انجمن علوم و صنایع چوب و کاغذ ایران مجله صنایع چوب و کاغذ ایران 2008-9066 15 3 2024 11 21 Evaluation of delamination defect in drilling process of wood sandwich panels ارزیابی عیب تورق در فرآیند سوراخ‌کاری کامپوزیت پانل ساندویچی ساخته شده با رویه چوبی 299 312 719824 10.22034/ijwp.2024.2027955.1662 FA سکینه شیرزائی دانشجوی دکتری کامپوزیت های لیگنوسلولزی، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه زابل، زابل، ایران سعیدرضا فرخ پیام عضو هیات علمی دانشگاه زابل محمد شمسیان علوم وصنایع چوب و کاغذ حسینعلی رهدار Department of Civil-Structural Engineering, Faculty of Technical and Engineering, University of Zabol محمد دهمرده قلعه نو گروه چوب و کاغذ - دانشکده منابع طبیعی - دانشگاه زابل Journal Article 2024 05 05 Problem definition and objectives: Wooden sandwich composite panels have garnered significant attention in various engineering and construction applications due to their lightweight and high strength. In the use of sandwich panels, particularly in construction and engineering industries, establishing reliable connections between these panels and other structural components is of paramount importance. Drilling, as a critical stage in the manufacturing of such connections, plays a vital role in ensuring the stability, strength, and durability of structures. Since these panels are often subjected to cyclic loads and environmental stresses, the quality and precision of drilling directly influence the final performance of the structure. During drilling, sandwich panels are prone to layer separation, where the interaction between the drill bit and the sandwich panel layers at entry and exit points is the primary cause of process-induced defects such as delamination. Delamination is recognized as a common and unexpected defect in the machining of composite panels, significantly affecting surface quality and structural integrity. However, the optimal selection of machining parameters, proper tool geometry, effective tool types, and suitable operating conditions can minimize or even prevent such defects. These measures not only improve the process quality but also ensure the longevity and functionality of the final product. The main objective of this research is to investigate the effect of key drilling parameters on delamination and to optimize machining conditions to achieve minimal delamination and the best cutting surface quality in wooden-faced sandwich composite panels. This study focuses on machining parameters, including feed rate and drill bit diameter, as well as workpiece characteristics such as the material of the face and core layers, to identify, measure, and analyze their influence on delamination during drilling. The findings of this research provide a robust scientific foundation for optimizing drilling processes in the production of wooden composite panels and related products. Methodology: For this purpose, panels were fabricated with three types of face materials: medium-density fiberboard (MDF) with a melamine coating, plywood, and balsa wood, combined with a constant extruded polystyrene foam core of 36 mm thickness. Drilling was performed using a CNC machine equipped with an uncoated twist drill bit at three different diameters (4, 8, and 12 mm), two feed rate levels (5 and 13 mm/s), and a fixed cutting speed of 8000 rpm. The evaluation of damaged and affected layers was conducted using digital imaging, and high-precision image processing was carried out using the Digimizer software. Subsequently, the delamination factor was calculated based on relevant scientific relations. Experimental data were analyzed within a randomized factorial design framework using analysis of variance (ANOVA) and statistical tables generated in SPSS software. The effects of individual factors as well as their interactions were thoroughly examined. Results: The results indicated that the face material, feed rate, and drill bit diameter had the highest impact on delamination, in descending order of significance. The lowest delamination