برش كامپوزیت ها

[mim-shimi 25,686]

عملیات برش برای دستیابی به ابعاد موردنظر و یا ساخت اجزای گوناگون از یك ماده خام به كار میرود. گاهی اوقات از عملیات برش برای ساخت اجزایی به شكل تور (شبكه) استفاده میشود. بیرون زدگی ها، راه گاه ها و لبه های برش حاصل از فرآیند ریخته گری، با عملیات برش از بین میروند. به عنوان مثال، در فرآیند ریخته گری تحت فشار قطعات الكترونیكی یا قطعات خودرو، لبه های برش در حالی كه هنوز قطعه داغ است به وسیله سوهان صاف میشوند.

عملیات برش با اره آهن بر دستی، كمان اره، اره گرد، سوهان ساینده، صاف كننده سطح و غیره انجام میشود. برای افزایش مقاومت در برابر سایش، ابزار برش با الماس پوشش داده میشود. در عملیات ماشین كاری، سرعت برش باید تا حدی باشد كه زمینه ماده تحمل برش با كیفیت بهتر را داشته باشد. سرعت برش بالاتر به مفهوم اعمال نیروهای برشی عمودی كمتر در قطعه است كه باعث كاهش مقدار صدمات حاصل از فرآیند ساخت میشود. امروزه برش با جریان سریع آب (water jet) و لیزر اهمیت بیشتری پیدا كرده است.

 

 

 

 

 

برش با جریان سریع آب

برش با جریان سریع آب، روشی برای ماشین كاری كامپوزیت ها و همچنین ماشین كاری صفحات فولادی و آلومینیومی است. در این روش، آب با سرعت زیاد از یك سوراخ با قطر كمبه سمت بیرون پاشیده میشود. با پاشش آب به صورت فواره روی سطح قطعه، در اثر ایجاد تنش های موضعی و سایش، قطعه بریده میشود. در روش برش با جریان سریع آب، از فشارهای بالای 400 مگاپاسكال استفاده میشود. معمولاً سرعت آب حدود m/s 800 و قطر افشانك در حدود 25/0 میلی متر است.

برای افزایش سرعت برش و همچنین فراهم كردن امكان برش لایه های ضخیم كامپوزیتی، معمولاً ذرات ساینده كوچكی به آب اضافه میشود. نازل خروج آب (افشانك آب) ثابت است و قطعه به وسیله جك هیدرولیك حركت می كند. عوامل مؤثر بر برش در این روش عبارتند از:

- فشار جریان آب

- سرعت برش

- ضخامت لایه (نمونه)

- قطر سوراخ افشانك

به منظور بررسی كارایی روش برش با جریان سریع آب، این روش روی كامپوزیت های دوجهته گرافیت/اپوكسی و بور/اپوكسی، گرافیت/اپوكسی و شیشه/اپوكسی، گرافیت/اپوكسی و كولار/اپوكسی مورد آزمایش قرار گرفته است. در تمام این آزمایش ها، فاصله نازل از سطح ثابت و در حدود 175/3 میلی متر بود. نتایج حاصله نشان می دهند كه برش كاری با قطر دهانه نازل كمتر، برش های ظریف تر و تمیزتری ایجاد می كند ولی برای برش قطعات با ضخامت بیشتر به قطر دهانه نازل بزرگتری نیاز است. همچنین مشخص شد كه فشار نازل بیشتر و سرعت عبور كمتر، برش بهتری ایجاد می كند.

در این آزمایش برای كامپوزیت كولار لبه صافی به دست آمد، در حالیكه كامپوزیت بور، خشن ترین كیفیت برش را داشت. تمایل بیشتر رشته های قوی و سخت بور به شكستن تا بریده شدن، باعث میشود كه الیاف بور از سطح برش بیرون زده و سطح زبری را تشكیل دهند. نتایج این آزمایش ها نشان دادند كه نمونه های كامپوزیتی را میتوان بدون تولید هرگونه گرد و خاك و با شدت صدایی كمتر از 80 دسی بل، با استفاده از جریان سریع آب برید؛ البته از احتمال جذب آب نباید چشم پوشی كرد. مقداری از آب خروجی از افشانك در اطراف قطعه راكد می ماند و از كنار به بین لایه های الیاف نفوذ می كند و باعث لایه ای شدن در امتداد طول شكاف میشود.

