Szénszállal erősített polimer kompozitok többtengelyes élmarási technológiájának fejlesztése és kísérleti vizsgálata
Szénszállal erősített polimer kompozitok többtengelyes élmarási technológiájának fejlesztése és kísérleti vizsgálata
Tima Tamás Sándor, MSc I. évf.
e-mail: timaatomi@gmail.com
Konzulens: Dr. Geier Norbert, Gyártástudomány és -technológia Tanszék
e-mail: geier.norbert@gpk.bme.hu
A szénszállal erősített polimer (CFRP) kompozitok széles körben terjedtek el, hiszen kis relatív sűrűségük mellett nagy szilárdággal rendelkeznek az erősítőszálak irányában. Az ilyen típusú kompozit anyagokat többek között a repülőgép-, hadi-, jármű- és űripar is előszeretettel használja kedvező tulajdonságai miatt. A szénszállal erősített kompozitok többségét valamilyen automatizált, sokszor vákuumal támogatott laminálási technológiával készítik el. Ezzel a gyártási eljárással azonban nem lehet olyan pontos méret- és alakbeli követelményeket (pl.: furatok, üregek, élek) biztosítani, mint amilyeneket a fejlett iparágak megkövetelnek. Ezért van szükség a CFRP kompozitok forgácsolására, amely nagy kihívásokat állít fel elsősorban az anyag inhomogenitása és anizotrópája miatt.
A CFRP kompozitok élmarásakor a forgácsolásindukált sorja-, illetve delamináció képződés kockázatának csökkentése kardinális fontosságú. Nemzetközi kutatások már foglalkoztak azzal, hogy a különböző horonyszögű marószerszámmal végzett hagyományos palástmarási ciklusok hogyan befolyásolják CFRP anyagok forgácsolhatóságát. Többtengelyes élmaró ciklus alkalmazását azonban még nem tesztelték a legjobb ismereteim szerint, ezért a kutatásom fő célja egy többtengelyes élmaró ciklus fejlesztése és kísérleti vizsgálata volt, ami releváns alternatívája lehet a hagyományos palástmaró ciklusoknak.
A kutatásomhoz a Gyártástudomány és -technológia Tanszék VHTC 5 tengelyes megmunkálóközpontját használtam. A kísérletek során 2 faktort vizsgáltam (forgácsolási technológia és a szerszámtípus) A forgácsolási technológiát 2 szinten vizsgáltam: (palástmarás, és ferde palástmarás). A forgácsolást egy THOMAS 23N1106 típusú tömör, egyélű, bevonat nélküli, 0°-os spirálszöggel rendelkező keményfém marószerszámmal végeztem. A furatkészítésnél ismert un. imbolygó marási technológia kiterjesztését oldottam meg oldalfelületek megmunkálására, amely technológiát ferde palástmarásnak neveztem el. Az újszerű ciklus egyik fő előnye, hogy a megmunkálás során a forgácsolási erőkomponensek kompressziós hatást váltanak ki a kompoziton, ezzel jelentősen csökkentve a delamináció és sorja kialakulásának kockázatát. A megmunkálások után az Anyagtudomány és Technológia Tanszék OLYMPUS SZX16 típusú sztereomikroszkóppal vizsgáltam meg a forgácsolt élek állapotát. Ezek után egy képfeldolgozó algoritmussal reprodukálhatóan meghatároztam a sorja nagyságát és mennyiségét.
A dolgozatom fő eredményeként elkészült egy újszerű többtengelyes élmaróciklus és egy hozzá kapcsolódó esettanulmány, amely új kutatási és fejlesztési irányokat adhat a hatékony és fenntartható polimer kompozit forgácsolásban.
Irodalom
[1] Perezslai Cs., Geier N. (2020) Comparative analysis of wobble milling, helical millingand conventional drilling of CFRPs, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2020) 106:3913–3930
[2] Akira H., Naoya H., Takashi U., Tatsuaki F., High-quality machining of CFRP with high helix end mill, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Science and Engineering, Kanazawa University, Japan, Division of Mechanical Science and Engineering, Graduate School of Natural Science & Technology, Kanazawa University, Japan
