témavezető: Szalay Tibor
helyszín (magyar oldal): Gyártástudomány és -technológia Tanszék, BME T ép. VI. em. 42 helyszín rövidítés: GTT
A kutatási téma leírása:
a.) Előzmények
A szénszállal erősített polimer (CFRP) kompozitok alkalmazása rendkívül gyorsan terjed a bonyolult és összetett mérnöki kihívásokat tartalmazó iparágakban, mint a repülőgépiparban, az űrtechnikában és az autóiparban; köszönhetően a speciális anyagszerkezeti kialakításnak, amely rendkívül kedvező mechanikai tulajdonságokat kölcsönöz a relatív kis sűrűségű CFRP kompozitoknak. A polimer gyártástechnológia több évtizedes fejlesztéseinek köszönhetően közel végleges formára készülnek az alkatrészek, azonban a szerelhetőségi igények és szigorú tűrések elkerülhetetlenné teszik az utólagos anyagleválasztási műveletek alkalmazását. A CFRP kompozitokra jellemző inhomogenitás és anizotróp jelleg, továbbá az erősítőszálak erősen abrazív koptatóhatása miatt a fémek forgácsolásánál felállított mechanisztikus és empirikus modelljeink nem, vagy csak részlegesen alkalmazhatók, ezért is kifejezetten fontos a CFRP anyagok megmunkálhatóságához kapcsolódó ismereteink kiterjesztése. A 21. század legnagyobb kihívásai és kötelességei közé tartozik a fenntartható fejlődés megvalósítása, amely magában foglalja a környezetvédelmet és az erőforrásgazdálkodást, ezek által az anyagok újrafelhasználását és újrahasznosítását. Az utóbbi években jelentős kutatások irányultak a szénszál erősítőanyagok visszanyerésére, valamint más polimerek szénszállá történő reciklálására; a vizsgálatok által kimutatott bíztató anyagszerkezeti és mechanikai tulajdonságok létjogosultságot adnak az újrahasznosított CFRP (rCFRP) kompozitok alkalmazhatósági és megmunkálhatósági vizsgálatára is, azonban egyetlen egy publikált kutatás sem foglalkozott eddig az újrahasznosított szénszálakból készült CFRP kompozitok forgácsolhatósági vizsgálatával, optimalizálásával.
b.) A kutatás célja:
A kutatás fő célja különböző újrahasznosított és újonnan gyártott karbon erősítő anyagszerkezetekből készített CFRP kompozitok módszeres összehasonlító forgácsolhatósági vizsgálata és forgácsolástechnológiai optimalizálása. A kutatás során a forgácsképződési és sorjaképződési mechanizmusok elméleti és kísérleti vizsgálatait ortogonális és fúrási forgácsolási kísérletek alapján tervezzük elvégezni.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye:
• Irodalmi áttekintés. Szakirodalmi adatok feldolgozása, különös tekintettel a polimerek és szálerősítésű kompozitjaik forgácsolásának nemzetközi tapasztalataira. (időigény: kb. 6 hónap).
• Anyagfejlesztés. rCFRP és szűz CFRP teszt munkadarabok készítése, eltérő szálelrendezéssel. (kb. 6 hónap).
• Kísérlettervezés (időigény: kb. 2 hónap).
• Kísérletek előkészítése: műszerek telepítése, kalibrálás CNC programozás, készülékezés stb. (időigény: 2 hónap)
• Kísérletek elvégzése, mérési adatok feldolgozása, korrekciós számítások elvégzése (időigény: kb. 8 hónap)
• Matematika modellek létrehozása, algoritmusok fejlesztése. (időigény: kb. 12 hónap)
• Modellek adekvátvizsgálata validáló kísérletekkel, visszaellenőrzés és kitekintés (időigény: kb. 12 hónap)
d.) A szükséges berendezések:
A szükséges berendezések (3D marógép, Autoclav, digitális mikroszkóp, erőmérő cella, hőkamera, szerszámok, készülékek) a BME GPK Gyártástudomány és -technológia Tanszéken, a BME GPK karon ill. külföldi kooperációs partnereknél rendelkezésre állnak. A kutatómunkához szükséges polimer-technológiai háttérrel a BME GPK Polimertechnika Tanszéke rendelkezik. A kísérleti anyag előállítása az ő segítségükkel történik.
e.) Várható tudományos eredmények:
Új matematika modellek, melyekkel a méretpontosság, a forgácsolási erő, a delamináció, a sorjásság és a körkörösségi hiba mértéke rCFRP anyagokban becsülhető, a forgácsolhatóság előre elemezhető, mikro- és makrogeometriai hibák nagysága tervezhető.
f.) Irodalom:
[1] V. Schulze és C. Becke, „Analysis of machining strategies for fiber reinforced plastics with regard to process force direction”, Procedia Engineering, köt. 19, o. 312–317, 2011.
[2] V. Schulze, C. Becke, K. Weidenmann, és S. Dietrich, „Machining strategies for hole making in composites with minimal workpiece damage by directing the process forces inwards”, Journal of Materials Processing Technology, köt. 211, sz. 3, o. 329–338, márc. 2011.
[3] J. P. Davim és P. Reis, „Study of delamination in drilling carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using design experiments”, Composite Structures, köt. 59, sz. 4, o. 481–487, márc. 2003.
[4] N. Geier és T. Szalay, „Optimisation of process parameters for the orbital and conventional drilling of uni-directional carbon fibre-reinforced polymers (UD-CFRP)”, Measurement, köt. 110, o. 319–334, 2017.
[5] N. Geier, T. Szalay, és M. Takács, „Analysis of thrust force and characteristics of uncut fibres at non- conventional oriented drilling of unidirectional carbon fibre-reinforced plastic (UD-CFRP) composite laminates”, Int J Adv Manuf Technol, köt. 100, sz. 9, o. 3139–3154, febr. 2019.
[6] Q. Wang, Y. Wu, T. Bitou, M. Nomura, és T. Fujii, „Proposal of a tilted helical milling technique for high quality hole drilling of CFRP: kinetic analysis of hole formation and material removal”, Int J Adv Manuf Technol, köt. 94, sz. 9, o. 4221–4235, febr. 2018.
[7] Q. Wang, Y. Wu, Y. Li, D. Lu, és T. Bitoh, „Proposal of a tilted helical milling technique for high-quality hole drilling of CFRP: analysis of hole surface finish”, Int J Adv Manuf Technol, köt. 101, sz. 1, o. 1041–1049, márc. 2019.
felvehető hallgatók száma: 1
Jelentkezési határidő: 2021-10-14
2024. IV. 17. ODT ülés Az ODT következő ülésére 2024. június 14-én, pénteken 10.00 órakor kerül sor a Semmelweis Egyetem Szenátusi termében (Bp. Üllői út 26. I. emelet).
Bejelentkezés
