CFRP/Al-7075 istifli delmede matkap uç açılarının delinebilirlik üzerine etkisi

Bu çalışmada, askeri ve sivil havacılık alanında yoğun olarak kullanılmakta olan karbon fiber takviyeli polimer kompozit (CFRP) malzeme ve Al-7075 alaşımının oluşturduğu CFRP/Al-7075 istifli yapının, 120º-130º-140º uç açılarına sahip kaplamasız karbür matkaplar ile delinebilirliği araştırılmıştır. Delme süreçlerinde itme kuvveti (Fz), moment (Mz), delik ortalama yüzey pürüzlülükleri (Ra), talaş yapıları ve CFRP malzemede meydana gelen delaminasyonlar (Fd) incelenmiştir. Deneysel çalışmalar kuru kesme şartlarında 50 m/dk.. kesme hızı ve 0,05 mm/dev. sabit ilerleme değerinde, doğrudan delme yönteminde gerçekleştirilmiştir.  120° ve 130° uç açılı matkaplar CFRP malzemede yakın Fz ve Fd değerleri sergilerken, uç açılarına göre en düşük Fz, Mz, Ra ve en düşük Fd verileri sırasıyla 130°-120º-140º uç açılı matkaplarda elde edilmiştir. 140° uç açılı matkapta, esas kesici kenarda yoğun miktarda çapaklanma ve yığıntı talaş (Built up edge BUE) meydana gelmiş ayrıca matkap helis kanallarında Al talaşları sıvanmıştır. Deneysel çalışmaların ardından matkap uç açılarının itme kuvveti (Fz) ve ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) üzerine etkileri %95 güven aralığında ANOVA ile belirlenmiş ve çoklu karşılaştırma testleri uygulanmıştır. Sonuç olarak, 130º uç açılı kaplamasız karbür matkabın moment, itme kuvveti, ortalama yüzey pürüzlülüğü ve delaminasyon bakımından belirtilen kesme parametreleri ve delme koşulları doğrultusunda CFRP/Al-7075 istifli delme işleminde daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür.

The effect of drill point angles on drillability in CFRP/Al-7075 stacking drilling

In this study, the drillability of CFRP/Al-7075 stacked structure which is formed by carbon fiber reinforced polymer composite (CFRP) material, which is used intensively in the field of military and civil aviation, and Al-7075 alloy has been investigated by drilling with uncoated carbide drills with different point angles. In the drilling processes thrust force (Fz), moment (Mz), hole average surface roughness (Ra), chip structure and delamination (Fd) occurring in CFRP material were investigated. Experimental studies were performed under dry cutting conditions with 50 m/min cutting speed and 0.05 mm/rev constant feed rate by using three different drill (120º-130º-140º) point angles uncoated carbide drills. 120° and 130° point angle drills are showed close Fz and Fd values in the CFRP material, while the lowest Fz, Mz, Ra and lowest Fd value are obtained respectively in 130°-120º-140º point angle drills. In the 140° point angle drill, a large amount of burring and built-up edge (BUE) was formed on the main cutting edge and Al chips were plastered in the drill helix flutes. After experimental studies, the effects of drill point angles on thrust force and average surface roughness were determined by ANOVA at 95% confidence interval and multiple comparison tests were applied. As a result, it has been seen that 130º point angle uncoated carbide drill gives better results in terms of moment, thrust force, average surface roughness and delamination, under specified cutting parameters and drilling conditions in CFRP/Al-7075 stacking drilling.

