Machining optimisation in carbon fibre reinforced composite materials

Abstract

By virtue of their characteristics, the applications of composite materials based on carbon fibre reinforced plastic (CFRP) have been increasing considerably. Thus new manufacturing process and production techniques must be developed to ensure high precision and good surface quality of the components. As a result of this manufacturing scenario, it is necessary to study the machining process. This work reports practical experiments in turning, to study the performance of different tool materials such as ceramics, cemented carbide, cubic boron nitride (CBN), and diamond (PCD). The results show that only diamond tools are suitable for use in finish turning. An optimisation methodology was used in rough machining to determine the best cutting conditions. The tests were carried out with cemented carbide tool at various cutting speeds. In the optimisation methodology were used the cutting length as the tool replacement criterion and some parameters were monitored such as the feed and cutting forces that can used be used as a safety system. Finally, it is concluded that the optimisation of the cutting conditions is extremely important in the selection of the tools and cutting conditions to be used in the CFRP manufacturing process. (C) 1999 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

Em virtude de suas características, as aplicações de materiais compósitos à base de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) têm aumentado consideravelmente. Assim, novas técnicas de processo e produção devem ser desenvolvidas para garantir alta precisão e boa qualidade da superfície dos componentes. Como resultado desse cenário de fabricação, é necessário estudar o processo de usinagem. Este trabalho relata experimentos práticos em torneamento, para estudar o desempenho de diferentes materiais de ferramentas, como cerâmica, carboneto cimentado, nitreto de boro cúbico (CBN) e diamante (PCD). Os resultados mostram que apenas ferramentas diamantadas são adequadas para uso em torneamento de acabamento. Uma metodologia de otimização foi usada na usinagem em bruto para determinar as melhores condições de corte. Os testes foram realizados com ferramenta de metal duro em várias velocidades de corte. Na metodologia de otimização foram utilizados o comprimento de corte como critério de substituição da ferramenta e alguns parâmetros foram monitorados, como as forças de avanço e corte que podem ser utilizadas como sistema de segurança. Finalmente, conclui-se que a otimização das condições de corte é extremamente importante na seleção das ferramentas e condições de corte a serem utilizadas no processo de fabricação do CFRP.