Makine tezgâh gövdelerinin titreşim sönümlenmesinde kullanılabilecek kompozit malzeme tasarımının geliştirilmesi

Abstract

Makine tezgâhlarının taban ve gövdelerinde kullanılan malzemeler makine ile gerçekleştirilen işlemin hassasiyeti üzerine etkilidir. Makine kullanım ömrü ve ürün kalitesi açısından bu malzemelerin mekanik ve dinamik özelliklerinin bilinmesi ve özellikle titreşim yalıtım kabiliyeti iyi malzemelerin tercih edilmesi gerekmektedir. Bu kapsamda sıkça kullanılan malzemeler dökme demir ve çelik verilebilir. Ancak son zamanlarda bu malzemelere alternatif olarak titreşim sönüm kabiliyeti daha yüksek olan polimer matrisli kompozit malzeme olan mineral döküm ile üretilen kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Mineral döküm çeşitli formlardaki agregalar, silis kumu ve bağlayıcı olarak epoksi reçinesi içerir. Bu karışım oda sıcaklığında ve bekledikçe sertleşmektedir. Hassas ölçüm gerektiren tüm takım tezgâhlarında kullanılabilirken avantajları dolayısıyla yakın gelecekte mineral döküm modern yapı malzemesi olarak ta kullanılacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada modern takım tezgâhlarında meydana gelen titreşim problemini minimum seviyeye indirmek üzere polimer matrisli kompozit sistem geliştirilmiş ve geliştirilen sistemin titreşim karakteristikleri ile elastik modül değerleri incelenmiştir. Bu amaçla farklı kompozit malzeme karışım reçeteleri hazırlanmış, çeşitli formlarda hazırlanan agrega ve kumlar endüstride kullanım sıklığı da dikkate alınarak bu çalışmada tercih edilmiştir. Titreşim testleri için karışım reçetelerinden 20x25x480 mm3 ebatlarında çeşitli sayılarda kiriş test numuneleri, basma testleri için ise aynı karışım reçetelerinden boyu 100 mm olan Ø50 mm'lik silindirik test numuneleri hazırlanmıştır. Deneysel modal analiz yöntemiyle her bir kirişin doğal frekans ve sönüm oranları, Frekans Cevap Fonksiyonu (FRF) yardımıyla sonuçlar elde edilmiş, basma test sonuçlarıyla elastik modül değerleri ile kıyaslanmıştır. Araştırmada elde edilen bulgulara göre titreşim sönümleme verileri ile elastik modül değerleri dikkate alındığında kompozit yapının titreşim sönümleme kabiliyetine etki eden en önemli faktörün kompozit yapı içerisindeki çakıl taşı ve epoksi oranlarının olduğu sonucuna varılmıştır.

The materials used in the bases and bodies of the machine benches are effective on the precision of the process performed by the machine. In terms of machine service life and product quality, it is necessary to know the mechanical and dynamic properties of these materials and especially materials with good vibration isolation capability should be preferred. In this context, commonly used materials can be given cast iron and steel. However, as an alternative to these materials, composite materials produced by mineral casting, which is a polymer matrix composite material with higher vibration absorption capability, have been developed recently. Mineral casting contains aggregates in various forms, silica sand and epoxy resin as a binder. This mixture hardens at room temperature and while waiting. While it can be used in all machine tools that require precise measurement, it is thought that mineral casting will be used as a modern building material in the near future due to its advantages. In this study, a polymer matrix composite system was developed in order to minimize the vibration problem occurring in modern machine tools, and the vibration characteristics and elastic modulus values of the developed system were investigated. For this purpose, different composite material mixture recipes were prepared, and aggregates and sands prepared in various forms were preferred in this study considering the frequency of use in the industry. Various numbers of beam test samples of 20x25x480 mm3 from mixture recipes for vibration tests, and for compression tests, cylindrical test samples of Ø50 mm with a length of 100 mm were prepared from the same mixture formula. With the experimental modal analysis method, the natural frequency and damping ratios of each beam were obtained with the help of the Frequency Response Function (FRF), and compared with the elastic modulus values with the compression test results. According to the findings of the study, when the vibration damping data and elastic modulus values are taken into consideration, it has been concluded that the most important factor affecting the vibration damping capability of the composite structure is the pebble and epoxy ratios in the composite structure