Újszerű, többtengelyes furatmegmunkáló technológia fejlesztése a forgácsolásindukált rétegközi sorja kialakulási kockázatának csökkentésére CFRP/Al szerkezetben
Újszerű, többtengelyes furatmegmunkáló technológia fejlesztése a forgácsolásindukált rétegközi sorja kialakulási kockázatának csökkentésére CFRP/Al szerkezetben
Helle Anna Nikoletta MSc II. évf.
e-mail: helleannaniki@hotmail.com
Konzulens: Dr. Geier Norbert, Gyártástudomány és -technológia Tanszék,
e-mail: geier.norbert@gpk.bme.hu
Az elmúlt évtizedekben a szénszállal erősített polimer (CFRP – carbon fibre reinforced polymer) kompozitok ipari felhasználása növekvő tendenciát mutat előnyös mechanikai tulajdonságaiknak (kis sűrűség, kiváló szilárdság és merevség, jó korrózióállóság, továbbá méretstabilitás) köszönhetően [1,2]. Annak ellenére, hogy a CFRP alkatrészeket igyekeznek egy műveletben készre gyártani, a forgácsolásuk gyakran megkerülhetetlenné válik. Az olyan iparágak, mint a repülőgépipar, a szélturbina- és űripar megkövetelik a kiváló minőséget, azonban a polimer mátrixból és a szénszálból felépülő kompozit anizotrópiája, inhomogenitása olyan akadályokat állít az alkatrészek megfelelőségének útjába, mint például a be- és kilépő éleknél keletkező delamináció, a visszamaradt szálak kihúzódása, beégések, szakadás, felületi üregek képződése, illetve a sorja. A CFRP és egyéb anyagokból (rendszerint Ti vagy Al) felépülő kompozitok esetében nemcsak a furat alsó és felső élénél, hanem rendszerint az egyes szerkezeti anyagok kontaktfelületén is megfigyelhető a sorja, amelynek eltávolítása és mindenekelőtt elkerülése kiváltképp kihívást jelent. Ezen túlmenően a mátrixanyag töredezése, az erősítőszálak meghajlása, a köztes réteg delaminációja és a képlékeny alakváltozás mind gyakori deformációtípus a CFRP/Al kompozitok esetében [2].
Dolgozatomban a rétegközi sorja csökkentésére teszek kísérletet: a jelenség vizsgálatára és modellezésére irányuló szakirodalom eredményeinek ismertetését követően bemutatom a CFRP/Al szendvicsszerkezet-gyártás eszközölt lépéseit, a kísérlettervezés fázisait, továbbá a két fejlesztett forgácsolási ciklust, melyekkel CFRP/Al kompozitokban a jobb furatminőség elérését tűztem ki célul. Ezek a ciklusok i) az egyes CFRP/Al rétegek közötti előtoláscsökkentés/növelésből, továbbá ii) egy előfúrás, majd a furat felső élénél helikális, ezt követően döntött helikális, a furat alsó élénél végül helikális marásból épültek fel. A kísérletet a BME Gyártástudomány és -technológia Tanszék VHTC típusú öttengelyes CNC megmunkálóközpontján, illetve Kondia B-640 típusú háromtengelyes szerszámgépén végeztem bbevonat nélküli keményfém fúró-maró szerszámmal. Az előtolás értékét három szinten változtattam, rögzített forgácsolási sebesség mellett. A furatokról digitális mikroszkóppal felvételeket készítettem, így a sorját mérni és elemezni tudtam. A furatok rétegközi palástfelületi érdességét a tanszéki Mitutoyo SJ-400 kontaktilis felületi érdességmérő műszerrel vizsgáltam, következtetve a rétegközi deformációra.
A kísérleti eredmények egyértelműen mutatják, hogy a furatforgácsolási technológiáknak és az előtolásnak is szignifikáns hatása van a mért optimalizációs paraméterekre. A furatforgácsolási technológiákat összehasonlítottam és technológiai ajánlásokat fogalmaztam meg, hogy mely célfüggvény esetében mely technológiát javaslom CFRP/Al szerkezetek forgácsolásához.
Irodalom:
[1] J. Xu és mtsai., „A critical review addressing drilling-induced damage of CFRP composites”, aug. 2022, doi: 10.1016/j.compstruct.2022.115594.
[2] J. Xu és mtsai., „Numerical study of interface damage formation mechanisms in machining CFRP/Ti6Al4V stacks under different cutting sequence strategies”, Compos. Struct., köt. 285, o. 115236, ápr. 2022, doi: 10.1016/j.compstruct.2022.115236
