بهینه سازی پارامترهای فرآیند فرزکاری مواد کامپوزیتی کربن/ اپوکسی با هدف کاهش زبری سطح

امروزه کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف کربن در مقایسه با فلزات، با توجه به برخورداری از نسبت استحکام به وزن بالا، کاربرد گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف پیدا نموده است. ماشین‌کاری این مواد با توجه به ساختار غیر همگن آنها از پیچیدگی خاصی برخوردار است. با توجه به ضریب انبساط حرارتی متفاوت بین الیاف و رزین در کامپوزیت‌های پلیمری، فرزکاری این مواد یک عملیات پیچیده برای ایجاد قطعات نهایی می‌باشد. تحلیل و پیش‌بینی دقیق شرایط بهینه ماشین‌کاری با حداکثر راندمان، از اهداف این فرآیند محسوب می‌گردد. با گسترش تکنولوژی ماشین‌کاری cnc، کاهش زمان ماشین‌کاری از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از راه حل‌های کاهش زمان، تکنولوژی ماشین‌کاری با سرعت بالا می‌باشد. صفحه کامپوزیتی از جنس کربن/ اپوکسی به ضخامت 10 میلی‌متر، که در بدنه سازه‌های هوافضایی و موشک‌ها کاربرد دارد، به روش لایه چینی دستی ساخته شده است. پارامترهای برش برای فرآیند فرزکاری صفحه کامپوزیتی از سرعت اسپیندل 1000 تا 7000 دور بر دقیقه، نرخ پیشروی 1000 تا 3000 میلی‌متر بر دقیقه و عمق برش 1 تا 3 میلی‌متر هر کدام در پنج سطح مختلف، در نظر گرفته شد. پس از طراحی آزمایش با روش سطح پاسخ، 20 نمونه مورد ماشین‌کاری قرار گرفت. در این فرآیند، فرزکاری با ابزاری از جنس الماس با پوشش تنگستن کارباید و دارای دو لبه، انجام و سپس زبری سطوح اندازه‌گیری و نرخ برداشت ماده برای هر آزمایش ثبت شده و تحلیل‌های لازم انجام گرفت. سرعت اسپیندل بیشترین تاثیر را در زبری سطح داشت. نتیجه‌گیری نهایی بدین‌صورت بود که زبری سطح پایین تحت تاثیر پارامترهای برش درنتیجه سرعت اسپیندل بالا، نرخ پیشروی پایین و عمق برش کم به دست آمد. حالت بهینه با حداقل زبری 1/9 میکرومتر، با سرعت اسپیندل 7000 دور بر دقیقه، نرخ پیشروی 1000 میلی‌متر بر دقیقه، عمق برشی 1 میلی‌متر به دست آمده است. ‌‌

optimization of milling process parameters of carbon/epoxy composite material for minimizing surface roughness

today, carbon fiberreinforced polymer composites (cfrp) have extensive use in different fields such as aerospace, automotive, oil, gas, and defense industries compared to metals, due to the high ratio of strength to weight. machining of these materials regard to their nonhomogeneity structure is complicated. due to the different thermal expansion coefficients between the fibers and resin polymer composite milling materials difficult to create one of the final parts. achieve optimal machining conditions, with high efficiency, which need proper analysis and careful investigation. minimizing the machining time became important due to developments in cnc technology. one of the time minimizing methods is highspeed machining technology. in this study, composite plates made of carbon/epoxy to a thickness of 10 millimeters, which are often used in the body of aerospace structures and missiles, have been manufactured by hand layup. the cutting parameters used during the milling operation of the cfrp panel ranged from 1000 rpm to 7000 rpm for the spindle speed, feed rate from 1000 mm/min to 3000 mm/min, and lastly 1.0 mm to 3.0 mm range for depth of cut. the combination of spindle speed, feed rate, and depth of cut are studied at five different levels. 20 runs of experiments are performed based on response surface methodology (rsm). the milling process with twoflute tungsten carbide coated diamond insert with a 20 mm diameter was performed. their surface quality after milling process is measured. so after roughness, material removal rate and required analysis were performed. spindle speed has a greatest effect on surface roughness. in conclusion, the influence of the cutting parameters is higher spindle speed, lower feed rate, and lower depth of cut resulting in low surface roughness. the optimized cutting parameters were spindle speed, feed rate, and depth of cut of 7000 rpm, 1000 mm/min and 1 mm respectively with the surface roughness of 1.9 um.