Corte por jacto de água de compósitos de matriz polimérica com reforço de fibra de carbono

Abstract

Os materiais compósitos, apesar das manifestas vantagens, especialmente quando as aplicações em que se inserem exigem uma criteriosa selecção de materiais com um rácio resistência/peso o mais elevado possível, apresentam ainda custos elevados pelo que o seu uso é restringido a algumas aplicações.

Os compósitos de matriz polimérica com reforço de fibras de carbono, vulgarmente conhecidos por fibras de carbono, são materiais difíceis de maquinar por métodos tradicionais, pelo que o corte por jacto de água com abrasivos, devido à não geração de calor durante o processo, tem ganho relevância por evitar problemas, como, por exemplo, o desgaste excessivo das ferramentas e zonas termicamente afectadas nas peças. No entanto, o corte com recurso a esta tecnologia cria algumas características distintas nas paredes de corte, que podem ser consideradas como defeitos, dependendo da sua magnitude e da utilização posterior da peça cortada.

O presente estudo pretende analisar a influência da velocidade e da orientação de corte nestas características. Para tal foram executados cortes com diferentes velocidades e orientações, cortes estes que foram depois caracterizados quanto à rugosidade e inclinação das suas paredes, bem como a largura de material removido. Alguns defeitos que surgiram durante os cortes são também apresentados e discutidos.

Foi concluído que o aumento da velocidade de corte provoca um aumento da rugosidade e do ângulo de afunilamento das paredes, e uma diminuição na espessura de material removido. A orientação de corte não afectou a espessura de corte, mas foram registadas influências deste parâmetro aquando da medição do ângulo de afunilamento das paredes de corte e da rugosidade. Alguns defeitos como micro fracturas na zona de saída do jacto e fibras parcialmente cortadas foram observados para certas condições de corte.

Abstract

Although composite materials have several advantages when compared to others, especially when their applications require high mechanical resistance/weight ratios, the prices limit their use to some applications.

Carbon fiber reinforced polymer, commonly known as carbon fiber, is a hard to cut material using conventional methods such as milling and sawing. Whereby the waterjet technology has gained importance in this field, since it does not suffer from high tool wear, do not create heat affected zones and is dustless. However, when cutting with waterjet some typical characteristics appear on the kerf walls, which, depending on the dimension, can be considered as defects.

Accordingly this work is intended to study the influence of the traverse rate and the cutting direction on the kerf taper wall, kerf width and surface roughness. To fulfill these purposes several cuts using different traverse rates and cutting directions were made, and the mentioned characteristics were measured. Some defects appeared during the cutting process and are also mentioned and discussed.

It was concluded that the cutting speed has a positive correlation with both the kerf taper angle and roughness, while a contrary trend was seen in the kerf width. The cutting direction did not affect the kerf width, while some influences were found on the measured values of both the kerf taper angle and roughness. Some defects such as fiber cracking at the exit point of the jet and fiber pullout were registered during the experimental procedure for certain operation conditions.