Influência do ar comprimido refrigerado e aquecido no acabamento superficial gerado pelo fresamento frontal do compósito PEEK/CF30

Abstract

O poli-éter-éter-cetona (PEEK) reforçado com 30% de fibra de carbono (PEEK/CF30) é um material compósito amplamente utilizado nas áreas aeroespacial, automotiva e biomédica. Contudo, apresenta desafios na obtenção do acabamento superficial por usinagem devido à sua baixa condutividade térmica e sua alta abrasividade. Visando aumentar a usinabilidade deste compósito, este trabalho investiga os efeitos térmicos do uso de ar comprimido refrigerado (CCA a −40 °C) e aquecido (HCA a +60 °C) sobre o acabamento superficial no fresamento frontal do PEEK/CF30, comparando essas técnicas com a usinagem a seco (DRY). Um delineamento experimental de Box-Behnken foi aplicado em três níveis de velocidade de corte (vc), de avanço por dente (fz) e de profundidade axial de corte (ap). Os perfis e os parâmetros de rugosidade (Ra e Rz) foram avaliados estatisticamente através de análises de variância (ANOVA), curvas de Abbott-Firestone e funções densidade de probabilidade. Os resultados indicaram que o CCA proporciona os menores valores de rugosidade, com redução média de 5,12% em Ra e 8,77% em Rz em relação à segunda melhor condição (DRY). A ANOVA indicou que o avanço por dente é o fator mais significativo. As equações de regressão com os parâmetros otimizados (vc=100 m/min, fz=0,052 mm/dente e ap=0,90 mm) aplicando CCA produziram Ra=0,32 μm e Rz=2,31 μm, valores muito próximos aos menores obtidos experimentalmente. Conclui-se que o CCA é a alternativa mais eficaz, promovendo melhor acabamento superficial, controle térmico da zona de corte e estabilidade dimensional da peça.

The poly-ether-ether-ketone (PEEK) reinforced with 30% carbon fiber (PEEK/CF30) is a composite material widely used in aerospace, automotive, and biomedical applications. However, it presents challenges in achieving a surface finish through machining due to its low thermal conductivity and high abrasiveness. Aiming to enhance the machinability of this composite, this study investigates the thermal effects of using cooled and heated compressed air (CCA at −40 °C and HCA at +60 °C) on the surface finish in face milling of PEEK/CF30, comparing these techniques with dry machining (DRY). A Box-Behnken experimental design was applied at three levels of cutting speed (vc), feed per tooth (fz), and axial depth of cut (ap). The roughness profiles and parameters (Ra and Rz) were evaluated statistically using analysis of variance (ANOVA), Abbott-Firestone curves, and probability density functions. The results indicated that CCA provides the lowest roughness values, with an average reduction of 5.12% in Ra and 8.77% in Rz compared to the second-best condition (DRY). ANOVA shows that the feed per tooth is the most significant factor. The regression equations with the optimized parameters (vc = 100 m/min, fz = 0.052 mm/tooth, and ap = 0.90 mm), under CCA, produced Ra = 0.32 μm and Rz = 2.31 μm, values very close to the lowest obtained experimentally. It is concluded that CCA is the most effective alternative, promoting better surface finish, thermal control of the cutting zone, and dimensional stability of the workpiece.