برش با لیزر

در برش كاری با لیزر، یك اشعه نور تك رنگ تقویت شده رد نقطه ای به اندازه 1-1/0 میلی متر روی قطعه كار متمركز میشود. عملیات برش از طریق ذوب موضعی، تبخیر و تجزیه شیمیایی اتفاق می افتد. به علت خطر قرار گرفتن در برابر تشعشعات ولتاژ بالا و بخارات خطرناك، كار كردن با لیزر به تخصص نیاز دارد. معمولاً اشعه لیزر در مناطق برش به رزین صدمه می زند و ممكن است بر میز كار هم تأثیر بگذارد. سیستم تهویه مناسب، در حین عملیات برش با لیزر ضروری است.

برش گرمانرم ها و گرماسخت های تقویت نشده بسیار آسان تر از كامپوزیت های تقویت شده است. برش گرمانرم ها با لیزر باعث ذوب موضعی میشود، در حالی كه برش گرما سخت ها سبب تبخیر موضعی و تجزیه شیمیایی خواهد شد. وقتی كه تقویت كننده ها درون رزین باشند، درجه حرارت بسیار بالایی برای تبخیر الیاف لازم است. دمای تبخیر الیاف كربن 3300 درجه سانتی گراد، الیاف شیشه نوع E معادل 2300 درجه و الیاف آرامید 950 درجه سانتی گراد است. نیاز به دمای بالا برای بریدن پلاستیك های تقویت شده، سبب از بین رفتن موضعی زمینه میشود.

برش با لیزر الیاف پیش آغشته، لبه ای تیز و تمیز با تغییر رنگ كم را در سرعتی غیرقابل رقابت نسبت به روش های دیگر برش ایجاد می كند. با به كارگیری امواج پیوسته لیزرهای CO2 با قدرت 250 وات، سرعت برشكاری یك لایه بور/اپوكسی شكل داده نشده در حدود 5/7 متر در دقیقه و برای الیاف پیش آغشته تك لایه كولار حدود 10 متر در دقیقه خواهد بود. برش كامپوزیت های شكل داده شده، به قدرت لیزر بالاتری نیاز دارد و معمولاً در لبه ها حالت زغالی (تیره رنگ) مشاهده میشود. در مواد با ضخامت كمتر میتوان حالت زغالی شدن (تیره شدن) را با افزایش سرعت برش كاری كاهش داد. لیزری با قدرت یك كیلووات میتواند یك لایه كولار/اپوكسی با ضخامت پنج میلی متر را برش دهد. اگر ضخامت لایه 6/7 میلی متر باشد، زغالی شدن بیشتر خواهد بود.

 

منبع : فصلنامه کامپوزیت

[mim-shimi 25,686]

عملیات برش برای دستیابی به ابعاد موردنظر و یا ساخت اجزای گوناگون از یك ماده خام به كار میرود. گاهی اوقات از عملیات برش برای ساخت اجزایی به شكل تور (شبكه) استفاده میشود. بیرون زدگی ها، راه گاه ها و لبه های برش حاصل از فرآیند ریخته گری، با عملیات برش از بین میروند. به عنوان مثال، در فرآیند ریخته گری تحت فشار قطعات الكترونیكی یا قطعات خودرو، لبه های برش در حالی كه هنوز قطعه داغ است به وسیله سوهان صاف میشوند.

عملیات برش با اره آهن بر دستی، كمان اره، اره گرد، سوهان ساینده، صاف كننده سطح و غیره انجام میشود. برای افزایش مقاومت در برابر سایش، ابزار برش با الماس پوشش داده میشود. در عملیات ماشین كاری، سرعت برش باید تا حدی باشد كه زمینه ماده تحمل برش با كیفیت بهتر را داشته باشد. سرعت برش بالاتر به مفهوم اعمال نیروهای برشی عمودی كمتر در قطعه است كه باعث كاهش مقدار صدمات حاصل از فرآیند ساخت میشود. امروزه برش با جریان سریع آب (water jet) و لیزر اهمیت بیشتری پیدا كرده است.

 

 

 

 

 

برش با جریان سریع آب

برش با جریان سریع آب، روشی برای ماشین كاری كامپوزیت ها و همچنین ماشین كاری صفحات فولادی و آلومینیومی است. در این روش، آب با سرعت زیاد از یك سوراخ با قطر كمبه سمت بیرون پاشیده میشود. با پاشش آب به صورت فواره روی سطح قطعه، در اثر ایجاد تنش های موضعی و سایش، قطعه بریده میشود. در روش برش با جریان سریع آب، از فشارهای بالای 400 مگاپاسكال استفاده میشود. معمولاً سرعت آب حدود m/s 800 و قطر افشانك در حدود 25/0 میلی متر است.

