English to Thai: Laser beam machining of carbon fiber reinforced composites: a review
General field: Tech/Engineering
Detailed field: Engineering (general) | |
Source text - English
Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites gained wide acceptance in aerospace, automotive and marine industries due
to their superior properties. It became the major structural material that substitutes metals in many weight-critical components
such as the new A350 and the B787 aircrafts, with composite content to exceed the 50%. Although CFRP structures are
manufactured to near-net-shape, edge trimming, drilling, sawing, milling, and grinding operations are unavoidable. Being
anisotropic, inhomogeneous and highly abrasive, their conventional machining is normally associated with delamination, fibers
pull-out, inadequate surface quality, and tool wear. Other nontraditional processes which include abrasive water jet machining
(AWJM), ultrasonic machining (USM), and electrodischarge machining (EDM) offer substitute to the conventional methods.
Laser beam machining (LBM) is an emerging technology offering an excellent alternative for machining CFRP composites. This
paper reviews the research work carried out in the area of LBM of CFRP materials. It reports the experimental and theoretical
studies covering the process accuracy in terms kerf width, kerf depth and edge quality, and the thermal characteristics in terms of
heat-affected zone (HAZ). Minimizing the kerf taper, increasing kerf depth, and eliminating the HAZ in the polymer matrix are
considered the major obstacles of CFRP industrial applications. Methods of improving the machining productivity by reducing
the machining time and increasing the material removal rate (MRR) and kerf depth are reviewed. Several mathematical and
statistical modeling and optimization techniques have been critically examined. The concept of specific energy and its impact on
HAZ and kerf width is introduced. The relationship between laser type and HAZ is discussed. The current work furthermore
outlines the possible trends for future research. | Translation - Thai
การทบทวน : การตัดคาร์บอนไฟเบอร์ด้วยเลเซอร์
บทคัดย่อ
คาร์บอนไฟเบอร์ (Carbon fiber reinforced polymer:CFRP) เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมยานยนตร์ อุตสาหกรรมทางทะเล เนื่องมาจากคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม. คาร์บอนไฟเบอร์เข้ามาแทนที่โลหะเป็นส่วนใหญ่ในงานชนิดที่เป็นส่วนประกอบที่รับน้ำหนักมาก ตัวอย่างเช่น อากาศยาน A350 และ B787 ซึ่งมีองค์ประกอบของวัสดุคอมโพสิตเกิน 50 เปอร์เซ็น. ถึงแม้ว่าโครงสร้าง CFRP ถูกผลิตให้ได้รูปร่างใกล้เคียงกับรูปร่างสุดท้ายที่ต้องการ ดังนั้นจึงไม่สามารถเลี่ยงกระบวนการ การตัดขอบ การเจาะ การเลื่อย การมิลลิ่งไปได้. การเป็นวัสดุแอนไอโซโทรปิกที่เนื้อวัสดุไม่เป็นเนื้อเดียวกันและมรความสามารถขัดสีได้สูงทำให้โดยปกติการกำจัดเนื้อวัสดุด้วยวิธีการดั้งเดิมจะเกิดความเสียหาย การแยกชั้นของผิว เส้นใยภายในหลุดออกมา สภาพพื้นผิวไม่ดีพอ และการสึกหรอของเครื่องมือตัด. กระบวนการการกำจัดเนื้อวัสดุด้วยวิธีการไม่ดั้งเดิมอื่นๆได้แก่ กระบวนการตัดด้วยน้ำแรงดันสูงผสมผงกัด (abrasive water jet machining:AWJM) กระบวนการตัดด้วยอัลตราโซนิค (ultrasonic:USM) และกระบวนการตัดด้วยกระเเสไฟฟ้า (electrodischarge machining:EDM) ซึ่งสามารถมาแทนที่กระบวนการแบบดั้งเดิมได้ สำหรับกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ (laser beam machining:LBM) นั้นเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่เข้ามาเป็นทางเลือกที่ดีเยี่ยมสำหรับการตัด CFRP. งานวิจัยนี้ทบทวนงานวิจัยในส่วนการทำ LBM กับวัสดุ CFRP ที่วิจัยสำเร็จแล้ว โดยรายงานการทดลองและการศึกษาเชิงทฤษฎีคลอบคลุมความถูกต้องของกระบวนการผ่านค่าตัวแปรของรอยตัด (kerf) ความกว้างรอยตัด ความลึกรอยตัด และคุณภาพขอบตัด และอธิบายคุณสมบัติทางความร้อนในรูปแบบบริเวณกระทบร้อน (heat-affected zone). การลดค่าความเอียงรูตัดให้ต่ำที่สุด การเพิ่มความลึกรอยตัด และการกำจัดบริเวณกะทบร้อนในเนื้อวัสดุนับเป็นอุปสรรคหลักในการใช้ CFRP ของอุตสหกรรม. วิธีการปรับปรุงผลิตภาพของการกำจัดเนื้อวัสดุทำได้โดยการ ลดเวลากำจัดเนื้อวัสดุและเพิ่มอัตราการกำจัดเนื้อวัสดุ (material removal rate:MRR) รวมไปถึงค่าความลึกรอยตัด จะถูกทบทวนในบทวิจัยนี้. แบบจำลองทางคณิตศาสตร์และสถิติจำนวนหนึ่ง รวมถึงเทคนิคการหาจุดที่ดีที่สุดได้ถูกวิเคราะห์อย่างจริงจัง. มีการอธิบายแนวคิดของพลังงานจำเพาะที่ส่งผลกระทบต่อ HAZ และความลึกรอยตัด อีกทั้งความสัมพันธ์ระหว่างชนิดของเลเซอร์และ HAZ ได้ถูกกล่าวถึง และงานวิจัยในปัจจุบันยังมีร่างภาพสำหรับแนวโน้มงานวิจัยในอนาคตอีกด้วย |
Expertise