بهینه‌سازی فرآیند سنگزنی کامپوزیت تک جهته تقویت‌شده با الیاف کربن به روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد/سازمان انرژی اتمی ایران

2 استادیار /پژوهشکده چرخه سوخت هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران

3 پژوهشگر سازمان انرژی اتمی ایران، تهران

چکیده

امروزه استفاده از مواد کامپوزیتی در صنایع مختلفی هم‌چون هوافضا، حمل و نقل، ساختمان و .... رو به افزایش است. بنابراین درک صحیح از فرایندهای تولید و مونتاژ قطعات تولید‌شده با این مواد امری اجتناب‌ناپذیر است. یکی از فرآیندهای مهم و پرکاربرد در مونتاژ قطعات کامپوزیتی، ماشینکاری است. این فرآیند شامل دو دسته فرآیندهای سنتی و نوین ماشینکاری بوده که سنگزنی از رایج‌ترین روش‌های سنتی می‌باشد. پارامترهای ماشینکاری مختلفی همچون سرعت چرخش سنگ، سرعت پیشروی، عمق برشی، مشخصات قطعه کار، اندازه و جنس ذرات ساینده و هندسه سنگ بر کیفیت ماشینکاری تاثیرگذار است. در این مطالعه تأثیر پارامترهای سنگزنی شامل نرخ پیشروی، عمق برشی، راستای الیاف و اندازه ذرات ساینده بر زبری سطح کامپوزیت تقویت‌شده با الیاف کربن مورد بررسی قرارگرفته است. قطعات از جنس الیاف کربن-اپوکسی بوده‌اند. آزمایشات با نرم افزار مینی‌تب نسخه 19 و به روش سطح پاسخ طرح‌ریزی شدند. نتایج نشان دادند که اندازه ذرات و عمق برش مؤثرترین پارامترها بر زبری سطح می‌باشند. پس‌ازآن نرخ پیشروی و راستای الیاف در مراتب بعدی اهمیت قرار دارند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز تأییدکننده نتایج می‌باشند. در پایان پیشنهاد شد برای روتراشی کامپوزیت از سنگ با دانه‌بندی زبر، عمق برش 50 میکرومتر، نرخ پیشروی 200 میلیمتر بر دقیقه و عمود بر الیاف استفاده شود تا به زبری کم‌تر از 0/5 میکرومتر دست یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of Carbon Fiber Reinforced Composite Grinding Process by Response Surface Method

نویسندگان [English]

  • Seyed Mahmoud Mousavi 1
  • Amjad Sazgar 2
  • Vahid FallahPour 3
1 Researcher of Atomic Energy Organization of Iran, AEOI
2 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Tehran, Iran
3 Researcher of Atomic Energy Organization of Iran
چکیده [English]