___

  • Referans1 Wen-Chou C., Some experimental investigations in the drilling of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) composite laminates, Mach. Tools. Manufact., 37 (8), 1097-1108, 1996.
  • Referans2 Shyha I., Drilling of carbon fibre reinforced plastic composites, Doctor of philosophy, The University of Birmingham, School of Mechanical Engineering, England, 2010.
  • Referans3 Soutis C., Carbon fiber reinforced plastics in aircraft construction, Material Science and Engineering: A, 412 (1-2), 171-176, 2005.
  • Referans4 Komanduri R., Machining of fiber-reinforced composites, Machining Science and Techology. 1(1) 113-152, 1997.
  • Referans5 Ersoy M.S., Lif takviyeli polimerik kompozit malzeme tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş, 2005.
  • Referans6 Faraz A., Biermann D., Weinert K., Cutting edge rounding: An innovative tool wear criterion in drilling CFRP composite laminates, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49 (15), 1185-1196, 2009.
  • Referans7 Karslı Yılmaz N.G., Karbon elyaf takviyeli termoplastik karmaların üretimi ve özelliklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 2011.
  • Referans8 Camanho P.P., Da´ Vila C.G., De Moura M.F., Numerical simulation of mixed-mode progressive delamination in composite materials, Journal of Composite Materials, 37 (16), 1415-1438, 2013.
  • Referans9 Villareal H., Unger S., Lee, F.W., Advancement of out of autoclave (OOA) technology, Tencate advanced Composites, 2014.
  • Referans10 Mrazova M., Advanced composite materials of the future in aerospace ındustry, Incas Bulletin, 5 (3), 139-150, 2013.
  • Referans11 Haijin W., Jie S., Jianfeng Li., Weidong Li., Investigation on delamination morphology during drilling composite laminates, Int J Adv Manuf Technol, 74 (1-4), 257-266, 2014.
  • Referans12 Garrick R., Drilling advanced aircraft structures with PCD (Pol-crystalline diamond) drills, SAE International, ATC-18, 2007.
  • Referans13 Bayraktar Ş., Karbon elyaf takviyeli polimer kompozit malzemelerin frezeleme işleminde işlenebilirliğinin deneysel araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2011.
  • Referans14 Çakır C., Modern Talaşlı İmalatın Esasları, Nobel Basımevi, 215, 2006.
  • Referans15 Lin S.C., Chen I.K., Drilling carbon fiber-reinforced composite material at high speed, An International Journal on the Science and Technology of Friction, Lubrication and Wear, 194 (1-2), 156-162, 1996.
  • Referans16 Zitoune R., Krishnaraj V., Collombet F., Roux S.Le., Experimental and numerical analysis on drilling of carbon fibre reinforced plastic and aluminium stacks, Composite Structures, 146 (1), 148-158. 2016.
  • Referans17 Zitoune R., Collombet F., Lachaud F., Piquet R., Pasquet P., Experiment-calculation comparison of the cutting conditions representative of the long fibre composite drilling phase, Composite Science Technology, 65 (3–4), 455–466, 2005.
  • Referans18 Wang DH., Ramulu M., Arola D., Orthogonal cutting mechanisms of graphite/epoxy, composite part II: multi directional laminate, Int J Mach Tools Manuf, 35 (12), 1639–1648, 1995.
  • Referans19 Eneyew E.D., Ramulu M., Experimental study of surface quality and damage when drilling unidirectional CFRP composites, Journal of Materials Research and Technology, 3 (4), 354-362, 2014.
  • Referans20 Mayuet P., Gallo A., Portal A., Arroyo P., Alvarez M., Marcos M., Damaged Area based Study of the Break-IN and Break-OUT defects in the Dry Drilling of Carbon fiber Reinforced Plastics (CFRP), Prpcedia Engineering, 63. 743-751, 2013.
  • Referans21 Karpat Y., Değer B., Bahtiyar O., Drilling Thick Fabric Woven CFRP Laminates with Double Point Angle Tools, Journal of Materials Processing Technology, 212 (10), 2117-2127, 2012.
  • Referans22 Zitoune R., Krishnaraj V., Coolombet F., Study of drilling of composite material and aluminium stack, Composite Structures, 92 (5), 1246-1265, 2010.
  • Referans23 Shyha L.S., Soo S.L., Aspinwall D.K., Bradley S., Perry R., Harden P., Dawson S., Hole quality assessment following drilling of metallic-composite stack, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 51 (7-8), 569-578, 2011.
  • Referans24 Miguel, A., Joel, G., Corinne, R.W., Shantanu, T., Athulan, V., David, D., Strategies for burr minimization and cleanability in aerospace and automotive manufacturing, SAE transactions J. of Aerospace, 114 (1), 1073-1082, 2006.
  • Referans25 Wang X., Kwon Y. P., Sturtevant C., Kim D., Lantrip J., Tool wear of coated drills in drilling CFRP, Journal of Manufacturing Processes, 15 (1), 127-135, 2013.
  • Referans26 Rawat S., Attia H., Wear mechanisms and tool life management of WC–Co drills during dry high speed drilling of woven carbon fiber composites, Wear, 267 (5-8), 1022–1030, 2009.
  • Referans27 Shyha I.S., Aspinwall D.K., Soo S.L., Bradley S., Drill geometry and operating effects when cutting small diameter holes in CFRP, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49 (12–13), 1008-1014, 2009.
  • Referans28 Kuo C.L., Soo S.L., Aspinwall D.K., Car, C., Bradley S., M’Saoubi R., Leahy W., Development of single step drilling technology for multilayer metallic-composite stack using uncoated and PVD coated carbide tools, Journal of Manufacturing Processes, 31, 286-300, 2018.
  • Referans29 Wang C., Chen Y.H., An Q.L., Cai, X.J., Ming W.W., Chen Ming., Drilling Temperature and Hole Quality in Drilling of CFRP/Aluminum Stacks Using Diamond Coated Drill, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 16 (8), 1689-1697, 2015.
  • Referans30 Angelone R., Caggiano A., Improta I.,Nele L., Teti R., Characterization of hole quality and temperature in drilling of Al/CFRP stacks under different process condition, Procedia CIRP, 79, 319-324, 2019.
  • Referans31 Bayraktar Ş., Elyaf takviyeli polimer kompozit malzemelerin farklı delme yöntemleri ile delinmesinde kesme performansının değerlendirilmesi: Literatür Taraması, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (2), 609-626, 2018.
  • Referans32 Davim J.P., Reis P., Study of delamination in drilling carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using design experiments, Composite Structure, 59 (4), 481–487, 2003.
  • Referans33 Feito N., Díaz-Álvarez J., Díaz-Álvarez A., Cantero J.L., Miguélez M.H., Experimental analysis of the influence of drill point angle and wear on the drilling of woven CFRPs, Materials 2014, 7, 4258–4271.
  • Referans34 Gaitonde V.N., Karnik S.R., Rubio J.C., Correia A.E., Abrão A.M., Davim J.P., Analysis of parametric influence on delamination in high-speed drilling of carbon fiber reinforced plastic composites, J. Mater. Process. Technol., 203, 431–438, 2008.
  • Referans35 Yaşar N., Günay M., Experimental investigation on novel drilling strategy of CFRP laminates using variable feed rate, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41 (3), 150, 2019.
  • Referans36 Yaşar N., Korkmaz M. E., Günay M., Investigation on hole quality of cutting conditions in drilling of CFRP composite, In MATEC Web of Conferences, 112, 01013-01020, 3 July, 2017.
  • Referans37 Yaşar N., Boy M., Günay M., The effect of drilling parameters for surface roughness in drilling of AA7075 alloy, In MATEC Web of Conferences, 112, 01018-01026, 3 July, 2017.
  • Referans38 Ashrafi A.S., Sharif S., Farid A., Yahya M., Performance evaluation of carbide tools in drilling CFRP-Al stacks, Journal of Composite Materials, 48 (17), 2071-2084, 2013.
  • Referans39 Yaşar N., Günay M.,The Influences of Varying Feed Rate on Hole Quality and Force in Drilling CFRP Composite, Gazi University Journal of Science, 30 (3), 39-50, 2017.
  • Referans40 Brinksmeier E., Janssen R., Drilling of Multi-Layer Composite Materials Consisting of Carbon Fibre Reinforced Plastics (CFRP), Titanium and Aluminium Alloys, Annals of CIRP, 51 (1), 87-90, 2002.
  • Referans41 Liang X., Wu D., Gao Y., Chen K., Investigation on the non-coaxiality in the drilling of carbon-fibre-reinforced plastic and aluminium stacks, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 125, 1-10, 2018.
  • Referans42 Montoya M., Calamaz M., Gehin D., Girot F., Evaluation of the Performance of Coated and Uncoated Carbide Tools in Drilling Thick CFRP/Aluminium Alloy Stacks, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 68 (9-12), 2111- 2120, 2013.
  • Referans43 Mohan N.S,. Kulkarni S.M., Ramachandra A., Delamination analysis in drilling process of glassfiber reinforced plastic (GFRP) composite materials, Journal of Materials Processing Technology, 186 (1-3), 265-271, 2007.
  • Referans44 Kaplan Y., Delik delmede farklı parametrelerin kesme kuvveti, moment, titreşim, yüzey pürüzlülüğü, aşınma ve çapak oluşumuna etkisi, Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.
  • Referans45 Zitoune R., Krishnaraj V., Almabouacif B.S., Collombet F., Sima M., Jolin A., Influence of Machining Parameters and New Nano-Coated Tool on Drilling Performance of CFRP/Aluminium Sandwich, Composites Part B: Engineering, 43 (3), 1480-1488, 2012.
  • Referans46 Sandvik Coromant, Machining carbon fibre materials. http://www.webcitation.org/query?url=https%3A%2F%2Fwww.sandvik.coromant.com%2Fsitecollectiondocuments%2Fdownloads%2Fglobal%2Ftechnical%2520guides%2Fen-gb%2Fc-2920-30.pdf&date=2019-03-08, Erişim tarihi Nisan 1 , 2019.
  • Referans47 Aydın E., Nalbant M., CFRP/Al İstifli Delmede Matkap Uç Açılarının (Fz) İtme Kuvveti ce CFRP Delik Girişleri Üzerine Etkisi, 9th International Congress On Machining, Antalya-Türkiye, 221-229, 8-10 Kasım, 2018.
  • Referans48 Tsao C.C., Hocheng H., Effects of exit back-up on delamination in drilling composite materials using a saw drill and a core drill, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 45 (11), 1261–1270, 2005.
Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-1884
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1986
  • Yayıncı: Oğuzhan YILMAZ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Veri zarflama analizinde tüm alternatiflerin sıralanmasına yeni bir yaklaşım: ASES

