Machining of Polymer Composites

0387355391......Page 1
Contents......Page 8
1. Introduction to Polymer Composites......Page 12
1.1 Definitions and Classification......Page 13
1.2 Advantages and Limitations......Page 14
1.3 Applications......Page 16
1.4 Constituent Materials......Page 18
1.4.1 Polymer Matrices......Page 19
1.4.2 Reinforcement......Page 23
1.5 Material Forms and Manufacturing......Page 27
1.5.1 Continuous Reinforcement Forms......Page 28
1.5.2 Molding Compounds......Page 29
1.5.3 Prepreg Layup and Autoclave Processing......Page 31
1.5.4 Filament Winding......Page 32
1.5.6 Compression Molding......Page 34
1.5.7 Liquid Molding......Page 35
1.6.1 Density......Page 37
1.6.2 Elastic Properties......Page 39
1.6.3 Thermal Properties......Page 40
1.6.4 Multiply Laminates......Page 41
1.7 Summary......Page 42
Review Questions and Problems......Page 44
References......Page 45
2. Conventional Machining Operations......Page 47
2.1 Requirements for Machining FRPs......Page 48
2.2 Turning......Page 49
2.3 Single Point Cutting Tools......Page 51
2.4 Milling and Trimming......Page 52
2.5 Drilling......Page 58
2.6 Abrasive Cutting......Page 61
2.7 Surface Finish......Page 65
2.8 Summary......Page 69
Review Questions and Problems......Page 70
References......Page 72
3. Mechanics of Chip Formation......Page 73
3.1 Fundamental Considerations......Page 74
3.1.1 Orthogonal Machining......Page 75
3.2 Machining of Polymers......Page 81
3.3.1 Chip Formation Modes......Page 83
3.3.2 Cutting Forces......Page 91
3.4 Machining of Multidirectional Laminates......Page 99
3.4.2 Cutting Forces......Page 100
3.5.1 Shear Plane Models......Page 101
3.5.2 Mechanics Model of Zhang et al. [20]......Page 107
3.5.3 Mechanistic Modeling......Page 110
3.6 Summary......Page 114
Review Questions and Problems......Page 116
References......Page 119
4.1 Tool Materials for Machining FRPs......Page 121
4.1.1 Cemented Tungsten Carbides......Page 124
4.1.2 Coated Carbides......Page 125
4.1.3 Ceramics......Page 126
4.1.4 Polycrystalline Diamond......Page 127
4.1.6 Diamond Coated Carbides......Page 128
4.1.7 Future Outlook......Page 129
4.2 Tool Wear......Page 131
4.2.1 Types of Tool Wear......Page 132
4.2.2 Measurement of Wear......Page 133
4.2.3 Tool Wear Mechanisms......Page 134
4.2.4 Tool Life......Page 143
4.3 Summary......Page 147
Review Questions and Problems......Page 148
References......Page 150
5.1 Machinability of FRPs......Page 152
5.2.1 Fiber Orientation in Turning......Page 154
5.2.2 Tool Wear in Turning of FRPs......Page 155
5.2.3 Cutting Forces and Specific Cutting Energy......Page 160
5.2.4 Cutting Temperatures......Page 163
5.2.5 Machining Quality......Page 166
5.3 Milling and Trimming of FRPs......Page 169
5.3.1 Fiber Orientation in Milling Unidirectional FRPs......Page 170
5.3.2 Tool Wear......Page 171
5.3.3 Cutting Forces and Specific Cutting Energy......Page 176
5.3.4 Machining Quality......Page 186
5.3.5 Recommended Practices......Page 192
5.4 Drilling of FRPs......Page 196
5.4.1 Fiber Orientation in Drilling......Page 197
5.4.2 Drilling Thrust Force and Torque......Page 198
5.4.3 Cutting Temperatures......Page 205
5.4.4 Machining Quality......Page 206
5.4.5 Mechanics of Delamination......Page 211
5.4.6 Recommended Practices......Page 217
5.5 Abrasive Machining and Grinding......Page 219
5.5.1 Abrasive Machining......Page 220
5.5.2 Grinding......Page 225
5.6 Summary......Page 235
5.6.2 Milling and Trimming......Page 236
5.6.4 Abrasive Machining and Grinding......Page 237
Review Questions and Problems......Page 238
References......Page 241
6.1 Abrasive Waterjet Machining......Page 245
6.1.1 Technology Overview......Page 246
6.1.2 Material Removal Mechanisms......Page 250
6.1.3 AWJ Machining Characteristics of FRPS......Page 254
6.1.4 Modeling of AWJ Cutting......Page 264
6.2 Laser Machining......Page 268
6.2.1 Technology Overview......Page 269
6.2.2 Mechanisms of Material Removal......Page 272
6.2.3 Laser Machining Characteristics of FRPS......Page 273
6.2.4 Modeling andAnalysis......Page 281
6.3 Electrical Discharge Machining......Page 284
6.3.1 Technology Overview......Page 285
6.3.2 Material Remova Mechanisms......Page 287
6.3.3 EDM Characteristics of FRPS......Page 288
6.4.1 AWJ Machining......Page 293
6.4.2 Laser Machining......Page 294
Review Questions and Problems......Page 295
References......Page 297
7. Health and Safety Aspects in Machining FRPs......Page 300
7.1 Hazard Sources and Routes of Exposure......Page 301
7.1.1 Matrix Material......Page 303
7.1.2 Reinforcement Fibers......Page 304
7.2 Dust Generation in Dry Machining......Page 305
7.3 Aerosol Emissions in Laser Machining......Page 307
7.4.1 Administrative Controls......Page 309
7.4.2 Engineering Controls......Page 310
7.5 Summary......Page 311
References......Page 313
C......Page 315
D......Page 316
F......Page 317
L......Page 318
N......Page 319
S......Page 320
U......Page 321