Análise de rugosidade e forças no torneamento de polímero reforçado por fibra de carbono

Abstract

A resistência mecânica, comparável a altas ligas de aço, dureza da fibra acima da encontrada em ligas de titânio, propriedades térmicas diferenciadas, resistência à corrosão, tudo isso combinado com um peso específico menor que o de ligas de alumínio, tornam polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP) materiais de destaque para aplicações nas indústrias aeronáutica e automobilística. No entanto, acabamento superficial irregular e baixo controle dimensional são problemas frequentemente encontrados na fabricação de peças em CFRP, dificultando montagens por interferência, ajustes deslizantes e vedações com este material. Tanto o acabamento superficial quanto o ajuste dimensional podem ser conferidos através de processos de usinagem, o que exige compreensão dos efeitos das variáveis de entrada no resultado. Este trabalho consiste no estudo da influência dos parâmetros de corte nas componentes da força de usinagem e no acabamento superficial gerados no torneamento de amostras de CFRP. Os resultados indicaram pouca influência dos parâmetros de processo sobre as variáveis de saída, sendo o avanço o único parâmetro a afetar a força de avanço (Fx), indicando que, dentro da janela operacional estudada, a escolha dos parâmetros de processo pode ser feita com foco na produtividade. Todavia é necessário explorar parâmetros mais agressivos que os utilizados neste estudo para avaliar se é possível otimizar tempo de usinagem, vida útil de ferramenta e rugosidade, possivelmente aumentando a produtividade.

High mechanical strength, comparable to high alloy steels, fibers with a hardness above those observed in titanium alloys, unique thermal properties, corrosion resistance, all these properties combined with a specific weight smaller than aluminum’s specific weight, make carbon fiber reinforced polymers (CFRP) a suitable choice for automotive and aeronautical industries. However, irregular surface finish and difficult dimensional control are frequently found problems in the manufacture of CFRP parts, creating hindrances for interference assembly, slipping fits, and seals with these materials. Both surface finish and dimensional adjustment may be achieved through machining processes, which demands understanding the effects of the entrance variables in the result. This work deals with the study of the influence of the machining parameters in the cutting force components and the surface finish resulting from the turning of CFRP samples. The results indicate a small influence of the machining parameters on the result variables, with feed rate being the only machining parameter influencing feed force (Fx), indicating that, in the operational window studied, machining conditions may be selected focusing productivity. However, it is necessary to explore more aggressive conditions to determine the possibility of optimizing machining time, tool lives and the roughness of produced parts, increasing productivity.