Aşındırıcılı su jeti ile karbon fiber takviyeli plastik (CFRP) kompozit malzemenin delinmesi ve kesilmesi

Abstract

Bu çalışmada; Karbon Fiber Takviyeli Plastik (CFRP) kompozit malzemelerin modernimalat yöntemlerinden olan Aşındırıcılı Su Jeti (ASJ) ile delinmesi ve kesilmesiaraştırılmıştır. CFRP kompozit malzemenin delinmesi veya dairesel kesilmesiişlemleri esnasında oluşan, fiber kopması, reçine-fiber ayrılması, gerilmeyoğunlaşması, mikro çatlaklar ve delik bölgesinde deformasyon gibi hasarlarınoluşmaması için işleme parametrelerinin optimum olanının tespit edilmesiamaçlanmıştır. Çalışmada; uzay ve havacılık endüstrisinde kullanılan [0°/90°]s,[+45°/-45°]s, [0°/45°/90°/-45°]s fiber oryantasyon açılarında (FOA) üretilmiş olan 6adet CFRP kompozit malzeme kullanılmıştır. Deneylerde işleme parametresi olarak;dört farklı su basıncı (3600, 4300, 4800 ve 5300 bar), nozul ilerleme hızı (750, 1500,2000 ve 3000 mm/dak), nozul yaklaşma mesafesi (1, 2, 3 ve 4 mm) ve delik çapı (8,10, 12 ve 14 mm) kullanılmıştır. Delme işlemi öncesinde CFRP kompozitmalzemelerde oluşabilecek hasarları minimum değere indirebilmek için plakaların üçtanesine pilot delikler (Ø 5,5 mm) açılmıştır. CFRP kompozit malzemelerin ASJ iledelinmesi sonucunda iş parçası üzerinde meydana gelen delaminasyon faktörü (Fd),kerf açısı (T), dairesellik hatası ve ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) değerleri analizedilmiştir. Delaminasyon faktörü, kerf açısı, dairesellik hatası ve ortalama yüzeypürüzlülüğü Minitab 17.0 paket programı kullanılarak Taguchi analizi ile yapılmıştır.Genel olarak; delaminasyon faktörü, kerf açısı, dairesellik hatası ve ortalama yüzeypürüzlülüğü değerlerinin en düşük değerleri, yüksek su basıncı ve düşük nozulyaklaşma mesafesinde, en yüksek değerler ise; düşük su basıncı ve yüksek nozulyaklaşma mesafesinde elde edilmiştir. Ayrıca; en düşük değerlerin pilot delik açılanmalzemelerde elde edilmesinden dolayı bu yöntemin başarıyla sonuçlandığı tespitedilmiştir. En düşük delaminasyon faktörü (1,021) pilot delik delinmiş [+45°/-45°]sFOA'daki malzemede, en yüksek delaminasyon faktörü (1,572) ise; [+45°/-45°]sFOA'daki malzemede elde edilmiştir. En düşük kerf açısı (0,870º), pilot delik delinmiş[0°/45°/90°/-45°]s FOA'daki malzemede, en yüksek kerf açısı (3,337º) değeri ise;[+45°/-45°]s FOA'daki malzemede elde edilmiştir. En düşük dairesellik hatası (0,618mm), pilot delik delinmiş [0°/45°/90°/-45°]s FOA'daki malzemede, en yüksekdairesellik hatası (1,902 mm) ise; [+45°/-45°]s FOA'daki malzemede elde edilmiştir.En düşük ortalama yüzey pürüzlülüğü (0,580 µm) değeri; pilot delik delinmiş[0°/45°/90°/-45°]s FOA'daki malzemede, en yüksek ortalama yüzey pürüzlülüğü(2,708 µm) değeri ise; [+45°/-45°]s FOA'daki malzemede elde edilmiştir. Bunailaveten; işleme parametrelerinin etki derecelerini belirlemek için varyans analizi(ANOVA) uygulanmıştır. Ele alınan tüm malzemelerde; delaminasyon faktörü, kerfaçısı, dairesellik hatası, ortalama yüzey pürüzlülüğü üzerinde su basıncı ve nozulyaklaşma mesafesinin etkili olduğu, delik çapı ve nozul ilerleme hızının daha az etkiliolduğu sonucuna varılmıştır.Anahtar Sözcükler : Karbon fiber takviyeli plastik (CFRP) kompozit, aşındırıcılı sujeti (ASJ), işleme (delme, kesme), yüzey pürüzlülüğü,delaminasyon.

In this study; Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composite materials havebeen investigated by using Abrasive Water Jet (AWJ), one of the modernmanufacturing methods, for drilling and cutting. It is aimed to determine the optimummachining parameters in order to prevent damages such as fiber breakage, resin-fiberseparation, stress condensation, micro cracks and deformation in the hole region,which occur during drilling or circular cutting of CFRP composite material. In theexperiments, four different water pressures (3600, 4300, 4800 and 5300 bar), nozzlefeed rate (750, 1500, 2000 and 3000 mm/min), stand-off distance (1, 2, 3 and 4 mm)and hole diameter (8, 10, 12 and 14 mm) were used. Pilot holes (Ø 5,5 mm) weredrilled in three of the plates to reduce damages to CFRP composite materials prior todrilling. As a result of drilling of CFRP composite materials with AWJ; delaminationfactor (Fd), kerf angle (T), circularity error and average surface roughness (Ra) wereevaluated on the workpiece. Analysis of the AWJ machining parameters for the meanvalues of delamination factor, kerf angle, circularity error and average surfaceroughness were done by Taguchi analysis using Minitab 17.0 program. Generally; thelowest values for delamination factor, kerf angle, circularity error and average surfaceroughness were obtained at high water pressure and low stand-off distance. Also; ithas been found that this method has been successfully accomplished since the lowestvalues are obtained in pilot drilled materials. The highest values were obtained withlow water pressure and high stand-off distance. The lowest delamination factor (1,021)value was obtained in the [+45°/-45°]s FOA's material (pilot hole drilled), and thehighest delamination factor (1,572) value was obtained [+45°/-45°]s FOA's material.The lowest kerf angle (0,870º) value was obtained in the [0°/45°/90°/-45°]s FOA'smaterial (pilot hole drilled), and the highest kerf angle (3,337º) value was obtained inthe [+45°/-45°]s FOA's material. The lowest circularity error (0,618 mm), value wasobtained in the [0°/45°/90°/-45°]s FOA's material (pilot hole drilled), and the highestcircularity error (1,902 mm) was obtained in the [+45°/-45°]s FOA's material. Thelowest average surface roughness (0,580 µm) value was obtained in the [0°/45°/90°/-45°]s FOA's material (pilot hole drilled) and the highest average surface roughness(2,708 µm) value was obtained in the [+45°/-45°] FOA's material. In addition, varianceanalysis (ANOVA) was applied to determine the effect levels of the processingparameters. In all materials; while water pressure and stand-off distance are effectiveon average surface roughness, delamination factor, kerf angle, circularity error; thehole diameter and nozzle feed rate are less effective.Key Word : Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) Composite, Abrasive WaterJet (AWJ), machining (drilling, cutting), surface roughness,delamination.