Desenvolvimento e maquinagem em compósito com fibra curta de carbono

Abstract

O compósito pode ser definido como um material final formado por dois materiais distintos, matriz e reforçador, que juntos transferem parte de suas propriedades individuais ao material resultante desta combinação, sempre realizada seguindo uma regra de mistura estabelecida. Um aumento nas propriedades mecânicas e a relevante redução de peso do produto final são em geral obtidas com a fabricação de partes e componentes em materiais assim compostos. No entanto, as operações para fabricação de produtos, genericamente chamados de peças em compósito, são complexas e de elevado custo de produção. Na indústria aeroespacial, o uso da sala limpa para moldar cada parte separadamente com intenso manuseio do operador, o processo de cura dentro do equipamento de autoclave durante horas e o forte controlo de qualidade para cada fase, aumentam muito o custo de fabrico de cada peça. Este cuidadoso processo é em geral aplicado a lotes de fabricação com pequena quantidade de peças, onde o uso generalizado de sistemas da robótica ou sistemas automáticos de produção se torna muitas vezes inviável ou até mesmo, impossível. Sob esta visão, o desenvolvimento aqui proposto representa um primeiro passo para avaliar um processo de produção de componentes e partes completas por operação de maquinagem, executada a partir de uma placa ou bloco de compósito, previamente preparado. O compósito proposto neste processo pode, em alguns casos específicos, ser usado na substituição de outros materiais para pequenos lotes de fabricação, onde as formas desejadas ou requeridas, possam ser obtidas por operação de maquinagem convencional ou equipamento CNC. Buscando este objetivo, este desenvolvimento apresenta uma comparação do resultado obtido em placas de compósito com matriz epoxídica e reforçador de fibra curta de carbono, com uma liga de alumínio de baixa resistência mecânica e utilizada na indústria em geral. De maneira sistemática, foi realizado um trabalho de investigação científica para determinar uma possível formulação de compósito compatível com o processo proposto, a fim de estabelecer o comportamento deste material durante a maquinagem e ao final mensurar as propriedades mecânicas obtidas neste procedimento de fabrico de partes e componentes. Os valores obtidos neste estudo mostram que as principais propriedades mecânicas encontradas no compósito após este processo de fabricação são menores que os valores encontrados nas ligas de alumínio comercialmente disponíveis. No entanto, a maquinabilidade, a rugosidade final obtida, a estabilidade do processo e a redução de peso no produto final, obtida em alguns casos, recomendam novos estudos futuros para otimizar processos envolvidos e elevar valores de propriedades mecânicas essenciais.

The composite is defined as a final material formed of two distinct materials, matrix and reinforce, which together transfer part of their individual properties to the resulting material of this combination, performed following a defined mixing rule. Increase in the mechanical properties and the relevant reduction of weight of the final product are generally obtained with the manufacture of parts and components in composites. However, the operations for fabrication of components and composite parts are complex and costly to manufacture. In the aerospace industry, the use of the clean room to shape each part separately with intensive operator handling, the curing process within the autoclave equipment for hours, and the strong quality control for each stage greatly increase the manufacturing cost of each part. This careful process is usually applied to small lots of parts manufacturing where the widespread use of robotic system or automatic production system becomes infeasible. In this view, the development proposed here represents a first step in evaluating a complete component production process by machining performed from a previously prepared composite plate or block. The composite proposed in this process may, in some specific cases, be used in the substitution of other materials for small batches of fabrication, where its shapes can be obtained by machining. It comparison of the results obtained in epoxy matrix composite and carbon fiber reinforcement plates with a low mechanical strength aluminium alloy used in the aerospace industry is presented. Aiming at this objective, a scientific research was carried out to determine a possible composite formulation compatible with the proposed process, to establish the behaviour of this composite during machining and to measure the mechanical properties obtained at the end of the process. The values obtained in this study show that the main mechanical properties found in the proposed composite after this manufacturing process are smaller than thevalues found in the commercially available aluminium alloys. However, the machinability, final roughness obtained, process stability and weight reduction in the final product resulted in some cases recommend further studies to optimize the processes involved and raise values of essential mechanical properties .