Published August 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Experimental investigation on thermomechanical properties and micro-machinability of carbon nanofibre reinforced epoxy nanocomposites

Creators

  • 1. Edinburgh Napier University
  • 2. Newcastle University
  • 3. Northumbria University
  • 4. Alexandria University

Description

A comprehensive experimental investigation on thermomechanical properties and micro-machinability of carbon nanofibre reinforced epoxy nanocomposites (EP/CNF) is presented in this study. The machinability indicators including cutting force and surface roughness have been investigated. Tensile properties, morphology of tensile fracture surfaces, glass transition temperature, machined chip morphology, and machined surface morphology were also characterised. To investigate the effect of both workpiece material properties and operating conditions on the machinability of EP/CNF, three controlled quantitative factors were selected at different levels, namely CNF loading, cutting speed and feed per tooth (FPT). Micromilling experiments were performed on an ultra-precision desktop micro-machine tool using titanium‑carbon-nitride (TiCN) coated micro-end mills. Among all compositions with CNF concentration ranging from 0.3 to 1 wt%, EP/1 wt% CNF exhibited the best machinability among other nanocomposites with its lowest cutting force of approximately 0.5 N and surface roughness of 0.18 μm. Size effect appeared at FPT below minimum uncut chip thickness (MUCT) indicated by the strong deterioration of surface quality owing to the dominant ploughing effect.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتم تقديم تحقيق تجريبي شامل حول الخواص الميكانيكية الحرارية والقدرة الميكانيكية الدقيقة لمركبات الإيبوكسي النانوية المقواة بالألياف الكربونية (EP/CNF) في هذه الدراسة. تم التحقيق في مؤشرات قابلية التشغيل الآلي بما في ذلك قوة القطع وخشونة السطح. كما تم تمييز خصائص الشد، ومورفولوجيا أسطح كسر الشد، ودرجة حرارة انتقال الزجاج، ومورفولوجيا الرقاقة الآلية، ومورفولوجيا السطح الآلية. للتحقيق في تأثير كل من خصائص مادة قطعة العمل وظروف التشغيل على قابلية تصنيع EP/CNF، تم اختيار ثلاثة عوامل كمية مضبوطة على مستويات مختلفة، وهي تحميل CNF وسرعة القطع والتغذية لكل سن (FPT). تم إجراء تجارب الطحن الدقيق على أداة آلة مكتبية دقيقة للغاية باستخدام مطاحن طرفية دقيقة مغلفة بنيتريد الكربون التيتانيوم (TiCN). من بين جميع التركيبات التي يتراوح تركيز CNF فيها من 0.3 إلى 1 ٪ بالوزن، أظهر EP/1 ٪ بالوزن من CNF أفضل قابلية للتشغيل الآلي بين المركبات النانوية الأخرى بأقل قوة قطع تبلغ حوالي 0.5 نيوتن وخشونة السطح 0.18 ميكرومتر. ظهر تأثير الحجم عند FPT أقل من الحد الأدنى لسمك الرقاقة غير المقطوعة (MUCT) الذي يشير إليه التدهور الشديد في جودة السطح بسبب تأثير الحرث السائد.

Translated Description (French)

Une étude expérimentale complète sur les propriétés thermomécaniques et la micro-usinabilité des nanocomposites époxy renforcés de nanofibres de carbone (EP/CNF) est présentée dans cette étude. Les indicateurs d'usinabilité, y compris la force de coupe et la rugosité de la surface, ont été étudiés. Les propriétés de traction, la morphologie des surfaces de rupture par traction, la température de transition vitreuse, la morphologie des copeaux usinés et la morphologie des surfaces usinées ont également été caractérisées. Pour étudier l'effet des propriétés du matériau de la pièce et des conditions de fonctionnement sur l'usinabilité de l'EP/CNF, trois facteurs quantitatifs contrôlés ont été sélectionnés à différents niveaux, à savoir le chargement du CNF, la vitesse de coupe et l'avance par dent (FPT). Des expériences de micromoulage ont été réalisées sur un micro-outil de bureau ultra-précis à l'aide de broyeurs micro-embouts revêtus de titane-nitrure de carbone (TiCN). Parmi toutes les compositions avec une concentration de CNF allant de 0,3 à 1 % en poids, EP/1 % en poids de CNF présentait la meilleure usinabilité parmi les autres nanocomposites avec sa force de coupe la plus faible d'environ 0,5 N et une rugosité de surface de 0,18 μm. L'effet de taille est apparu à FPT en dessous de l'épaisseur minimale de copeaux non coupés (MUCT) indiquée par la forte détérioration de la qualité de surface due à l'effet de labour dominant.

