Análise do fresamento de placas laminadas de metal/fibra (titânio/fibra de carbono/PAEK)

Authors

  • João Victor Merida Julio
  • Marcos Valério Ribeiro
  • Eduardo Pires Bonhin

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv11n6-081

Keywords:

fresamento, compósito híbrido, integridade estrutural, parâmetros de usinagem, ANOVA

Abstract

Esta pesquisa investiga os efeitos de diferentes parâmetros de fresamento na integridade superficial e na integridade estrutural de um compósito laminado híbrido metal-fibra (FML) composto pela liga de titânio ti-6Al-4V e fibras de carbono com matriz de poli-aril-éter-cetona de baixa fusão (LMPAEK). A crescente demanda por compósitos híbridos com alto desempenho e baixo peso nas indústrias aeroespacial e automotiva demanda uma compreensão detalhada dos processos de usinagem destes materiais, visando alcançar precisão dimensional e alta qualidade superficial sem comprometer sua estrutura. Para isso, foi realizada uma série de experimentos de fresamento em que se variaram parâmetros como a velocidade de corte e o avanço de forma a obter respostas em relação a aspectos de acabamento superficial, consumo de potência e comportamento da ferramenta durante o processo. As análises incluíram a observação de fenômenos como a formação de rebarbas e efeitos na superfície do material. Adicionalmente, métodos estatísticos foram empregados, incluindo a Análise de Variância (ANOVA), com o objetivo de identificar a influência dos diferentes parâmetros de corte sobre o desempenho do processo. Este estudo também se fundamenta em uma análise comparativa com pesquisas anteriores sobre usinagem de compósitos, especialmente no que se refere ao processo de furação. Assim, é possível observar como as características dinâmicas específicas do fresamento impactam a interação entre a ferramenta e o compósito híbrido, destacando as distinções entre esses processos de usinagem.

References

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6175: Roscas - Terminologia. Rio de Janeiro: ABNT, 1971.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12545: Conceitos da técnica de usinagem - Forças, energia, trabalho e potências - Terminologia. Rio de Janeiro, 1991.

BAPTISTA, E. A.; COPPINI, N. L. Maximizando o Lucro: Otimizando Processos de Usinagem com Auxílio de Sistema Especialista. In: Proceedings of 21º ENEGEP e 6º ICIEOM. -21º Encontro Nacional de Engenharia de Produção e 6º International Conference of Industrial Engineering and Operations Management, Salvador, 2001. p. 225-232.

BONHIN, E. P. Estudo do processo de furação do laminado metal fibra de alumínio 2024-T3 e epóxi reforçado com fibra de vidro. 2019. 132 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2019.

BOTELHO, E. C.; SILVA, R. A.; PARDINI, L. C.; REZENDE, M. C. A Review on the development and properties of continuous fiber/epóxi/aluminum hybrid composites for aircraft strutures. Materials Research, vol. 9 n. 3, p. 247-256, 2006.

CAPELLO, E. Workpiece damping and its effect on delamination damage in drilling thin composite laminates. Journal of Materials Processing Technology, v. 148, n. 2, p. 186-195, 2004.

CALLISTER JUNIOR, William D. Fundamentos da ciência e engenharia dos materiais. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. 359-381, 2002.

CAO, Duy. How to identify the defects and damages in composite materials and structures? 2022. Disponível em: <https://www.wevolver.com/article/how-to-identify-the-defects-and-damages-in-composite-materials-and-structures>. Acesso em: 14 out. 2023.

CHAI, Gin Boay; MANIKANDAN, Periyasamy. Low velocity impact response of fibre-metal laminates – A review. Composite Structures, v. 107, p. 363–381, 2014. DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.08.003.

CHEN, B. Y.; TAY, T. E.; BAIZ, P. M.; PINHO, S. T. Numerical analysis of size effects on open-hole tensile composite laminates. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, v. 47, p. 52-62, 2013.

CONG, W. L.; PEI, Z. J.; DEINES, T. W.; SRIVASTAVA, A.; RILEY, L.; TREADWELL, C. Rotary ultrasonic machining of CFRP composites: a study on power consumption. Ultrasonics, [S. l.], v. 52, n. 8, p. 1030–1037, 2012.

FARAZ, A.; BIERMANN, D.; WEINERT, K. Cutting edge rounding: an innovative tool wear criterion in drilling CFRP composite laminates. International Journal of Machine Tools and Manufacture, v. 49, n. 15, p. 1185-1196, 2009.

FERNANDES, R.F., (2014) Compósito, Rev. Ciência Elem., V2(4):285.

DOI: 10.24927/rce2014.285.

FERRARESI, D. Fundamento da usinagem dos metais. São Paulo: Edgard Blücher, 1970. 754 p.

GEMI, L.; MORKAVUK, S.; KÖKLÜ, U.; GEMI, D. S. An experimental study on the effects of various drill types on drilling performance of GFRP composite pipes and damage formation. Composites Part B: Engineering, v. 172, p. 186–194, 2019.

GROOVER, M. P. Introdução aos processos de fabricação. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014.

HAGENBEEK, M. Characterisation of fibre metal laminates under thermomechanical loadings. 2005. 204 f. Tese (Doutorado em Engenharia) – Universidade de Delft, Delft, 2005.

