Karbon fiber takviyeli polimer (KFTP) kompozit malzemelerin işlenmesinde oluşan kusurlar ve malzemenin mekanik özelliklerine etkilerinin analizi
Analysis of defects in machining of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite materials and their effects on mechanical properties
Yazar: ERKAN SAĞDIÇ
Danışman: PROF. DR. SERDAR SALMAN
Milli Savunma Üniversitesi / Alparslan Savunma Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Silah Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Karbon Fiber Takviyeli Polimer (KFTP) kompozit malzemeler homojen olmayan ve anizotropik yapıya sahip olmaları nedeniyle, kesme esnasında işleme yöntemine bağlı olarak elyaf kopması, delaminasyon, krater ve ısıdan etkilenmiş bölge gibi kusurlar ortaya çıkabilmektedir. Bu çalışmada; KFTP kompozit malzemelerin frezelenmesinde meydana gelen delaminasyon ve yüzey pürüzlülüğü kusurları ile bu kusurların malzemenin mekanik özelliklerine olan etkileri deneysel ve istatiksel olarak incelenmiştir. Deney tasarımında yanıt yüzeyi metodu (YYM) kullanılmıştır. Bu kapsamda KFTP kompozit malzemeler, iki farklı parametre (kesme hızı ve ilerleme miktarı) ve üçer farklı seviye (kesme hızı: 150, 200, 250 m/dak; ilerleme miktarı: 500, 1000, 1500 mm/dak) kullanılarak frezelenmiştir. İşleme sonucunda KFTP kompozit malzemelerde oluşan delaminasyon büyüklükleri optik mikroskop ile ölçülmüştür. Lokal delaminasyon hasarlarının incelenmesi maksadıyla taramalı elektron mikroskobu (Scanning Electron Microscop-SEM) görüntülerinden faydalanılmıştır. İşlenmiş yüzey kalitesini belirlemek maksadıyla, Mitutuyo SJ-410 portatif yüzey pürüzlülüğü test cihazı ile yüzey pürüzlülüğü ölçülmüştür. İşleme parametrelerine bağlı olarak farklı değerlerde hasara uğrayan KFTP kompozit malzemelerin ASTM standartlarına göre çekme mukavemetleri test edilmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen veriler, deneysel ve istatiksel olarak analiz edilmiş ve matematiksel modeller geliştirilmiştir. Sonuç olarak;  yüzey pürüzlülüğü ve delaminasyon büyüklüğünün artan ilerleme hızı ile artarken kesme hızının artması ile azaldığı, çekme mukavemetinin ilerleme hızının artmasıyla azalırken kesme hızının artmasına bağlı olarak olumlu yönde etkilendiği ve yanıt değerleri üzerindeki en etkili parametrenin ilerleme hızı olduğu görülmüştür.

Abstract:
Since CFRP composite materials are not homogeneous and have an anisotropic structure, defects such as fiber break, delamination, crater and heat affected zone may occur during cutting due to machining methods. In this study; defects such as delamination and surface roughness that occur in milling of CFRP composite materials and the effects of these failures on the mechanical properties of the material have been investigated experimentally and statistically. Response Surface Method (RSM) has been used in the design of the experiment. In this context, CFRP composite materials were milled using two different parameters (cutting speed and feed speed) and three different levels (cutting speed: 150,200 and 250 m/min; feed speed: 500, 1000, 1500 mm/min). Delamination sizes occurred in CFRP composite materials as a result of machining were measured with an optical microscope. Scanning Electron Microscop (SEM) images were used to examine local delamination damages. In order to determine the quality of the machined surface, the surface roughness of the samples were measured with the Mitutuyo SJ-410 portable surface roughness tester. Tensile strengths of CFRP composite materials, which were damaged at different levels depending on machining parameters, were tested according to ASTM standards. The resulting data obtained from the study were analyzed experimentally and statistically and mathematical models were developed. Consequently, it has been observed that surface roughness and delamination size increase with an increase in feed speed whereas they decrease with an increase in cutting speed; tensile strength decreases with an increase in feed speed while affected positively with an increase in cutting speed and the most effective parameter on response values is feed speed.