Translated Description (Spanish)

En este estudio se presenta una investigación experimental exhaustiva sobre las propiedades termomecánicas y la micromecanizabilidad de los nanocompuestos epoxi reforzados con nanofibras de carbono (EP/CNF). Se han investigado los indicadores de maquinabilidad, incluida la fuerza de corte y la rugosidad de la superficie. También se caracterizaron las propiedades de tracción, la morfología de las superficies de fractura por tracción, la temperatura de transición vítrea, la morfología de las virutas mecanizadas y la morfología de la superficie mecanizada. Para investigar el efecto de las propiedades del material de la pieza de trabajo y las condiciones de operación en la maquinabilidad de EP/CNF, se seleccionaron tres factores cuantitativos controlados en diferentes niveles, a saber, la carga de CNF, la velocidad de corte y la alimentación por diente (FPT). Los experimentos de micromolienda se realizaron en una micromáquina de sobremesa de ultraprecisión utilizando molinos demicroextremos recubiertos con titanio-nitruro de carbono (TiCN). Entre todas las composiciones con una concentración de CNF que varía de 0.3 a 1% en peso, EP/1% en peso de CNF exhibió la mejor maquinabilidad entre otros nanocompuestos con su fuerza de corte más baja de aproximadamente 0.5 N y rugosidad superficial de 0.18 μm. El efecto de tamaño apareció en FPT por debajo del espesor mínimo de viruta sin cortar (MUCT) indicado por el fuerte deterioro de la calidad de la superficie debido al efecto de arado dominante.

Files

9C97C283-F66F-42F7-B396-9426AEC93718.pdf&pub_id=291793.pdf

Files (16.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7b5ca9fec265bdc0cf0fbab33bdeaaf1
16.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحقيق تجريبي حول الخواص الميكانيكية الحرارية وقابلية الماكينات الدقيقة لمركبات الإيبوكسي النانوية المقواة بألياف الكربون النانوية
Translated title (French)
Étude expérimentale sur les propriétés thermomécaniques et la micro-usinabilité des nanocomposites époxy renforcés de nanofibres de carbone
Translated title (Spanish)
Investigación experimental sobre propiedades termomecánicas y micromecanizabilidad de nanocompuestos epoxídicos reforzados con nanofibras de carbono

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4379800665
DOI
10.1016/j.jmapro.2023.05.080

Is supplement to
https://openalex.org/W2795554382 (Other)
https://openalex.org/W2759996596 (Other)
https://openalex.org/W2729932191 (Other)
https://openalex.org/W2593200884 (Other)
https://openalex.org/W2187162168 (Other)
https://openalex.org/W2105635655 (Other)
https://openalex.org/W2089085266 (Other)
https://openalex.org/W2028726052 (Other)
https://openalex.org/W2017421326 (Other)
https://openalex.org/W1995958177 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W14133590
  • https://openalex.org/W1942799892
  • https://openalex.org/W1970831360
  • https://openalex.org/W1978048890
  • https://openalex.org/W1999044313
  • https://openalex.org/W1999189559
  • https://openalex.org/W1999998317
  • https://openalex.org/W2007965522
  • https://openalex.org/W2018888820
  • https://openalex.org/W2037367186
  • https://openalex.org/W2048929415
  • https://openalex.org/W2056955697
  • https://openalex.org/W2076103787
  • https://openalex.org/W2084283982
  • https://openalex.org/W2090600601
  • https://openalex.org/W2094059581
  • https://openalex.org/W2114515837
  • https://openalex.org/W2122317999
  • https://openalex.org/W2176861267
  • https://openalex.org/W2183385390
  • https://openalex.org/W2310303121
  • https://openalex.org/W2325506037
  • https://openalex.org/W2346221953
  • https://openalex.org/W2621452871
  • https://openalex.org/W2765857122
  • https://openalex.org/W2915583048
  • https://openalex.org/W2922242574
  • https://openalex.org/W2970515892
  • https://openalex.org/W3023096963
  • https://openalex.org/W3025924578
  • https://openalex.org/W3082421595
  • https://openalex.org/W3197983575
  • https://openalex.org/W372069191
  • https://openalex.org/W4285719527
  • https://openalex.org/W4309768281