Efektivní obrábění vláknově vyztužených kompozitních materiálů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
K hlavním cílům disertační práce patří posunout aktuální stav znalostí v oblasti obrábění vláknově vyztužených kompozitů (FRP). Nejrozšířenější obráběcí operací při výrobě kompozitních dílců je vrtání, sloužící k výrobě děr pro různé spojovací součásti. Mezi nejzávažnější typy poškození vznikající při vrtání patří delaminace povrchových vrstev, ke které dochází jak při vstupu tak výstupu nástroje z obrobku. K vytvoření analytického modelu delaminace v kompozitních materiálech bylo provedeno několik teoretických a experimentálních studií. V disertační práci je kritická tlaková síla (síla která způsobuje šíření trhliny) odvozena na základě lineární elastické mechaniky za předpokladu zatěžování Módem I. Vznik delaminace je vyšetřován (analyzován) z průběhu posuvové síly a kroutícího momentu. Pro měření posuvové síly a kroutícího momentu je využit čtyřsložkový piezoelektrický dynamometr KISTLER 9272, řízený osobním počítačem. Obráběnými materiály jsou uhlíkovo/epoxidový laminát vyrobený ruční laminací a sklo/polyesterový kompozit vyrobený pultruzí. Dále jsou zkoumány mechanizmy a projevy opotřebení nástrojů a to vždy s ohledem na nástrojový materiál. Opotřebení je měřeno pomocí dílenského mikroskopu a snímky jsou pořízeny elektronovým mikroskopem PHILIPS XL30. Experimenty jsou navrženy za účelem získání systému vědeckotechnických informací (řezné podmínky, geometrie nástroje, opotřebení atd.), které umožní aplikovat optimální technologické postupy při zpracování kompozitních materiálů. Zvláštní důraz je kladen na vrtání bez vzniku delaminace. K vyhodnocení faktorů, které mají největší vliv na tvorbu delaminace jsou použity metody statistické analýzy (DOE).
The objectives for this dissertation are to push forward the current state of knowledge in the area of machining fiber-reinforced plastic (FRP). The most common machining operation performed on these materials is drilling owing to the need for component assembly in mechanical pieces and structures. Among the defects caused by drilling, delamination appears as to be of the most critical and may occur at both the entrance and exit plane. A number of theoretical and experimental studies have been made to create an analytical model of delamination in composite laminates. In this dissertation, the critical thrust force (force which initiates the delamination) is predicted using linear elastic fracture mechanics - assuming Mode I. Delamination is investigated by studying the evolution of feed force and torque applied by the tool on the workpiece. A four components piezoelectric dynamometer KISTLER 9272 with special PC-software is used for measuring and evaluating of torque and cutting forces, when drilling two different composite materials: carbon/epoxy laminate fabricated by hand lay-up technique and glass/polyester composite made by pultrusion. Wear mechanisms and location of the wear on the tool are also investigated (with respect to cutting material). The tool wear is measured with help of a common workshop microscope and recorded with scanning electron microscope PHILIPS XL30. Drilling experiments are performed to give complex technical information (i.e. cutting conditions, tool geometry, tool wear and so on) which enables efficient machining of composite materials. Delamination-free drilling is given special emphasis in the experiments. Methods of statistical analysis (DOE) are used to determine which factors have the most influence on delamination.
The objectives for this dissertation are to push forward the current state of knowledge in the area of machining fiber-reinforced plastic (FRP). The most common machining operation performed on these materials is drilling owing to the need for component assembly in mechanical pieces and structures. Among the defects caused by drilling, delamination appears as to be of the most critical and may occur at both the entrance and exit plane. A number of theoretical and experimental studies have been made to create an analytical model of delamination in composite laminates. In this dissertation, the critical thrust force (force which initiates the delamination) is predicted using linear elastic fracture mechanics - assuming Mode I. Delamination is investigated by studying the evolution of feed force and torque applied by the tool on the workpiece. A four components piezoelectric dynamometer KISTLER 9272 with special PC-software is used for measuring and evaluating of torque and cutting forces, when drilling two different composite materials: carbon/epoxy laminate fabricated by hand lay-up technique and glass/polyester composite made by pultrusion. Wear mechanisms and location of the wear on the tool are also investigated (with respect to cutting material). The tool wear is measured with help of a common workshop microscope and recorded with scanning electron microscope PHILIPS XL30. Drilling experiments are performed to give complex technical information (i.e. cutting conditions, tool geometry, tool wear and so on) which enables efficient machining of composite materials. Delamination-free drilling is given special emphasis in the experiments. Methods of statistical analysis (DOE) are used to determine which factors have the most influence on delamination.
Description
Citation
SEDLÁČEK, J. Efektivní obrábění vláknově vyztužených kompozitních materiálů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2010.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Strojírenská technologie
Comittee
prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. (předseda)
prof. Ing. Alexander Janáč, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladimír Vrba, CSc. (člen)
doc. Ing. Josef Klement, CSc. (člen)
prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc. (člen)
doc. Ing. Josef Chladil, CSc. (člen)
doc. RNDr. Bohumil Maroš, CSc. (člen)
Date of acceptance
2010-07-09
Defence
DP Ing. Sedláčka má velmi dobrou vědeckou, odbornou i grafickou úroveň, její závěry jsou správné a plně využitelné. Jmenovaný prokázal schopnost tvůrčím způsobem a samostatně vědecky pracovat, i aplikovat odpovídající experimentální metody měření vybraných veličin. K vyhodnocení naměřených hodnot důsledně využíval metody matematické statistické analýzy (DOE), výsledky zpracoval do přehledných tabulek a grafů, s podrobným a vysoce fundovaným komentářem.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení