بهینه سازی پارامترهای فرآیند فرزکاری مواد کامپوزیتی کربن/ اپوکسی با هدف کاهش زبری سطح

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 استاد، مهندسی مکانیک، پژوهشکده مهندسی کامپوزیت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

3 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

4 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

5 دانشجوی دکتری، مهندسی هوافضا، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

چکیده

امروزه کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف کربن در مقایسه با فلزات، با توجه به برخورداری از نسبت استحکام به وزن بالا، کاربرد گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف پیدا نموده است. ماشین‌کاری این مواد با توجه به ساختار غیر همگن آنها از پیچیدگی خاصی برخوردار است. با توجه به ضریب انبساط حرارتی متفاوت بین الیاف و رزین در کامپوزیت‌های پلیمری، فرزکاری این مواد یک عملیات پیچیده برای ایجاد قطعات نهایی می‌باشد. تحلیل و پیش‌بینی دقیق شرایط بهینه ماشین‌کاری با حداکثر راندمان، از اهداف این فرآیند محسوب می‌گردد. با گسترش تکنولوژی ماشین‌کاری CNC، کاهش زمان ماشین‌کاری از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از راه حل‌های کاهش زمان، تکنولوژی ماشین‌کاری با سرعت بالا می‌باشد. صفحه کامپوزیتی از جنس کربن/ اپوکسی به ضخامت 10 میلی‌متر، که در بدنه سازه‌های هوافضایی و موشک‌ها کاربرد دارد، به روش لایه چینی دستی ساخته شده است. پارامترهای برش برای فرآیند فرزکاری صفحه کامپوزیتی از سرعت اسپیندل 1000 تا 7000 دور بر دقیقه، نرخ پیشروی 1000 تا 3000 میلی‌متر بر دقیقه و عمق برش 1 تا 3 میلی‌متر هر کدام در پنج سطح مختلف، در نظر گرفته شد. پس از طراحی آزمایش با روش سطح پاسخ، 20 نمونه مورد ماشین‌کاری قرار گرفت. در این فرآیند، فرزکاری با ابزاری از جنس الماس با پوشش تنگستن کارباید و دارای دو لبه، انجام و سپس زبری سطوح اندازه‌گیری و نرخ برداشت ماده برای هر آزمایش ثبت شده و تحلیل‌های لازم انجام گرفت. سرعت اسپیندل بیشترین تأثیر را در زبری سطح داشت. نتیجه‌گیری نهایی بدین‌صورت بود که زبری سطح پایین تحت تأثیر پارامترهای برش درنتیجه سرعت اسپیندل بالا، نرخ پیشروی پایین و عمق برش کم به دست آمد. حالت بهینه با حداقل زبری 9/1 میکرومتر، با سرعت اسپیندل 7000 دور بر دقیقه، نرخ پیشروی 1000 میلی‌متر بر دقیقه، عمق برشی 1 میلی‌متر به دست آمده است. ‌‌

