مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

مطالعه تجربی و آماری الیاف برش نخورده در سوراخکاری چندلایه های الیافی-فلزی GLARE و CARALL

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران
2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
3 عضو هیئت علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آیت الله بروجردی، بروجرد، ایران
10.22034/ijme.2026.555124.2145
چکیده
چند ‌لایه‌های الیافی- فلزی (FML) از خانواده‌های GLARE و CARALL به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا و عملکرد مکانیکی مطلوب در صنایع پیشرفته‌ای مانند خودروسازی به‌طور گسترده استفاده می‌شوند، اما سوراخ‌کاری آن‌ها همچنان چالشی اساسی در تضمین کیفیت سطح و یکپارچگی سازه‌ای است. در این پژوهش،تحلیل چند عاملی الیاف برش نخورده و کیفیت سطح سوراخ در نمونه‌های GLARE و CARALL تحت شرایط کنترل ‌شده سوراخ‌کاری مورد بررسی مقایسه‌ای قرار گرفت. برای این منظور،آزمایش‌ها بر پایه طرح عاملی کامل با سه سطح برای سرعت دورانی rpm 1000،1600 و 2500،نرخ پیشروی mm/min 8، 16 و 25 و قطرابزار mm 3، 5 و 7 انجام شد. نتایج نشان داد که نمونه‌های CARALLبه‌طورمعناداری مقدار الیاف برش نخورده کمتر و کیفیت سطح بالاتری نسبت به GLAREارائه می‌دهند که به سفتی بالاتر،چسبندگی قوی‌تر الیاف-ماتریس و پایداری حرارتی بهتر الیاف کربن نسبت داده می‌شود. در GLARE، حساسیت بیشتری نسبت به تغییر نرخ پیشروی وقطر ابزار مشاهده شد، به‌طوری‌که افزایش نرخ پیشروی منجر به تشدید الیاف برش نخورده و زبری سطح گردید. تحلیل نیرو-زمان نشان داد که افزایش سرعت دورانی به کاهش نیرو و بهبود کیفیت سطح درهردوسیستم منجر می‌شود، هرچند اثر آن در GLARE بارزتر بود. همچنین اثر قطر ابزار الگوی غیرخطی نشان داد؛ قطرهای کوچک‌تر باعث کاهش الیاف برش نخورده شدند اما در قطرهای بزرگ‌تر نیروی محوری و آسیب لایه‌ای افزایش یافت. نتایج بیانگربرتری نسبی CARALL در مقاومت در برابر الیاف برش نخورده ودستیابی به کیفیت سطح مطلوب است ومی‌تواندراهنمایی برای انتخاب پنجره‌های عملیاتی کم‌آسیب در اتصالات مکانیکی FML ها فراهم کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental and Statistical Study of Uncut Fibers in Drilled Fiber-Metal Laminates GLARE and CARALL

نویسندگان English

Ramin Beyranvand 1
Mehdi Ansari 1
Alborz Mohebi 2
Mohammad Kashfi 3
1 Faculty of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran
چکیده English

Fiber–metal laminates (FMLs) of the GLARE and CARALL families are widely utilized in advanced industries such as automotive and aerospace due to their high strength-to-weight ratio and favorable mechanical performance. However, drilling these hybrid laminates remains a fundamental challenge in ensuring hole-surface quality and structural integrity.In this study, a multifactorial analysis of uncut fibers and hole-surface quality in GLARE and CARALL laminates was conducted under controlled drilling conditions. For this purpose, a full factorial experimental design was employed with three spindle speeds(1000, 1600, and 2500 rpm),three feed rates(8, 16, and 25 mm/min), and three tool diameters(3, 5, and 7 mm).The results indicated that CARALL samples exhibited significantly lower amounts of uncut fibers and superior hole-surface quality compared to GLARE, which is attributed to the higher stiffness, stronger fiber–matrix interfacial bonding, and improved thermal stability of carbon fibers.GLARE showed greater sensitivity to changes in feed rate and tool diameter, where increasing the feed rate intensified the formation of uncut fibers and increased surface roughness. Force–time analysis revealed that increasing spindle speed reduced thrust force and improved hole-surface quality in both systems, although the effect was more pronounced in GLARE.The influence of tool diameter demonstrated a nonlinear trend:smaller diameters reduced the presence of uncut fibers, whereas larger diameters led to increased thrust force and interlaminar damage. Overall, the findings confirm the superior resistance of CARALL to uncut-fiber formation and its ability to maintain higher hole quality.These insights provide valuable guidelines for selecting low-damage process windows for mechanical fastening of FML structures.

کلیدواژه‌ها English

Fiber–metal laminates
composite drilling
uncut fibers
hole surface quality
machining parameters

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 اردیبهشت 1405