Efeito do ar comprimido refrigerado e da furação em alta velocidade de corte sobre o acabamento de furos em juntas híbridas compósito-metal Al/FRP/Al, Al/FRP e GFRP/Ti

Abstract

As juntas híbridas compósito-metal surgem da combinação de polímeros reforçados com fibras e materiais metálicos que permitem sua utilização em situações que necessitem peças com baixa densidade e elevada resistência a altas temperaturas. Sua fabricação e montagem dependem do processo de furação, e danos ocasionados pelo processo podem reduzir sua resistência. Além disto, devido aos materiais distintos que possuem (compósito e metal), a furação apresenta desafios relacionados com a qualidade do furo. Neste sentido, o estudo visa avaliar o efeito do ar comprimido refrigerado (ACR) e da furação em alta velocidade de corte (HSC – High-speed cutting) sobre o acabamento de furos em juntas híbridas compósito-metal. Inicialmente, usando a liga de alumínio Al 2124, analisou-se a influência da combinação de diversos fatores em dois níveis: tipo de junta (Al/FRP/Al ou FRP/Al), tipo de compósito (CFRP ou GFRP), geometria da ferramenta (118° ou 135°) e avanço (0,02 ou 0,08 mm/volta), com a presença e ausência de ACR, aplicando baixa velocidade de corte (40 m/min) e HSC (220 m/min). Notou-se que os diferentes tipos de reforços e juntas impactaram significativamente a delaminação dos materiais compósitos, o ACR mostrou uma tendência a diminuir os defeitos, e o efeito combinado entre HSC e ACR não afetou de maneira considerável a qualidade dos furos. Isso possibilitou a utilização do HSC sem prejudicar a junta híbrida. Posteriormente, investigou-se o efeito de HSC e ACR na junta simples GFRP/Ti-6Al-4V com baixo avanço, a fim de verificar as características do furo realizado no compósito reforçado com fibra de vidro. Os resultados mostraram que HSC não impacta significativamente na força de avanço e na delaminação do GFRP. Apesar de não ter efeito significativo, o ACR reduziu a circularidade do furo e a delaminação do GFRP. A baixa velocidade de corte favoreceu a rugosidade da parede do furo na chapa metálica, devido à reduzida adesão do Ti-6Al-4V na ferramenta e pelo menor desgaste abrasivo nas arestas de corte. O ACR contribuiu para o aumento a resistência ao cisalhamento do titânio, dificultando o corte e aumentando significativamente a força de avanço.

Hybrid composite-metal stacks arise from the combination of fiber-reinforced polymers and metallic materials that allow their use in situations that require parts with low density and high resistance at high temperatures. Its manufacture and assembly depend on the drilling process, and damage caused by the process can reduce its resistance. Furthermore, due to their different materials (composite and metal), the drilling presents challenges related to the quality of the hole. In this sense, the study aims to evaluate the effect of cooled compressed air (CCA) and high-speed cutting (HSC) on the finish hole drilling in the hybrid composite-metal stacks. Firstly, the influence of the combination of several factors using aluminum alloy Al 2124 was analyzed at two levels: joint type (Al/FRP/Al or FRP/Al), composite type (CFRP or CFRP), tool geometry (118° or 130°), and feed rate (0.02 or 0,08 mm/rev), with the presence and absence of CCA, applying low cutting speed (40 m/min) and HSC (220 m/min). It was noted that different reinforcement and joint types significantly impacted the delamination of composite materials, CCA showed a tendency to decrease defects, and the combined effect between HSC and CCA did not considerably affect the quality of the holes; it allows the use of HSC without harming the hybrid stack. Posteriorly, the effect of HSC and ACR on the GFRP/Ti-6Al-4V single joint at a low feed rate was investigated to verify the characteristics of the hole drilled in the glass-fiber-reinforced composite. The results showed that HSC does not significantly impact the thrust force and delamination of GFRP. Despite having no significant effect, CCA reduced the hole roundness error and GFRP delamination. The low cutting speed favored the hole wall roughness in the metallic sheet due to the reduced adhesion of Ti-6Al-4V on the tool and the lower abrasive wear on the cutting edges. The CCA increased the shear strength of Ti, making cutting difficult and significantly increasing the thrust force.