Komposiittiosan koneistettu paksuus ja pinnankarheus
Turja, Pyry (2018)
Turja, Pyry
Tampereen ammattikorkeakoulu
2018
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018061513964
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018061513964
Tiivistelmä
Työn tarkoitus oli tutkia hiilikuitukomposiitista valmistetun testiosan koneistusominaisuuksia, koneistettua paksuutta ja pinnankarheutta sekä aihetta käsittelevän tutkimustiedon että testiosan koneistamisen avulla. Paksuutta koneistamalla saatiin tietoa koneistusprosessissa syntyvistä epätarkkuuksista.
Työn tavoitteina oli saada käyttökelpoista mittausdataa koneistusprosessin lopputuloksesta, selvittää koneistetun hiilikuitukomposiitin pinnan mikrorakennetta ja selvittää toimenpiteitä ja apuvälineitä, joilla koneistusprosessia voisi helpottaa tai parantaa laadun kannalta. Työ toimi myös referenssiteoksena yritykselle hiilikuitukomposiitin koneistusominaisuuksista.
Testiosasta saatiin koneistettua sileä ja muototarkka pinta. Muotovaihtelu todennettiin kuulakärkisellä mikrometrillä. Tuloksista erottuivat selkeästi muotopoikkeamat. Koneistettua pintaa mitattiin optisesti Tampereen teknillisellä yliopistolla koneistetun palan pinnankarheuden ja mikrorakenteen selvittämiseksi, ja mittauksen tulokset kirjattiin työhön.
Työn tuloksena saavutettiin 0,12 mm:n vaihteluväli koneistetulle paksuudelle. Paksuus pysyi 0,07 mm:n vaihteluvälillä samanpaksuisena 1,4 m:n radalla. Koneistettu muoto oli 0,15–0,26 mm CAD-mallia syvemmällä, mikä voi johtua koneistuskiinnittimen ja imu-urien aiheuttamasta epätarkkuudesta, kappaleen painumisesta koneistuskiinnitintä kohti tai lukuisien muiden syiden yhtälöstä. Tuloksen saavuttamiseksi vaadittiin kaksoiskaareva testiosa, vastakoneistettu kiinnitinjärjestelmä ja moniakselinen työstörata.
Työn johtopäätöksenä yrityksen koneistuskeskus ei ole välittömän uusimisen tarpeessa, mikäli asiakkailta ei tule sellaisia tilauksia, joiden koneistetun muodon toleranssit eivät ylitä tässä työssä mitattua tarkkuutta. Paksuutta koneistaessa on hyvä ottaa huomioon koneistuskiinnittimen mittatarkkuus ja asetuksista aiheutuvat epätarkkuudet. Tämän voi tehdä esimerkiksi koneistamalla paksuutta 0,26 mm:n etäisyydellä suunnitellusta pinnasta, mittaamalla kappaleen paksuus, tekemällä tulosten mukaan kompensaation pienentämisestä tai poistamisesta ja koneistamalla uudelleen. Lisäksi koneistuskeskuksen B- ja C-akseleissa voi olla jotain geometristä epätarkkuutta, ja työkalun kiinnityksessä karaan voi olla mittausongelmia, ja niiden tutkiminen tarkemmin voi olla hyödyllistä jatkotutkimusta. Tässä työssä tuotetun tiedon avulla osataan varautua virheisiin ja suunnitella paksuuden koneistusta vaativia komposiittiosia huolellisemmin.
Työn tavoitteina oli saada käyttökelpoista mittausdataa koneistusprosessin lopputuloksesta, selvittää koneistetun hiilikuitukomposiitin pinnan mikrorakennetta ja selvittää toimenpiteitä ja apuvälineitä, joilla koneistusprosessia voisi helpottaa tai parantaa laadun kannalta. Työ toimi myös referenssiteoksena yritykselle hiilikuitukomposiitin koneistusominaisuuksista.
Testiosasta saatiin koneistettua sileä ja muototarkka pinta. Muotovaihtelu todennettiin kuulakärkisellä mikrometrillä. Tuloksista erottuivat selkeästi muotopoikkeamat. Koneistettua pintaa mitattiin optisesti Tampereen teknillisellä yliopistolla koneistetun palan pinnankarheuden ja mikrorakenteen selvittämiseksi, ja mittauksen tulokset kirjattiin työhön.
Työn tuloksena saavutettiin 0,12 mm:n vaihteluväli koneistetulle paksuudelle. Paksuus pysyi 0,07 mm:n vaihteluvälillä samanpaksuisena 1,4 m:n radalla. Koneistettu muoto oli 0,15–0,26 mm CAD-mallia syvemmällä, mikä voi johtua koneistuskiinnittimen ja imu-urien aiheuttamasta epätarkkuudesta, kappaleen painumisesta koneistuskiinnitintä kohti tai lukuisien muiden syiden yhtälöstä. Tuloksen saavuttamiseksi vaadittiin kaksoiskaareva testiosa, vastakoneistettu kiinnitinjärjestelmä ja moniakselinen työstörata.
Työn johtopäätöksenä yrityksen koneistuskeskus ei ole välittömän uusimisen tarpeessa, mikäli asiakkailta ei tule sellaisia tilauksia, joiden koneistetun muodon toleranssit eivät ylitä tässä työssä mitattua tarkkuutta. Paksuutta koneistaessa on hyvä ottaa huomioon koneistuskiinnittimen mittatarkkuus ja asetuksista aiheutuvat epätarkkuudet. Tämän voi tehdä esimerkiksi koneistamalla paksuutta 0,26 mm:n etäisyydellä suunnitellusta pinnasta, mittaamalla kappaleen paksuus, tekemällä tulosten mukaan kompensaation pienentämisestä tai poistamisesta ja koneistamalla uudelleen. Lisäksi koneistuskeskuksen B- ja C-akseleissa voi olla jotain geometristä epätarkkuutta, ja työkalun kiinnityksessä karaan voi olla mittausongelmia, ja niiden tutkiminen tarkemmin voi olla hyödyllistä jatkotutkimusta. Tässä työssä tuotetun tiedon avulla osataan varautua virheisiin ja suunnitella paksuuden koneistusta vaativia komposiittiosia huolellisemmin.