factor of 1.119 was observed in panels with MDF layers and a melamine coating, drilled with a 4 mm bit and a feed rate of 5 mm/s. Conversely, the highest delamination factor of 3.060 occurred in panels with balsa wood layers, drilled with a 12 mm bit and a feed rate of 13 mm/s. Conclusion: These findings highlight that reducing feed rate and increasing cutting speed in CNC machining are critical for minimizing delamination in wooden sandwich composite panels, thereby enhancing the final product quality. بیان مساله و اهداف: کامپوزیت های پانل ساندویچی چوبی به دلیل وزن کم و استحکام بالا توجه بسیاری را در کاربردهای مختلف مهندسی و ساختمانی به خود جلب کرده است. در کاربرد پانل‌های ساندویچی به‌ویژه در صنایع ساختمانی و مهندسی ایجاد اتصالات مطمئن میان این پانل‌ها و سایر اجزای سازه‌ای از اهمیت بالایی برخوردار است. فرآیند سوراخ‌کاری به‌عنوان یکی از مراحل کلیدی در ساخت و تولید این اتصالات، نقش حیاتی در تضمین پایداری، استحکام و دوام سازه ایفا می‌کند. از آنجا که این پانل‌ها اغلب در شرایطی به کار می‌روند که تحمل بارهای متناوب و فشارهای محیطی ضروری است، کیفیت سوراخ‌کاری و دقت در اجرای آن می‌تواند به طور مستقیم بر عملکرد نهایی سازه تأثیر بگذارد. با توجه به اینکه پانل‌ها در حین فرآیند سوراخ‌کاری مستعد جدایش لایه‌ها هستند، تعامل میان تیغه مته و لایه‌های پانل ساندویچی در لحظات ورود و خروج تیغه به این لایه‌ها، عامل اصلی بسیاری از عیوب فرآیندی نظیر تورق محسوب می‌شود. تورق به‌عنوان یکی از عیوب پیش‌بینی‌نشده و رایج در ماشین‌کاری ورقه‌های کامپوزیتی، می‌تواند به طور جدی کیفیت سطح و یکپارچگی ساختاری پانل‌ها را تحت تأثیر قرار دهد. با این حال انتخاب بهینه پارامترهای ماشین‌کاری، طراحی مناسب هندسه ابزار، استفاده از انواع ابزارهای کارآمد و تعیین شرایط عملیاتی مطلوب، امکان کاهش یا جلوگیری از بروز چنین عیوبی را فراهم می‌سازد. این اقدامات نه‌تنها کیفیت فرآیند را ارتقا می‌دهند بلکه عمر مفید و کارایی محصول نهایی را نیز تضمین می‌کنند. هدف اصلی این پژوهش بررسی تأثیر پارامترهای کلیدی سوراخ‌کاری بر عیب تورق و بهینه‌سازی شرایط ماشین‌کاری برای دستیابی به حداقل میزان تورق و بهترین کیفیت سطوح برش‌خورده در کامپوزیت پانل‌های ساندویچی با رویه‌های چوبی است. این مطالعه با تمرکز بر پارامترهای ماشین‌کاری شامل سرعت تغذیه و قطر مته و همچنین ویژگی‌های قطعه کار نظیر جنس لایه‌های رویی و زیری، تلاش می‌کند تا تأثیر این متغیرها را بر میزان تورق در حین عملیات سوراخ‌کاری شناسایی، اندازه‌گیری و تحلیل نماید. یافته‌های این تحقیق، مبنای علمی موثری برای بهینه‌سازی فرآیند سوراخ‌کاری در تولید کامپوزیت پانل‌های چوبی و فرآورده‌های مرتبط فراهم خواهد کرد. مواد و روشها: برای این منظور پانل‌ها با سه نوع رویه شامل تخته فیبر با دانسیته متوسط و روکش ملامینه، تخته لایه، و چوب بالزا، و مغزی ثابت از فوم پلی‌استایرن اکسترود شده با ضخامت 36 میلی‌متر ساخته شدند. فرآیند سوراخ‌کاری با استفاده از دستگاه CNC مجهز به مته پیچشی بدون پوشش، در سه قطر مختلف (4، 8 و 12 میلی‌متر)، دو سطح سرعت تغذیه (5 و 13 میلی‌متر بر ثانیه)، و سرعت برش ثابت برابر با 8000 دور بر دقیقه بر روی این پانل‌ها انجام گرفت. برای ارزیابی سطوح آسیب‌دیده و خسارت‌های وارد شده به کامپوزیت، از روش تصویربرداری دیجیتال استفاده شد و پردازش تصاویر با دقت بالا در محیط نرم‌افزار Digimizer انجام گرفت. سپس فاکتور تورق با بهره‌گیری از روابط علمی مربوطه محاسبه گردید. داده‌های تجربی در چارچوب یک طرح فاکتوریل تصادفی با استفاده از تحلیل واریانس و رسم جداول آماری در نرم‌افزار SPSS مورد بررسی قرار گرفتند و تأثیر هر یک از عوامل به‌صورت مجزا و همچنین تعاملی، تحلیل و ارزیابی شد. نتایج: نتایج نشان داد که جنس رویه‌ها، سرعت تغذیه، و قطر مته به ترتیب بیشترین تأثیر را بر میزان تورق دارند. کمترین میزان لایه‌شدگی، معادل 1.119، در کامپوزیت پانل‌های ساندویچی با رویه‌های تخته فیبر با دانسیته متوسط و روکش ملامینه، قطر مته 4 میلی‌متر، و سرعت تغذیه 5 میلی‌متر بر ثانیه به دست آمد. در مقابل، بیشترین میزان لایه‌شدگی، برابر با 3.060، در پانل‌های با رویه چوب بالزا، قطر مته 12 میلی‌متر، و سرعت تغذیه 13 میلی‌متر بر ثانیه مشاهده شد. نتیجه گیری: این نتایج نشان می‌دهد که برای کاهش عیب تورق در پانل‌های ساندویچی چوبی، کاهش سرعت تغذیه و افزایش سرعت برش در ماشین CNC از اهمیت بالایی برخوردار است و می‌تواند به بهبود کیفیت نهایی منجر شود.

https://www.ijwp.ir/article_719824_0227773f44d87d0ea2a40f9d93f7625e.pdf