MMC Magazine

2011 yılında Boeing 787'nin piyasaya sürülmesinden bu yana CFRP'nin uygulaması uçak gövdeleri, ana kanatlar ve diğer uçak parçaları için yeni bir malzeme olarak günden güne arttı. Metallerden farklı olarak CFRP, karbon fiber ve reçineden üretilmektedir ve bu yeni malzemenin işlenmesi yeni teknikler gerektirmektedir. Bu önemli malzeme için işleme tekniklerinin geliştirilmesi sürecine dahil olan Gifu Havacılık Grubu personeliyle röportaj yaptık.

CFRP'yi delmede karşılaşılan spesifik sorunlar neler?

– Gelişimin arka planı nedir?

Yanagida: Mitsubishi Materials, 10 yılı aşkın bir süredir CFRP işlemek üzere müşterilerine matkap uçları teslim ediyor. Yıllar içinde biriktirdiğimiz bilgiyle geniş bir CFRP malzemesi yelpazesine uygulanabilen geniş bir çözüm aralığı sunmak üzere matkap ucunun işlevselliğini iyileştirdik.
CFRP'de karbon fiber katmanları ve ısıl işleme tabi tutulmuş reçine bulunuyor. CFRP'nin ağırlığı çeliğin dörtte biriyken bu malzeme çelikten 10 kat daha sağlam. Ayrıca aşınmaya dirençli, ısıya dirençli ve son derece rijit. Karbon fiber katman sert ve kırılganken reçine katman yumuşak ve oynanabilir yapıdadır.

Yamamoto: İşte bu yüzden CFRP işleme, metal işlemeden temelden farklı bir durum yaratmaktadır. CFRP delme sırasında karşılaşılan genel kusurlar kesilmemiş elyaf oluşumu, katmanlı yapıdan ötürü katlar arası ayrışma ve sıvanan CFRP ve metalin karşı karşıya kalmasıdır. (karşı laşmanın nedeni karbon bölümdeki deliğin kenarlarının matkap ucunun talaş kanallarından yukarı doğru çıkan metal talaşlarından dolayı aşınmasıdır). Bu projede kusurlara neden olan teknik mekanizmaları iyice incelemek için bu olayları kontrol ederek başladık.

Yanagida: Uçak parçaları için kullanılan iki tip CFRP malzemesi bulunuyor. Birinde ısı ile sertleşen özellikli reçineler bulunurken diğerinde alüminyum ve titanyum katlar halinde CFRP'yi oluşturan bileşik malzemedir Diğer bir yandan iki temel işleme yöntemi vardır işleme merkezi yardımıyla otomatik işleme ve diğeri el aletleri kullanarak delme. Bu farklı malzemeler ve işleme yöntemlerinden dolayı her bir proses için uygun tek bir matkap ucu tipi oluşturmak son derece zordur. Dolayısıyla bu projede geniş CFRP malzeme yelpazesi için yedi farklı matkap ucu içeren MC serisini geliştirdik ve Nisan 2017'de piyasaya sürdük.

Kat kat malzemelerin bir birine zorluk çıkarmasını azaltmak için MCA Helis kanal yapısı

– Bu yedi üründen bazılarını anlatır mısınız?

Yanagida: Size iki tip göstereyim, MCA ve MCC. MCA, CFRP ve alüminyum katlı malzemelere yönelik bir matkap ucu. Geçtiğimiz 10 yılda özel ürünler olarak piyasada bulunan CFRP matkap uçlarının performansını önemli ölçüde iyileştirmeye çalıştık. Genelde karbon fiber ve alüminyumdan oluşan kat kat malzemeleri deliyoruz ve bunların aynı matkap ucuyla işlenebilirliği tamamen farklı. Asıl problem bir birini zorlama olarak anılan durum. Matkap ucu CFRP'ye nüfuz ettiğinde ve alüminyum tabakayı işlediğinde, çıkan alüminyum talaşlar CFRP yüzeyini kesebiliyor. Sonuç olarak CFRP'deki ve alüminyum katlarda delik çapları farklılaşır. Bunu önlemek için MCA matkap ucunun helis kanalı tasarımını değiştirdik.

Yamamoto: Kanalların genişliğine odaklandık. Helis kanalı genişliği genelde matkap ucunun helis uzunluğunca aynıdır, bununla birlikte MCA'nın helis kanalları kesici uçtan üste doğru kademeli olarak genişler. Öncelikle oluşan talaşların kompakt hale gelmesi için dar helis kanalları tasarladık, daha sonra talaşların deliğin yüzeyini bozmadan helis kanallarından akması için bunları genişlettik.