KUNTOĞLU, M. et al. A review of indirect tool condition monitoring systems and decision-making methods in turning: critical analysis and trends. Sensors, v. 21, n. 1, p. 108, 2020.

M’SAOUBI, R. et al. High performance cutting of advanced aerospace alloys and composite materials. CIRP Annals - Manufacturing Technology, v. 64, n. 2, p. 557–580, 2015.

MALLICK, P. K. (Ed.). Composites engineering handbook. Boca Raton: CRC Press, 1997. 1292 p.

MARCEL, K. et al. Influence of ultrasonic assistance on delamination during machining of different composite materials. In: DAAAM International Scientific Book, 2017. p. 391-398. DOI: 10.2507/28th.daaam.proceedings.055.

MATHIVANAN, N. R.; MAHESH, B. S.; SHETT, H. A. An experimental investigation on the process parameters influencing machining forces during milling of carbon and glass fiber laminates. Measurement, v. 91, p. 39-45, 2016.

MOURA, M. F. S. F.; MORAIS, A. B.; MAGALHÃES, A. G. Materiais compósitos: materiais, fabrico e comportamento mecânico. 2. ed. Porto: Publindústria, 2005.

PARDINI, L. C. Preformas para compósitos estruturais. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v.10, n. 2, p. 100-109, 2000.

RAJ, D.; KARUNAMOORTHY, L. Study of the effect of tool wear on hole quality in drilling CFRP to select a suitable drill for multi-criteria hole quality. Materials and Manufacturing Processes, v. 31, n. 5, p. 587–592, 2016.

RAWLINGS, R. D.; ATIQ, S.; BOCCACCINI, A. R. Behavior of a commercial wired glass under low energy ballistic impact. Glass Science and Technology, v. 77, p. 31-35, 2004.

RIBEIRO, Marcos Valério. Apostila de operações de usinagem. Apostila. UNESP, Guaratinguetá, 2020.

RIGATTI, Aldo Marcel Yoshida. Avaliação da força de usinagem e energia específica de corte no fresamento com alta velocidade de corte. 2010. 87 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, 2010.

S. Vijay, V. Krishnaraj, Machining Parameters Optimization in End Milling of Ti-6Al-4V, Procedia Engineering, Volume 64, p. 1079-1088, 2013.

SAUDER, C.; LAMON, J.; PAILLER, R. The tensile behavior of carbon fibers at high temperatures up to 2400 C. Carbon, v. 42, n. 4, p. 715-725, 2004.

SHOKRANI, A.; DHOKIA, V.; NEWMAN, S. T. Environmentally conscious machining of difficult-to-machine materials with regard to cutting fluids. International Journal of Machine Tools and Manufacture, v. 57, p. 83–101, 2012.

SINGHA, M.; SINGHA, K. Applications of textiles in marine products. Marine Science, v. 2, n. 6, p. 110-119, 2012.

TLUSTY, J. Manufacturing processes and equipment. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2000.

TETI, R. Machining of composite materials. CIRP Annals, v. 51, n. 2, p. 611–634, 2002.

TSAO, C. C. Drilling process for composites. In: HOCHENG, H. Machining technology for composite materials: principles and practice. 1. ed. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2012. Cap. 2, p. 17-64.

TYCZYŃSKI, P. et al. Drilling of CFRP, GFRP, glare type composites. Aircraft Engineering and Aerospace Technology: An International Journal, v. 86, n. 4, p. 312-322, 2014.

WANG, X.; ZHANG, Y.; LI, Y.; ZHOU, D. A review of additive manufacturing technology for medical applications. Materials & Design, v. 60, p. 1–10, 2014. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.03.022.

XU, J.; LIU, Y.; ZHAO, W.; WANG, F.; LI, C. Effect of vibration amplitude on cutting performance in ultrasonic vibration-assisted milling of SiCp/Al composites. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, [S. l.], v. 106, p. 4203–4213, 2020. Disponível em: https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-019-04796-7. Acesso em: 16 jun. 2025.

XU, J.; MKADDEM, A.; EL MANSORI, M. Recent advances in drilling hybrid FRP/Ti composite: a state-of-the-art review. Composite Structures, v. 135, p. 316–338, 2016.

ZHANG, Y.; LIU, H.; LI, K.; LI, X.; LI, L. Milling characteristics and damage evaluation in ultrasonic vibration-assisted milling of Cf/SiC composites. Chinese Journal of Mechanical Engineering, [S. l.], v. 37, n. 1, p. 1-17, 2024. Disponível em: https://cjme.springeropen.com/articles/10.1186/s10033-024-01101-w. Acesso em: 16 jun. 2025.

ZHOU, W.; HE, Y.; WANG, L. Real-time chatter detection in milling using deep learning and acoustic signals. Journal of Manufacturing Processes, v. 68, p. 235-245, 2021.

Published

2025-06-27

How to Cite

Julio, J. V. M., Ribeiro, M. V., & Bonhin, E. P. (2025). Análise do fresamento de placas laminadas de metal/fibra (titânio/fibra de carbono/PAEK). Brazilian Journal of Development, 11(6), e80655. https://doi.org/10.34117/bjdv11n6-081

Issue

Section

Original Papers