Karbon fiber takviyeli kompozit malzemelerinin işlenmesi için kesici takım tasarımı, üretimi ve performansının değerlendirilmesi
Cutting tool design, production and evaluation of performance for machining of carbon fiber reinforced composites
Yazar: SELÇUK YAĞMUR
Danışman: PROF. DR. ULVİ ŞEKER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Havacılık ve otomotiv endüstrilerinde kullanılan kompozitler çoğunlukla karbon fiber ile takviye edilmiş epoksi veya vinil esterden üretilmektedir ve bu kompozit malzemelerin işlenmesi diğer malzemelere oranla daha zordur. 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 takımların üretimi gerçekleştirilerek havacılık sektöründe yaygın olarak kullanılan haliyle üretilmiş olan KFTK malzemeler üzerinde, geliştirilen takımların performansları araştırılmıştır. Deneylerde çalışmada kapsamında tasarımı ve üretimi yapılan üç farklı geometride PCD parmak frezeler kullanılmıştır. Deneyler CNC dik işleme merkezinde yapılmıştır. Tasarımı ve üretimi yapılan 1 numaralı takımın birinci boşluk açısı 8o, ikinci boşluk açısı 17o dir. 2 numaralı takımın takımın birinci boşluk açısı 11o, ikinci boşluk açısı 20o ve 3 numaralı takımın birinci boşluk açısı 13o, ikinci boşluk açısı 25o dir.  Takımların üç kesici ağzından biri sağ biri sol helis açısına sahipken üçüncü kenarın,  radyal ilerleme ve merkezi kesme etkisini sağlamak amacıyla, düz olarak imal edilmiştir. Kesme parametreleri olarak 350, 400 ve 450m/dak kesme hız ve 1270 mm/dak sabit ilerleme miktarı seçilmiştir. Deneyler sonucunda en iyi performansı 1 numaralı kesici takımın gösterdiği görülmüştür. Artan kesme hızının kesme kuvvetleri, delaminasyon genişliğive yüzey pürüzlülüğünü olumlu yönde etkilediği bununla birlikte takım aşınmasını arttırdığı görülmüştür. Ayrıca regresyon analizi sonrasında elde edilen ANOVA istatistiklerine göre yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvveti, delaminasyon genişliği ve takım aşınmasında etkili olan parametreler tespit edilmiştir.

Abstract:
Composite materials, used in aviation and automotive industries, are usually produced from carbon fiber reinforced epoxy or vinyl esters. Machining these composite materials is harder than machining the other materials. In this study, a unique PCD cutting tool design was devised which is capable of eliminating the encountered difficulties, especially the exfoliation (delamination) problem on laminated/laminar formed composite board during machining carbon fiber reinforced composite (CFRC) materials. After manufacturing the cutting tools, the tools's performances were tested on CFRC materials. The designed and producted PCD end mills had 3 different geometries. The tests were conducted on CNC vertical machining center. The first tool's first clearance angle is 8o and second clearance angle is 17o. The second tool's first clearance angle is 11o and second clearance angle is 20o. The third tool's first clearance angle is 13o and second clearance angle is 25o. One of the three cutting edges has left helix angle, another cutting edge has right helix angle and the other cutting edge has no angle for easing the penetration. 350, 400, 450 m/min cutting speeds and 1270 mm/min constant feed rate were selected as cutting parameters. The first tool showed the best performance in consequence of the tests. Increasing cutting speed influences the cutting forces, delamination width and surface roughness posivitely. Besides, the effective parameters on surface roughness, cutting forces, delamination width and tool wear were determined according to the obtained ANOVA statistics after the regression analysis.