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]    R. K. Verma, S. Datta, and P. K. Pal, "Machining of unidirectional glass fibre reinforced polymers (ud-gfrp) composites," International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, vol. 4, p. 49, 2015.
[2]    M. A. Karataş and H. Gökkaya, "A review on machinability of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and glass fiber reinforced polymer (GFRP) composite materials," Defence Technology, vol. 14, pp. 318-326, 2018.
[3]    P. P. Raj and A. E. Perumal, "Taguchi analysis of surface roughness and delamination associated with various cemented carbide K10 end mills in milling of GFRP," Journal of Engineering Science and Technology Review, vol. 3, pp. 58-64, 2010.
[4]    M. El-Hofy, S. Soo, D. Aspinwall, W. Sim, D. Pearson, and P. Harden, "Factors affecting workpiece surface integrity in slotting of CFRP," Procedia Engineering, vol. 19, pp. 94-99, 2011.
[5]    O. Pecat, R. Rentsch, and E. Brinksmeier, "Influence of milling process parameters on the surface integrity of CFRP," Procedia Cirp, vol. 1, pp. 466-470, 2012.
[6]    M. Khairusshima, C. C. Hassan, A. Jaharah, and A. Amin, "The effect of milling parameters on laminated carbon fibre reinforced plastic (CFRP)," Jurnal Teknologi, vol. 59, 2012.
[7]    N. Naresh, K. Rajasekhar, and P. V. Reddy, "Parametric analysis of GFRP composites in CNC milling machine using Taguchi method," IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, vol. 6, pp. 102-111, 2013.
[8]    M. Jenarthanan and R. Jeyapaul, "Optimisation of machining parameters on milling of GFRP composites by desirability function analysis using Taguchi method," International journal of Engineering, science and Technology, vol. 5, pp. 22-36, 2013.
[9]    H. Wang, J. Sun, J. Li, L. Lu, and N. Li, "Evaluation of cutting force and cutting temperature in milling carbon fiber-reinforced polymer composites," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 82, pp. 1517-1525, 2016.
[10]  A. Azmi, "Monitoring of tool wear using measured machining forces and neuro-fuzzy modelling approaches during machining of GFRP composites," Advances in Engineering Software, vol. 82, pp. 53-64, 2015.
[11]  V. Sheth, A. Mehta and A. Gharal," Experimental Investigation and Optimization of Milling Parameters in the Machining of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite Material using PCD Tool," International Journal of Science Technology and Engineering, 2(4): ISSN (online): 2349-784X, 2015.
[12]  J. Babu and J. Philip, "Experimental studies on effect of process parameters on delamination in drilling GFRP composites using Taguchi method," Procedia materials science, vol. 6, pp. 1131-1142, 2014.
[13]  S. Amini, M. Baraheni, M. Moeini Afzal, "Statistical study of the effect of various machining parameters on delamination in drilling of carbon fiber reinforced composites," Journal of science and technology of composites, vol. 5, No. 1, pp. 41-50, 2018 (In persian).
[14]  D. Ozkan, M. S. Gok, H. Gokkaya, and A. C. Karaoglanli, "The effects of cutting parameters on tool wear during the milling of CFRP composites," Materials Science, vol. 25, pp. 42-46, 2019.
[15]  M. A. N. Rashid, Z. M. Zain, M. N. Khairusshima, W. I. Noor, M. Mullah, and S. A. Khan, "Analysis and modelling of surface roughness in milling of JFRP composite using central composite design," in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021, p. 012013.
[16]  G. Liu, H. Chen, Z. Huang, F. Gao, and T. Chen, "Surface quality of staggered PCD end mill in milling of carbon fiber reinforced plastics," Applied Sciences, vol. 7, p. 199, 2017.
[17]  M. N. Khairusshima and I. Sharifah, "Study on tool wear during milling CFRP under dry and chilled air machining," Procedia engineering, vol. 184, pp. 506-517, 2017.
[18]  R. K. P. MATERIALA, "Investigation of the cutting forces and surface roughness in milling carbon-fiber-reinforced polymer composite material," Materiali in tehnologije, vol. 50, pp. 591-600, 2016.
[19]  H. Chibane, A. Morandeau, R. Serra, A. Bouchou, and R. Leroy, "Optimal milling conditions for carbon/epoxy composite material using damage and vibration analysis," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 68, pp. 1111-1121, 2013.
[20]  S. Ghalme, A. Mankar, and Y. Bhalerao, "Parameter optimization in milling of glass fiber reinforced plastic (GFRP) using DOE-Taguchi method," SpringerPlus, vol. 5, pp. 1-9, 2016.
[21]  M. N. Khairusshima, A. N. Aqella, and I. Sharifah, "Optimization of milling carbon fibre reinforced plastic using RSM," Procedia engineering, vol. 184, pp. 518-528, 2017.
[22]         P. Patel, V. Chaudhary, K. Patel, and P. Gohil, "Milling of polymer matrix composites: a review," International Journal of Applied Engineering Research, vol. 13, pp. 7455-7465, 2018.