Yanagida: Talaşların sorunsuz atılması için Mitsubishi Materials MWS derin delik deme teknolojisini uyguladık. Kat kat malzemelerin ve derin deliklerin işlenmesinde yaygın bir problem olan deliğin yüzey kalitesini iyileştirmek için bu gerekiyordu. MCA matkap ucunu geliştirmek için ayrıca otomobil tekerlek göbeklerini işlemek için kullanılan MHE matkap uçlarının teknolojisini kullandık. MHE matkap uçları otomobilin dingil ve tekerleklerini bağlayan göbeklerin üzerindeki cıvata deliklerini açmak için kullanılır. Her bir göbekteki delik çapı boyutu son derece hassastır ve deliklerin yüzey kalitesinin oldukça yüksek olması gerekir. Talaşların göbeğin yüzeyine zarar vermesini önlemek için MHE'nin helis kanallarının normal matkap uçlarından daha dar olması gerekir.

Yamamoto: Sonuç olarak MCA'da MWS ve MHE matkap uçlarının özellikleri ve bilgi birikimi kullanılmıştır. Yani genele bakıldığında matkap ucu öncelikle helis kanalının dar kısmından akan küçük talaşlar oluşturur. Daha sonra talaşlar helis kanalının genişletilmiş üst kısmına yönlendirilir ve deliğin duvarlarına zarar vermeden dışarı atılır.

Pozitif Kenar Kesme Kalitesine Öncelik Verir

– Lütfen bize MCC delme ucunun gelişiminin arka planından söz edin.

Yamamoto:  MCC özellikle CFRP işleme için tasarlandı ve uçak ve uzay sanayi parçalarında ayrıca katlı malzemeler de de kullanıyor. Otomobil ve rüzgar Enerji endüstrileri de CFRP malzemeler kullanıyor. CFRP malzemeleri işleyen müşteriler genelde ince plakalara delik açmaya ihtiyaç duyuyor.

Yanagida: CFRP yi delerken deliğin sonunda meydana gelen ayrışmanın azaltılması en büyük sorundu. CFRP'de deliğin çıkışında katlı malzemelerde bulunan metal katman bulunmuyor ve dolayısıyla bir birini bozma yaşanmıyor. Bununla birlikte deliğin çıkışı parçalanabilir; buda matkap ucunun CFRP katmanına girdiğinde üretilen kesme direnci için yardımı engeller, deliğin çıkışında çapaklanma oluşur.

Yamamoto: Daha pürüzsüz CFRP işleme ve katmanlar arası ayrışmayı önlemeye yönelik daha düşük kesme direnci için MCC matkap uçlarının keskinliğine öncelik verdik. MCC matkap uçlarının en önemli özelliği keskin kenarıdır. Matkap uçları geleneksel olarak bükülme direncine öncelik vermek ve takım ömrünü uzatmak için negatif bir dalma açısına sahiptir. Bununla birlikte negatif dalma açısı sert karbon fiber katmanları pürüzsüz biçimde kesemez, yani MCC delme ucu daha keskin bir geometriden yararlanır. CFRP'yi sorunsuz bir şekilde keserken katlar arası ayrışmayı ve deliğin çıkışında kesilmemiş fiber oluşumunu azaltır. Ayrıca 90 derece kenar açısı, delme işleminin başındaki baskıyı azaltır, böylece yine katlar arası ayrışmanın azaltılmasına yardımcı olur.

– Kaplamanın özellikleri neler?

Yamamoto: CFRP'de kaplamasız sinterlenmiş karbür matkap uçlarıyla delme işlemine başladıktan hemen sonra aşınmaya neden olan mekanik yapısal özellikler bulunur.. Bununla ilgili olarak aşınma direncini arttırmak için MCA ve MCC matkap uçlarına CVD elmas kaplama uyguladık.

Yanagida:  Matkap ucunun kenar keskinliğini azamiye çıkarmak için kenarın formunu ve elmas kaplama partiküllerinin boyutunu ölçüp biçtik. Mitsubishi Materials'ın yeni CVD elmas kaplama partikülleri son derece ince; böylece yapışma önemli ölçüde artıyor ve takım ömrünü geleneksel kaplamalara kıyasla yaklaşık 10 kat arttıra biliyoruz.

– Keskinliği iyileştirmek için ne yaptınız?

Yamamoto:  Önceliğimiz olan keskinliği iyileştirme konusuyla ilgili olarak kenarı işlemek ve helis, dalma ve boşluk açılarını azamiye çıkarmak için en iyi yöntemi aradık; bunlar matkap uçlarının temel unsurlarıdır. Matkap ucunun zarar görmesini önlemek üzere en iyi uyumu belirlemek için farklı açı kombinasyonlarını inceledik. Genel olarak bu açılar ne kadar büyük olursa keskinlik o derece artıyor. Bununla birlikte sinterlenmiş karbür gevrek bir malzeme ve bükülme direnci sınırlı. Ayrıca matkap ucu ve elementleri kombinasyonu ve malzemeler nihai performansı belirliyor, yani etkinliği görebilmek için matkap uçlarını tekrar tekrar test etmek durumunda kaldık.  Keskinliği arttırmak adına daha önce bahsettiğim kenar işleme konusu ayrıca önemlidir. Mitsubishi Materials'ın ürettiği geleneksel matkap uçlarında ön kaplama işleminden dolayı kenarlarda minik bozulmalar bulunuyor. Ançak MCC matkap ucu için kenar işleme geleneksel matkap uçlarından tamamen farklı; böylece gerçekten pürüzsüz, düzgün bir kenar oluşturmak mümkün olabiliyor. Bu yeni kenar işleme yöntemini kullanmak, keskinlik ve sağlamlık hedeflerimize ulaşmamızı mümkün kıldı, böylece takım ömrünü uzattık ve delik kalitesini iyileştirdik.