برای افزایش سرعت برش و همچنین فراهم كردن امكان برش لایه های ضخیم كامپوزیتی، معمولاً ذرات ساینده كوچكی به آب اضافه میشود. نازل خروج آب (افشانك آب) ثابت است و قطعه به وسیله جك هیدرولیك حركت می كند. عوامل مؤثر بر برش در این روش عبارتند از:

- فشار جریان آب

- سرعت برش

- ضخامت لایه (نمونه)

- قطر سوراخ افشانك

به منظور بررسی كارایی روش برش با جریان سریع آب، این روش روی كامپوزیت های دوجهته گرافیت/اپوكسی و بور/اپوكسی، گرافیت/اپوكسی و شیشه/اپوكسی، گرافیت/اپوكسی و كولار/اپوكسی مورد آزمایش قرار گرفته است. در تمام این آزمایش ها، فاصله نازل از سطح ثابت و در حدود 175/3 میلی متر بود. نتایج حاصله نشان می دهند كه برش كاری با قطر دهانه نازل كمتر، برش های ظریف تر و تمیزتری ایجاد می كند ولی برای برش قطعات با ضخامت بیشتر به قطر دهانه نازل بزرگتری نیاز است. همچنین مشخص شد كه فشار نازل بیشتر و سرعت عبور كمتر، برش بهتری ایجاد می كند.

در این آزمایش برای كامپوزیت كولار لبه صافی به دست آمد، در حالیكه كامپوزیت بور، خشن ترین كیفیت برش را داشت. تمایل بیشتر رشته های قوی و سخت بور به شكستن تا بریده شدن، باعث میشود كه الیاف بور از سطح برش بیرون زده و سطح زبری را تشكیل دهند. نتایج این آزمایش ها نشان دادند كه نمونه های كامپوزیتی را میتوان بدون تولید هرگونه گرد و خاك و با شدت صدایی كمتر از 80 دسی بل، با استفاده از جریان سریع آب برید؛ البته از احتمال جذب آب نباید چشم پوشی كرد. مقداری از آب خروجی از افشانك در اطراف قطعه راكد می ماند و از كنار به بین لایه های الیاف نفوذ می كند و باعث لایه ای شدن در امتداد طول شكاف میشود.

برش با لیزر

در برش كاری با لیزر، یك اشعه نور تك رنگ تقویت شده رد نقطه ای به اندازه 1-1/0 میلی متر روی قطعه كار متمركز میشود. عملیات برش از طریق ذوب موضعی، تبخیر و تجزیه شیمیایی اتفاق می افتد. به علت خطر قرار گرفتن در برابر تشعشعات ولتاژ بالا و بخارات خطرناك، كار كردن با لیزر به تخصص نیاز دارد. معمولاً اشعه لیزر در مناطق برش به رزین صدمه می زند و ممكن است بر میز كار هم تأثیر بگذارد. سیستم تهویه مناسب، در حین عملیات برش با لیزر ضروری است.

برش گرمانرم ها و گرماسخت های تقویت نشده بسیار آسان تر از كامپوزیت های تقویت شده است. برش گرمانرم ها با لیزر باعث ذوب موضعی میشود، در حالی كه برش گرما سخت ها سبب تبخیر موضعی و تجزیه شیمیایی خواهد شد. وقتی كه تقویت كننده ها درون رزین باشند، درجه حرارت بسیار بالایی برای تبخیر الیاف لازم است. دمای تبخیر الیاف كربن 3300 درجه سانتی گراد، الیاف شیشه نوع E معادل 2300 درجه و الیاف آرامید 950 درجه سانتی گراد است. نیاز به دمای بالا برای بریدن پلاستیك های تقویت شده، سبب از بین رفتن موضعی زمینه میشود.

برش با لیزر الیاف پیش آغشته، لبه ای تیز و تمیز با تغییر رنگ كم را در سرعتی غیرقابل رقابت نسبت به روش های دیگر برش ایجاد می كند. با به كارگیری امواج پیوسته لیزرهای CO2 با قدرت 250 وات، سرعت برشكاری یك لایه بور/اپوكسی شكل داده نشده در حدود 5/7 متر در دقیقه و برای الیاف پیش آغشته تك لایه كولار حدود 10 متر در دقیقه خواهد بود. برش كامپوزیت های شكل داده شده، به قدرت لیزر بالاتری نیاز دارد و معمولاً در لبه ها حالت زغالی (تیره رنگ) مشاهده میشود. در مواد با ضخامت كمتر میتوان حالت زغالی شدن (تیره شدن) را با افزایش سرعت برش كاری كاهش داد. لیزری با قدرت یك كیلووات میتواند یك لایه كولار/اپوكسی با ضخامت پنج میلی متر را برش دهد. اگر ضخامت لایه 6/7 میلی متر باشد، زغالی شدن بیشتر خواهد بود.

 

منبع : فصلنامه کامپوزیت