Melike Kübra EKİZ, Ceren TUNCER ŞAKAR

Bulanık bilişsel haritalara dayalı yeni bir ürün konumlandırma yaklaşımı

Umut ASAN, Çiğdem KADAİFÇİ

Çekişmeli üretici ağ ile ölçeklenebilir görüntü oluşturma ve süper çözünürlük

Ceren GÜZEL TURHAN, Hasan Şakir BİLGE

Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi

Burhanettin CETİN, Hakan AVCI

DYPE/PANI kompozit filmlerin sıcaklığa ve PANI katkı konsantrasyonuna bağlı olarak dielektrik parametrelerinin GRSA ile tahmini

Mehmet KILIÇ, Önder EYECİOĞLU, Zeynep GÜVEN ÖZDEMİR, Ümit ALKAN

Geliştirilmiş mikrodalga sisteminin elastik poliüretan köpüğünün geri dönüşümüne etkisi

Basak TEMUR ERGAN

Elektrikli araçlar için mıknatıs oranı ve moment titreşimi azaltılmış yüksek verimli sürekli mıknatıslı senkron motor tasarım süreci ve gerçeklenmesi

Hatice KURNAZ ARAZ, Murat YİLMAZ

Günlük temelli orta vadeli şehir doğal gaz talebinin tek değişkenli istatistik teknikleri ile tahmini

Mustafa AKPİNAR, Nejat YUMUŞAK

İşleme merkezi seçim problemlerinde kullanılan çok kriterli karar verme yöntemi uygulamalarında kriter ve alternatif sayısının sıralama sonuçlarına etkisinin incelenmesi

Yusuf Tansel İÇ, Mustafa YURDAKUL

Elektrik direnç punta kaynağı ile birleştirilen %15 deforme edilmiş TWIP çeliğinde kaynak akımının mikroyapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkisi

Hakan AYDIN, Mümin TUTAR, Kemal DAVUT, Ali BAYRAM