Today, the usage of composite materials in various industries such as aerospace, transportation, construction, etc. has increased. Therefore, an adequate understanding of the production processes and assembly of these materials is inevitable. Machining is one of the common processes in assembling composite parts. This process includes two categories of traditional and non-traditional machining processes and grinding is one of the traditional methods. Grinding is one of the applicable machining processes for the finishing of composite parts. Many parameters such as feed rate, depth of cut, tool geometry, fiber direction, and abrasive particles material and size are effective on the machined surface. In this study, the effect of grinding parameters including feed rate, depth of cut, abrasive particles size, and fiber orientation on the surface quality of Carbon Fiber Reinforced Polymer has been evaluated. The experiments were designed by Response Surface Method in Minitab software V.19. The results showed that abrasive particles' size and depth of cut are the most effective parameters on the machined surface roughness. The feed rate and fiber direction are of secondary importance, respectively. Also, the scanning electron microscopy images confirm these results. Finally, it was suggested to use 50µm of the depth of cut, 200mm/min of feed rate, perpendicular to fiber direction and course abrasive particle to achieve a roughness of less than 5µm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carbon Fiber reinforced Composite
  • Grinding
  • Surface roughness
  • Depth of cut
  • Feed rate
[1] S.M. Mousavi, A. Sazgar, M.H. Beheshti, Investigation of the Effect of Machining Parameters to Minimize Surface Roughness in Grinding of Carbon-Epoxy Composites, in:  28th annual international conference of Iranian of mechanical engineers (ISME), Amirkabir university of technology, Tehran, I.R. of Iran, 2020, (in persian).
[2] K.Y. Park, T. Nakagawa, Mirror surface grinding characteristics and mechanism of carbon fiber reinforced plastics, Journal of materials processing technology, 52(2-4) (1995) 386-398.
[3] H. Yuan, H. Gao, Y.J. Bao, Y.B. Wu, Grinding of Carbon/Epoxy Composites Using Electroplated CBN Wheel with Controlled Abrasive Clusters, in:  Key Engineering Materials, Trans Tech Publ, 2009, pp. 24-29.
[4] N. Hu, L. Zhang, Grindability of unidirectional carbon fibre reinforced plastics, in:  Proceedings of the 13th International Conference on Composite Materials, Beijing, 2001.
[5] H. Hocheng, Machining technology for composite materials: principles and practice, Elsevier, 2011.
[6] H. Sasahara, T. Kikuma, R. Koyasu, Y. Yao, Surface grinding of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) with an internal coolant supplied through grinding wheel, Precision Engineering, 38(4) (2014) 775-782.
[7] H. Gao, H. Ma, Y.J. Bao, H. Yuan, R.K. Kang, Theoretical analysis of grinding temperature field for carbon fiber reinforced plastics, in:  Advanced materials research, Trans Tech Publ, 2010, pp. 52-57.
[8] T. Gao, C. Li, D. Jia, Y. Zhang, M. Yang, X. Wang, H. Cao, R. Li, H.M. Ali, X. Xu, Surface morphology assessment of CFRP transverse grinding using CNT nanofluid minimum quantity lubrication, Journal of Cleaner Production, 277 (2020) 123328.
[9] H. Wang, F. Ning, Y. Hu, P. Fernando, Z.J. Pei, W. Cong, Surface grinding of carbon fiber–reinforced plastic composites using rotary ultrasonic machining: effects of tool variables, Advances in Mechanical Engineering, 8(9) (2016) 1-14.
[10] V.S. Babu, S.S. Kumar, R. Murali, M.M. Rao, Investigation and validation of optimal cutting parameters for least surface roughness in EN24 with response surface method, International Journal of Engineering, Science and Technology, 3(6) (2011) 146-160.
[11] B. Nikrooz, M. Zandrahimi, Optimization of process variables and corrosion properties of a multi layer silica sol gel coating on AZ91D using the Box–Behnken design, Journal of sol-gel science and technology, 59(3) (2011) 640-649.
[12] S.m. Mousavi, A. Sazgar, A. Mostafanejad, Optimization of Machining Parameters in Turning of Carbon Fiber Reinforced Composite, in:  28th annual international conference of Iranian of mechanical engineers (ISME), Amirkabir university of technology, Tehran, I.R. of Iran, 2020, (in persian).
[13] L. Wu, K.-l. Yick, S.-p. Ng, J. Yip, Application of the Box–Behnken design to the optimization of process parameters in foam cup molding, Expert Systems with Applications, 39(9) (2012) 8059-8065.
[14] K. Abou-El-Hossein, K. Kadirgama, M. Hamdi, K. Benyounis, Prediction of cutting force in end-milling operation of modified AISI P20 tool steel, Journal of Materials Processing Technology, 182(1-3) (2007) 241-247.
[15] K. Kadirgama, K. Abou-El-Hossein, B. Mohammad, H. Habeeb, Statistical model to determine surface roughness when milling hastelloy C-22HS, Journal of mechanical science and technology, 21(10) (2007) 1651-1655.