Fresamento tangencial utilizando eixo árvore de material compósito híbrido: uma avaliação experimental do comportamento dinâmico - Medeiros, Everton Coelho de [UNESP] (2021)
Elementos rotativos, tais como eixos em máquinas rotativas, vêm sendo projetados com o objetivo de aumentar a performance e baixar o custo. O uso de materiais diferentes dos metálicos tem encontrado cada vez mais espaço em aplicações de engenharia. O material compósito vem sendo utilizado em segmentos automobilísticos e aeroespaciais, devido à capacidade de se ter altos níveis de resistência mecânica aliado a baixa densidade. Em máquinas operatrizes, essa mudança e pesquisa por aplicação de diferentes materiais em eixos árvores vêm sendo pouco explorada, principalmente na usinagem do tipo tangencial. A usinagem tangencial é utilizada para produção de peças como engrenagens, cremalheiras, guias e encaixes. Os eixos árvore de material compósitos estão sujeitos a mecanismos de falha por roçamento, que são compostos pelo roçamento contínuo (atrito) e roçamento intermitente (impacto). Esta pesquisa tem como objetivo apresentar uma avaliação experimental de um eixo árvore aplicado a usinagem do tipo tangencial, feito de material de fibra de carbono e resina epóxi nas situações de operação em que há o roçamento do tipo intermitente, ou seja, durante o período de usinagem. Dentro dessa avaliação é feito uma caracterização do eixo, observando sua construção híbrida feita de fibras unidirecionais, ordenados ortogonalmente em empilhamento de camadas, e de uma camada mais externa feita de um tecido do tipo plano (plain weave). Além disso, foram obtidos os valores das propriedades mecânicas do eixo, tais como o seu módulo de elasticidade longitudinal (54,33 GPa), e também os seus valores de frequência natural (493,77 Hz) e fator de amortecimento (14,58%). Durante a operação de usinagem por fresamento tangencial os parâmetros de corte foram controlados em diferentes aplicações de materiais, variando sua magnitude de roçamento de acordo com as condições operacionais de usinagem. Pode-se perceber nesse ensaio que o eixo de material compósito apresentou gráficos de órbitas com formas diferentes de um eixo metálico, em suas apresentações espectrais algumas frequências percebidas (1X e 2X) foram atenuadas no eixo de fibra de carbono e alguns outros valores sem relação harmônica também foram proeminentes, podendo ter relação com a excitação de seus modos de vibração lateral e torcional. Ao fim, uma avaliação da rugosidade resultante após processo de usinagem também foi feita e por meio da análise de variância constatou-se diminuição dos valores de Rz e Rt quando há aplicação do eixo compósito em relação ao metálico. Esse estudo experimental contribuiu para uma otimização do processo de usinagem tangencial utilizando de eixos feitos de materiais compósitos.