Otimização dos planos de corte visando a obtenção de furos de qualidade em placa de polímero reforçado com fibra de vidro utilizando o projeto de experimentos Box-Behnken

Abstract

A furação de polímeros reforçados com fibras de vidro (GFRP) é um processo fundamental na fabricação de componentes para a indústria aeronáutica, naval e automobilística. Associado à furação desse compósito, identificam-se defeitos de qualidade, como o desvio dimensional e a delaminação, que prejudicam o desempenho das peças. Portanto, o principal objetivo deste trabalho é encontrar as relações destes defeitos com os parâmetros de entrada do processo de furação com broca helicoidal de aço-rápido, como o avanço, a velocidade de corte e o ângulo de ponta da broca. Para isso, aplicou-se o projeto de experimentos Box-Behnken, no qual a furação é realizada pela variação aleatória de tais variáveis. Como variáveis de resposta, avaliou-se o fator de delaminação ajustado na entrada e saída do furo, assim como o desvio dimensional do furo obtido. Os resultados analisados através da probabilidade de significância (valor-p), do coeficiente de determinação (R2) e dos gráficos de superfícies de resposta mostraram que há ampla influência do avanço e do ângulo de ponta na delaminação, com uma menor contribuição da velocidade de corte. O desvio dimensional apresenta significativa correlação com o ângulo de ponta, enquanto o avanço e a velocidade de corte possuem menor significância. A otimização dos parâmetros sugere a utilização de uma broca com ângulo de ponta pequeno (105°), associado a pequenos avanços (0,05 mm/rev.) e altas velocidades de corte (50 m/min).

Drilling of glass fiber reinforced plastics (GFRP) is an essential process in the manufacture of components for aircraft, naval and automotive industries. Associated with the drilling process of this composite, quality defects, such as dimensional deviation and delamination, are identified, which impair the performance of the parts. Hence, the main objective of the present paper is to find the relation between these defects and the input parameters of the drilling process with HSS twist drills, such as feed-rate, cutting speed and drill tip angle. In order to achieve this, Box-Behnken design is applied, in which drilling is performed by random variation of such input variables. As response variables, adjustable delamination factor at the hole entrance and hole exit is evaluated, as well as dimensional deviation of the obtained hole. Results, which were analyzed through probability of significance (p-value), coefficient of determination (R2) and response surface graphs, show that there is a wide influence of feed-rate and tip angle in delamination, with a lower contribution of cutting speed. Dimensional deviation presents a significant correlation with point angle, whereas feed rate and cutting speed are less significant. Parameter optimization suggests the use of a drill with small tip angle (105°), associated to small feed-rate (0.05 mm/rev.) and high cutting speed (50 m/min).