Karbon fiber takviyeli polimer kompozitlerin delinmesinde toz oluşumunun araştırılması
Investigation of dust formation in drilling of carbon fiber reinforced polymer composites
Yazar: GÖKHAN KAYABAŞI
Danışman: PROF. DR. UĞUR KÖKLÜ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials ; Kriyojenik yöntem = Cryogenic method

Özet:
Günümüzde karbon fiber takviyeli kompozit (KFTK) malzemelerin çeşitli amaçlarla kullanılmaları nedenleriyle delik delme, frezeleme ve tornalama gibi ikincil işlemlere gereksinim duyulmaktadır. Küçük bir uçakta bile 100000'den daha fazla delik olduğu düşünüldüğünde büyük bir uçağın imalat ve imalat sonrası montaj süreçlerinde milyonlarca delik delme işleminin gerektiği bilinmektedir. Bu malzemelerin delinmesi sonucu karşılaşılan en önemli problemlerden bir tanesi toz oluşumudur. Bu çalışmada, karbon fiber bir plakanın kuru ve kriyojenik kesme koşullarında 1000 ve 9000 dev/dk olmak üzere iki farklı fener mili hızlarında ve 250, 500 ve 750 mm/dk olmak üzere üç farklı ilerleme hızlarında üçer tekrarlı şekilde delinmesiyle oluşan itme kuvveti, toz oluşumu, delik çıkış hasarı (delaminasyon), delik içi yüzey pürüzlülüğü ve delik iç yüzeyinde oluşan hasarlar araştırılmıştır. Deney sonuçlarında; itme kuvveti, ilerleme hızının artışıyla artarken fener mili hızının artışıyla azalmaktadır. Yapılan deneylerde 1000 dev/dk fener mili hızında kriyojenik ortam koşullarında oluşan toz miktarının kuru ortam koşullarındaki toz miktarına göre daha az olduğu, fener mili hızının 9000 dev/dk olduğu durumda ise kriyojenik ortam koşullarında oluşan toz miktarının kuru ortam koşullarında oluşan toz miktarından çok daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Delaminasyon,  ilerleme hızının artışıyla artarken fener mili hızının artışıyla azalmaktadır. Yüzey pürüzlülüğü, ilerleme hızının artışıyla artarken fener mili hızının artışıyla azalmaktadır. Kriyojenik kesme koşullarında itme kuvveti ve delaminasyon kuru kesme koşullarına göre artarken yüzey pürüzlülüğü ise azalmaktadır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda genel olarak düşük kesme hızlarında ve yüksek ilerleme hızlarında toz oluşumunun düşük seviyelerde olduğu, ancak yüzey kalitesinin yüksek olması için de kompozit malzemenin yüksek kesme hızlarında ve düşük ilerleme hızlarında işlenmesi gerektiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, secondary processes such as drilling, milling and turning are needed due to the use of carbon fiber reinforced composite (CFTC) materials for various purposes. Considering that there are more than 100000 holes in even a small aircraft, it is known that millions of hole drilling operations are required in the manufacturing and post-production assembly processes of a large aircraft. One of the most important problems encountered as a result of the drilling of these materials is the formation of dust. In this study, a carbon fiber plate was drilled three times at two different spindle speeds (cutting speed) of 1000 and 9000 rpm in dry and cryogenic cutting conditions and at three different feed rates of 250, 500 and 750 mm/min. The thrust force, dust formation, hole exit damage (delamination), hole surface roughness and damage to the inside of the hole were investigated. In the experimental results; The thrust force increases with the increase of the feed rate and decreases with the increase of the spindle speed. In the experiments carried out, the amount of dust generated in cryogenic environment conditions at 1000 rpm spindle speed is less than the amount of dust in dry environment conditions, and in the case of a spindle speed of 9000 rpm, the amount of dust formed in cryogenic environment conditions is much higher than the amount of dust formed in dry environment conditions. While delamination increases with the increase of feed rate, it decreases with the increase of spindle speed. While the surface roughness increases with the increase of the feed rate, it decrease with the increase of the spindle speed. In cryogenic cutting conditions, thrust force and delamination increase compared to dry cutting conditions, while surface roughness decreases. As a result of the experimental studies, it has been observed that dust formation is generally at low levels at low cutting speeds and high feed rates, but the composite material must be processed at high cutting speeds and low feed rates in order to have a high surface quality.