dayanıklılık, hafiflik ve geliştirilebilir özelliklerin kombinasyonuyla birçok endüstride yaygın olarak kullanılan son derece değerli malzemelerdir. Bu malzemeler, farklı bileşenlerin bir araya getirilmesiyle oluşturulduklarından, geleneksel metallerden farklı şekilde işlenmeleri gerekebilir. Bu noktada, kompozit malzemelerin delik delme işlemleri, büyük önem taşır. Kompozit malzemelerin delik delme işlemleri, çeşitli zorluklar ve dikkate alınması gereken faktörlerle doludur. Birincil hedef, istenen boyuta ve özelliklere sahip bir deliği hassas ve etkili bir şekilde oluşturmaktır. Ancak, kompozit malzemelerin yapısı ve özellikleri nedeniyle delik delme işlemi sırasında dikkate alınması gereken bazı özel hususlar vardır. Kompozit malzemelerin doğası gereği lifli bir yapıya sahip olmaları ve farklı takviye malzemeleri içermeleri nedeniyle, delik delme işlemi sırasında çatlak oluşumu veya takviye malzemesinin zarar görmesi gibi sorunlar ortaya çıkabilir. Bu nedenle, delik delme işlemi için uygun yöntemler, aletler ve parametrelerin seçimi büyük önem taşır. Diğer yandan, nanoteknolojinin hayatımıza girmesi kompozit malzemeler için de yeni kapıların açılmasına sebep olmuştur. Yapılan çalışmalarda, nano takviyesi ile kompozit malzemenin birçok özelliğini geliştirerek daha güçlü, dayanıklı, termal olarak yönetilebilir ve özelleştirilebilir bir malzeme haline gelebileceğini göstermektedir. Bu avantajlar, farklı endüstrilerde kullanılan birçok uygulama alanında önemli katkılar sağlayabilir. Bununla birlikte kompozit malzemelerin delik delme proseslerinde çatlak oluşumunun azaltılması, aşınma direncinin arttırılması ve termal iletkenliğin arttırılması gibi önemli etkileri olduğu bilinmektedir. Yapılan bu tez çalışmasında, delme parametrelerinin incelenmesi adına el yatırma ve vakum kalıplama yöntemi bazalt elyaf takviyeli epoksi polimer matrisli kompozit (BFTK) plakalar üretilmiştir. Delme parametrelerine bağlı olarak ortaya çıkabilecek istenmeye hasarlar minimize etmek veya ortadan kaldırmak için matris malzemesi, halloysite nanotüp (HNT) ile modifiye edilmiş ve bazalt fiber takviyeli nanokompozit (BFTnK) malzemelerin üretimi de gerçekleştirilmiştir. Kompozit malzemelerin delik delme işlemleri için standart ve özel talaş kırıcılı tasarıma sahip karbür matkap uçlar kullanılmıştır. Ayrıca, delik delme işlemlerinde kesme parametreleri olarak, 0,005, 0,05 ve 0,1 mm/dev ilerleme oranları, 50, 75, 100 m/dk kesme hızları kullanılmıştır. Çalışmada bazalt elyaf takviyeli epoksi polimer matrisli kompozit plakanın delinmesinde hem özel takım ucunun hem de nano modifikasyonunun itme kuvvetine, delaminasyon faktörüne ve delik yüzey pürüzlülüğüne etkisi incelenmiştir. Dahası, delme işlemi sonrasında, delik yüzeylerindeki hasar gelişimleri optik ve taramalı elektron mikroskopu (SEM) yardımıyla incelenmiştir.

Abstract:
Composite materials are highly valuable materials widely used in many industries due to their combination of strength, lightweight, and special properties. Since these materials are formed by combining different components, they may require different processing methods than traditional metals or single materials. At this point, drilling processes in composite materials are of great importance. Drilling processes in composite materials are filled with various challenges and factors to be considered. The primary goal is to create a hole with the desired dimensions and properties in a precise and effective manner. However, the structure and properties of composite materials are different from traditional metals, and there are certain special considerations to be taken into account during the drilling process. Due to the fibrous nature and the inclusion of different reinforcement materials, problems such as crack formation or damage to the reinforcement material may occur during the drilling process. Therefore, the selection of appropriate methods, tools, and parameters is of great importance for drilling operations. On the other hand, the introduction of nanotechnology into our lives has opened new doors for composite materials as well. In various studies, nano particle reinforcement can enhance many properties of composite materials, making them stronger, more durable, thermally manageable, and customizable. These advantages can contribute significantly to various application areas in different industries. Furthermore, it is known that reducing crack formation, increasing wear resistance, and enhancing thermal conductivity are important effects in the drilling processes of composite materials. In this thesis study, hand lay-up and vacuum infusion methods were employed to produce basalt fiber-reinforced epoxy polymer matrix composite (BFTK) plates for the investigation of drilling parameters. To minimize or eliminate potential undesired conditions arising from drilling parameters, the matrix material was modified with halloysite nanotubes (HNT) to produce basalt fiber-reinforced nanocomposite (BFTnK) material. Standard and specially designed carbide drill bits were used for hole drilling in composite materials. Additionally, cutting parameters of 0,005, 0,05, and 0,1 mm/rev feed rates, and 50, 75, 100 m/min cutting speeds were applied in hole drilling processes. The study examined the effect of both the special tool tip and nano-modification on thrust force, delamination factor, and hole surface roughness in the drilling of basalt fiber-reinforced epoxy polymer matrix composite plates. Furthermore, post-drilling damage development on hole surfaces was analyzed using optical and scanning electron microscopy (SEM).