Process Optimization in Hole Machining of Glass-Fiber Reinforced Polymer Composite

Abstract

ABSTRACT: As Fiber Reinforced Polymer composites (FRPC) in the defense, space and aerospace industries have enjoyed a steady upward trend in usage in recent years, the importance of their machining processes have inevitably been brought to the foreground.Our knowledge of machining FPRC does not seem to be yet fully developed to be applied in its copious fields of applications. As a result, material properties and theoretical mechanics are of great significance in the relevant field of research. Cost effectiveness in production techniques is important to obtain manufacturing cycles which are completely automated and large-scale. There is a need for a certain degree of machining FPRCs to be performed to achieve close fits and tolerances and to get to near-net shape, even though they are normally molded. Unfortunately, as they are anisotropic and non-homogeneous, more often than not, FPRCs encounter serious problems while being machined such as fiber pull-out, delamination, burning and the like. This issue is the significant and dividing difference between machining composite materials and other commonly used metals and their alloys. Because of different mechanical behavior, hole-machining in glass fiber reinforced polymer composite (GFRPC) is substantially different from that in metallic materials. The drilling of this material may generate delamination of drilled holes on work piece. The purpose of this thesis is to investigate the influence of the cutting parameters, such as rotational speed of spindle and feed rate, on delamination and surface quality of holes in GFRPC and material strength after machining. The said effect of parameter variation was studied for two machining processes namely, milling and drilling. A comprehensive test plan was prepared using a robust design of experiments method, called D-optimal method (a statistical technique). It was found that end milling is better than drilling process to machine holes. Further, in order to control surface quality and delamination, the ratio of rotational speed to feed rate needs to be set around 1. Moreover, in the applications where strength of machined components is an important factor, the processing should be carried out with intermediate values of parameters (i.e., rotational speed= 4100rpm and feed rate= 3100mm/min). Finally, an empirical formula was developed. This formula is deemed to serve as guideline to choose optimal parameters and process in order to produce good quality holes in GFRPCs. Keywords: GFRPC, Drilling, Milling, Composite, ANOVA. …………………………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Son yıllarda, fiber savunmalı Polimer kompozitlerin (FRPC) takviyeli olarak kullanılmıs, uzay ve havacılık endüstrileride bir artış gostermıstır. FPRC işleme hakkındaki bilgilerimiz onun henüz tam olarak her alanda uygulanacak ve geliştirilecek bir işlem olarak gostermıyor. Sonuç olarak, malzeme özellikleri ve teorik mekanik araştırma, ilgili alanda büyük öneme sahiptir. Üretim teknikleri, tamamen otomatik ve büyük ölçekli üretim döngüleri elde etmek için önemlidir. Yakın şekilde ve toleranslar elde etmek ve yakın net şekil elde etmek için yapılması gereken işleme FPRCs belli bir derece için bir ihtiyaç normalde kalıplanmış halde bulunmaktadır. Onlar anizotropik ve homojen olmayan olarak ne yazık ki, çoğu zaman, FPRCs elyaf çek gibi işlenmiş olurken, ciddi sorunlarla karşılaşabilirsiniz delaminasyon, yanma ve benzeri. Bu sorun işleme kompozit malzemeler ve diğer sık kullanılan metaller ve alaşımlar arasındaki önemli bir farktır. Çünkü farklı mekanik davranış, cam elyaf takviyeli polimer kompozit (GFRPC) delik-işleme Metalik malzemelerin bu önemli ölçüde farklıdır. Bu malzemenin sondaj iş parçası üzerinde açılan deliklerin delaminasyonu oluşturabilir. Bu tezin amacı delaminasyonu ve işleme sonra GFRPC ve malzeme gücü delik yüzey kalitesi, böyle mil ve ilerleme hızı dönme hızı gibi kesme parametreleri, etkisini araştırmaktır. Parametre varyasyon etkisi freze ve delme, yani iki işleme süreçleri için incelenmiştir söyledi. Kapsamlı bir test sistemi D-uygun yöntem adı deneysel yöntem sağlam bir tasarımı, (bir istatistik tekniği) kullanılarak hazırlandı. Bu son freze deliklere süreci delme daha iyi olduğu bulunmuştur. Bundan başka, yüzey kalitesini kontrol etmek ve delaminasyon amacıyla, hızı ihtiyaçlarını doyurmaya dönme hızının oranı yaklaşık 1 ayarlanmalıdır. Ayrıca, işlenen parçaların mukavemeti önemli bir faktör olduğu uygulamalarda, işleme parametrelerinin ara değerlere (örneğin, dönme hızı = 4100 ve besleme hızı = 3100mm/min) ile yapılmalıdır. Son olarak, ampirik formülü geliştirilmiştir. Bu formül GFRPCs iyi kaliteli delik üretmek için en iyi parametreleri ve proses seçmek için kılavuz olarak hizmet sayılır. Anahtar Kelimeler: GFRPC, Delme, Freze, Kompozit, ANOVA.