Yanagida: MC serisinin gelişimine katkıda bulunmak için Avusturya'da Viyana Teknoloji Üniversitesiyle (TU Wien) ortak bir araştırma yaptık. Matkap uçlarının üzerinde farklı kaplama kalınlıklarına, kenar formlarına ve dalma açılarına sahip prototiplerle işleme testleri yapmamız gerektiğinde TU Wien'den iş birliği talep ettik ve onlardan çok şey öğrendik. İnanıyoruz ki bu büyük yeniliğin başarılmasında bunun kayda değer katkıları oldu.

Yeni Malzemelerin Geliştirilmesinde Yaşanan Zorluklar ve Başarılar

– MCC matkap ucunu geliştirirken ne gibi zorluklarla karşılaştınız?

Yamamoto: Karşılaştığımız zorluklar bir yana, CFRP işlemenin zorlukları hakkında bir şeyler öğrenmekten keyif aldık. Ekim 2016'da kurulduğunda MCC matkap ucu geliştirme çalışmalarına başlamak üzere Gifu Havacılık ve Uzay Grubu, Havacılık ve Uzay Departmanına transfer edildim. Metaller için matkap uçları geliştirilmesi konusunda tecrübeliydim ancak ilk kez CFRP matkap uçları üzerinde çalışıyordum.

Yanagida: Bu departmandaki aralarında Yamamoto'nun da bulunduğu geliştiriciler prototipleri yarattı. Kesme açıları, hız ve bileme taşı dahil olmak üzere en iyi koşullar altında takım taşlama makinelerimizi kendimiz kullanıyoruz ve mühendis olarak algımızı geliştirdikçe prototip oluşturmaya devam ediyoruz.

Yamamoto: Keskinlik konusuna öncelik vererek taşlama koşullarımızı tekrar tekrar gözden geçirdik. Bu prosesler sırasında diğer testler için gelecek vadeden prototipleri belirledik ve müşterilerimizden bunların kalite ve performansını değerlendirmelerini istedik. "Bunlar halihazırda kullandığımız matkap uçlarından çok daha iyi" cümlesini duydukça doğal olarak memnun olduk.

Yanagida: Prototipleri kendimiz tasarladığımız, ürettiğimiz ve test ettiğimiz için performanstaki en küçük değişimi bile derhal fark edebiliyoruz. Yamamoto, MMC prototiplerini yarattı ve bunun için ürün geliştirmeye uyguladığı bazı fikirleri vardı. Böylece olağanüstü ürünler sunma kapasitemiz iyileşti.

– CFRP malzemeler için geleceğe yönelik matkap ucu geliştirme planlarınızdan bahseder misiniz?

Yanagida: Uçak parçalarının üretimindeki kritik koşul güvenliktir. Uzun takım ömrü de önemli bir hedeftir ancak deliğin kalitesi öncelikli olandır ve biz, her ikisinin de üstesinden gelmeye çalışıyoruz. CFRP'nin sağlamlığının iyileşeceğini ve paslanmaz çelikle kombine edilen yeni birleşik malzemelerin çoğalmasıyla genel olarak malzemelerin işlenmesinin zorlaşacağını öngörüyoruz. Mitsubishi Materials, karbon fiber üreticileri ile ortak araştırmalar yapmaya ve sürekli değişmekte olan pazar ihtiyaçlarına cevap verebilme yeteneği ve CFRP işleme konusunda anlayışımızı derinleştirmek için kesici uç araştırmaları ile muşgul ünüversiteler ile çalışmaya devam ediyor.

– Röportajımızı sonlandırırken müşterilerimize söylemek istediğiniz bir şey var mı?

Yanagida: JIS ve ISO henüz CFRP yapılarını sınıflandırmadı. Birçok farklı karbon fiber reçine, kalınlık ve örgü yöntemi bulunuyor. Bu nedenle deliklerin en yüksek kalitede olmasını sağlamak için kullanılan malzemeye uyarlanan matkaplar gereklidir.. Müşterilerimizi memnun etmeye hazırız, lütfen bize ulaşmaktan çekinmeyin.

Yamamoto: MC serisi katalogda standart ürünler kapsamında listeleniyor. Bununla birlikte MC serisinin her bir 
müşteri için ayrıca şekillendirilmesi gerektiğine inanıyorum. Müşterilerin ihtiyaçlarını hızla ve etkili biçimde karşılamaya çalışıyoruz, lütfen bize danışmaktan çekinmeyin.