Polimer matrisli kompozitlerin aşındırıcılı su jeti ile kesilmesi
Cutting of polymer matrix composites by abrasive water jet
Yazar: MUSTAFA ARMAĞAN
Danışman: DOÇ. DR. AZİZ ARMAĞAN ARICI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Uzay, havacılık, savunma, otomotiv ve denizcilik sanayilerinde polimer matrisli kompozit malzemelerin kullanımı gittikçe artmaktadır. Bu tür malzemelerin işlenebilmesinde geleneksel olmayan bir malzeme işleme yöntemi olan aşındırıcılı su jeti (ASJ) önemli yer tutmaktadır. 

Bu çalışmada, cam fiber takviyeli vinil ester kompozit levhalar çeşitli ASJ kesme parametrelerinde Taguchi deney düzenine göre kesilmiştir. Taguchi deney düzenine göre, deneysel parametreler standoff mesafesi, aşındırıcı kütle akışı hızı, ilerleme hızı, basınç ve malzeme kalınlığı olacak şekilde üçer seviyede belirlenmiştir. Kesme performansını anlamak için üst kerf genişliği ve yüzey pürüzlülükleri incelenmiştir. Üst kerf genişliği optik mikroskop, yüzey pürüzlülükleri ise optik profilometri cihazı ile incelenmiştir. Lineer regresyon modelleri eşliğinde ANOVA analizi yapılarak tüm performans parametrelerinin ana etkileri gösterilmiştir. Tüm test sonuçlarına göre standoff mesafesi en etkin deney parametresi bulunmuştur. Optimum deney parametrelerinin seviyeleri belirlenmiş ve bu parametrelerin seviyelerine göre deneyler yapılmıştır. Tahmini model oluşturulmuş ve optimum deney parametrelerinin seviyelerine göre deneysel ve tahmini sonuçların karşılaştırılmasıyla doğrulamaları yapılmıştır. 

Sonraki aşamada, ASJ nozuluna eğim verilerek eğim açısının kerf yüzeyine etkisi araştırılmıştır. Kesilme yüzeyi optik profilometri ile tamamen taranmış ve yüzey pürüzlükleri incelenmiştir. Tüm testlerde 87,5° ve 82,5° nozul eğim açılarının yüzey pürüzlülüklerine olumlu etkileri bulunmuştur.

Kerf kesiti boyunca aşındırıcılı su jetinin davranışları optik mikroskop ile incelenmiş ve kerf yüzeylerindeki kesme performanslarının parametre ile seviyelerine göre etkileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) aracılığıyla incelenmiştir. 

Sonuç olarak cam fiber takviyeli vinil ester kompozit levhaların ASJ kesme performansları incelenmiş, optimum parametreler belirlenerek eğimli kesim ile performansları geliştirilmiştir.

Abstract:
The use of polymer matrix composite materials in 	aerospace, aviation, defense, automotive and marine industries is more and more increasing. Abrasive water jet (AWJ), which is a non-traditional material machining method, has an important place in the machining of such materials.

In this study, glass fiber reinforced vinyl ester composite plates were cut according to the Taguchi experimental design in various AWJ cutting parameters. According to Taguchi experimental design, the experimental parameters are standoff distance, abrasive mass flow rate, traverse rate, pressure and material thickness, which are determined at three levels. Top kerf width and surface roughnesses are examined to understand the cutting performance. Top kerf width was examined by optical microscope and surface roughness was examined by optical profilometer. ANOVA analysis was performed in accompanied by linear regression models and the main effects of all performance parameters were showed. According to all test results, the most effective test parameter of standoff distance was found. The levels of the optimum experimental parameters were determined and experiments were carried out according to the levels of these parameters. A predictive model was created. According to the levels of the optimum test parameters experimental and predicted results were compared and verifications were made.

In the next stage, AWJ nozzle slope was given and the effect of different slope angles on the surface of the kerf was investigated. The cutting surface was completely scanned with optical profilometer and surface roughness was investigated. In all tests were showed positive effects on the surface roughness of 87.5° and 82.5° nozzle slope angles. 

Behaviors of the AWJ along kerf section were investigated by optical microscope. The effects of cutting performance on the kerf surfaces according to parameter and their levels was investigated by scanning electron microscopy (SEM).

As a result, ASJ cutting performances of glass fiber reinforced vinyl ester composite plates were investigated, optimum parameters were determined and it was improved their performance with sloping cut.