Estudo do processo de produção e de furação do laminado metal fibra de titânio 6Al4V/fibra de carbono/PAEK
Carregando...
Data
2023-09-06
Autores
Orientador
Ribeiro, Marcos Valério 
Coorientador
Botelho, Edson Cocchieri
Pós-graduação
Engenharia Mecânica - FEG 33004080027P6
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
A utilização e desenvolvimento de materiais compósitos em componentes do setor aeronáutico vem crescendo muito nos últimos anos. Isso se deve ao fato destes materiais apresentarem boas propriedades mecânicas, aliadas à sua baixa massa específica. Uma das classes de materiais compósitos que tem apresentado destaque no setor aeronáutico são os compósitos laminados híbridos de titânio. Portanto, o objetivo desta pesquisa é estudar o processo de produção de um novo laminado metal fibra constituído por camadas titânio 6Al4V intercaladas com camadas de LMPAEK (Low-Melt Poly-aryl-ether-ketone) com fibras de carbono, bem como estudar o processo de furação desse laminado. Para tal, foram produzidos laminados constituídos por três camadas de titânio e quatro camadas de compósito. Após isso, os laminados foram avaliados a partir de ensaios de cisalhamento interlaminar (ILSS), cisalhamento por compressão (CST), Iosipescu, tração e excitação por impulso. Para o processo de furação foram utilizadas duas brocas, ambas com revestimento de diamante, porém geometrias diferentes, sendo uma com geometria simples e ângulo de ponta de 90º, e a outra multifacetada com ângulos de ponta de 60º e 130º. Para ambas as brocas foram avaliadas três rotações (2000, 4000 e 6000 rpm) e três avanços (0,025; 0,05 e 0,10 mm/rpm), sendo que durante o processo foram coletados dados de potência, vibração e força de avanço. Posterior aos processos de furação, foram avaliadas a qualidade dos furos, danos nas brocas e realizados novos ensaios de excitação por impulso, os quais tiveram intuito de correlacionar a variação do módulo de elasticidade dinâmico com o surgimento de danos causados pelo processo. Com relação aos resultados dos ensaios mecânicos, após análise pode-se concluir que o laminado produzido apresentou propriedades próximas a de outros laminados encontrados na literatura no caso da tração (74,10 GPa), e superiores nas resistências em todos os ensaios de cisalhamento (ILSS - 75,40MPa, Iosipescu - 292,47MPa e CST - 28,02MPa), o que torna o material um bom candidato a HTCL do futuro. Quanto ao processo de usinagem, identificou-se que a broca que resultou na melhor qualidade nos furos, foi a broca com geometria simples e ângulo de ponta de 90º, sendo que essa também foi a que gerou menor força de avanço (123,912N). Por fim, no caso da utilização do ensaio de excitação por impulso, não se identificou uma correlação direta da variação do módulo de elasticidade dinâmico com o dano causado pela variação dos parâmetros do processo de furação.
Resumo (inglês)
The use and development of composite materials in aerospace components have been growing significantly in recent years. This is due to the fact that these materials offer good mechanical properties, combined with their low specific mass. One of the classes of composite materials that has gained prominence in the aerospace sector is hybrid laminated titanium composites. Therefore, the aim of this research is to study the production process of a new metal-fiber laminate consisting of layers of titanium 6Al4V interleaved with layers of LMPAEK (Low-Melt Poly-aryl-ether-ketone) with carbon fibers, as well as to study the drilling process of this laminate. For this purpose, laminates were produced consisting of three layers of titanium and four layers of composite. Subsequently, the laminates were evaluated through interlaminar shear tests (ILSS), compression shear tests (CST), Iosipescu tests, tensile tests, and impulse excitation tests. For the drilling process, two drills were used, both with diamond coatings but different geometries, one with a simple
geometry and a 90° point angle, and the other multifaceted with point angles of 60° and 130°. For both drills, three rotations (2000, 4000, and 6000 rpm) and three feed rates (0.025, 0.05, and 0.10 mm/rpm) were evaluated, and data on power, vibration, and feed force were collected during the process. After the drilling processes, the hole quality and drill damage were evaluated, and new impulse excitation tests were conducted to correlate the variation in dynamic modulus of elasticity with damage caused by the drilling process. Regarding the results of the mechanical tests, it can be concluded that the produced laminate exhibited properties close to those of other laminates found in the literature in the case of tensile tests (74.10 GPa) and superior strengths in all shear tests (ILSS - 75.40 MPa, Iosipescu - 292.47 MPa, and CST - 28.02 MPa), making the material a good candidate for future HTCL applications. As for the machining process, it was identified that the drill resulting in the best hole quality was the one with a simple geometry and a 90° point angle, which also generated the lowest feed force (123.912 N). Finally, in the case of the impulse excitation test, no direct correlation was identified between the variation in dynamic modulus of elasticity and the damage caused by the variation in drilling process parameters.
Descrição
Idioma
Português
Como citar
BONHIN, E. P. Estudo do processo de produção e de furação do laminado metal fibra de titânio 6Al4V/fibra de carbono/PAEK. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho,” 2023.