Delamination analysis after carbon/epoxy plate drilling

Drilling of carbon fibre reinforced plates CFRP causes typical damages such as delamination and others. These damages, that cannot be visually detected, can cause the premature collapse of structures. Damage assessment is usually carried out using non-destructive inspections like radiography and ultrasonic C-scan.Damage extent can be evaluated by the use of damage criteria. One of them delamination factor was proposed by Chen, establishing a ratio between the maximum damaged diameter and the hole nominal diameter. Another one damage ratio was presented by Mehta comparing the damaged area with the hole average area. Both ratios allow for comparison between different drilling conditions.In this paper the images obtained are processed and analyzed using standard techniques from Computational Vision together with a processing platform already developed. An experimental evaluation using radiographic and C-scan images to obtain the referred ratios will be presented

Avaliação do dano em laminados carbono/epóxido após furação

A furação de placas em plásticos reforçados com fibras de carbono - PRFC - causa danos típicos tais como a delaminação e outros. Tais danos não são detectáveis numa inspecção visual e podem causar o colapso prematuro de estruturas. A detecção da existência de danos é normalmente efectuada através de ensaios não-destrutivos como a radiografia e a inspecção ultrassónica com varrimento (C-Scan). A extensão do dano pode ser avaliada através do uso de critérios adequados, tais como o Factor de Delaminação - um quociente de diâmetros - e o Rácio de Dano - uma razão entre áreas. Ambos os critérios permitem estabelecer comparações entre diferentes estratégias de furação. Neste trabalho as imagens obtidas por radiografia de peças furadas utilizando três diferentes geometrias de broca num caso e três diâmetros de pré-furação no outro, são processadas e analisadas através da aplicação de técnicas usuais na Visão Computacional conjugadas com o uso de uma plataforma de processamento anteriormente desenvolvida. Os resultados da aplicação destas técnicas na avaliação das diversas estratégias de furação, tendo em vista a obtenção de valores para os critérios atrás referidos, são apresentados

Modelação da Furação de Laminados por Elementos Finitos

O recurso ao Método de Elementos Finitos (MEF) para a simulação e estudo da maquinagem tem vindo a merecer um interesse crescente. Neste trabalho comparam-se os resultados experimentais obtidos usando diferentes brocas helicoidais com uma simulação numérica da furação usando elementos sólidos tridimensionais do software ABAQUS® Explicit. Os resultados obtidos mostram a aplicabilidade do modelo, nomeadamente no que respeita à variação do principal parâmetro de corte no processo de furação - o avanço - e geometria da ferramenta. O desenvolvimento das forças axiais durante a furação está directamente relacionado com a selecção dos parâmetros de corte e geometria de ferramenta e contribui para a existência de danos na placa. Assim, a minimização destas forças permite reduzir o risco de delaminação. Os resultados relativos à força necessária para o início da delaminação são comparados com modelos analíticos já conhecidos. Os resultados numéricos apresentam uma boa concordância com os obtidos experimentalmente

Influência dos parâmetros de maquinagem no dano de placas compósitas

Os materiais compósitos têm-se tornado cada vez mais importantes em virtude das suas características específicas, tais como o baixo peso e uma boa relação peso/resistência. As operações de furação são habituais neste tipo de peças, devido à necessidade de posterior montagem em conjuntos. Devido à não-homogeneidade dos compósitos, a furação pode causar alguns danos, de que podem resultar perda de propriedades mecânicas da peça. Uma escolha adequada da ferramenta e dos parâmetros pode diminuir estas consequências. Neste artigo são comparados os resultados obtidos com três diferentes velocidades de corte, três avanços e três geometrias de ferramenta. As conclusões apontam para a importância duma adequada selecção dos parâmetros de maquinagem na redução do dano

Avaliação de ferramentas para a furação de laminados

A utilização crescente de materiais compósitos nos mais variados domínios coloca novos desafios no projecto de ferramentas de corte dedicadas a este tipo de materiais, ao invés da tradicional adaptação das ferramentas desenvolvidas para materiais metálicos. Neste artigo apresenta-se um estudo comparativo de geometrias de broca com o objectivo de reduzir o dano associado. Para tal, são analisadas as forças desenvolvidas durante o processo de furação, a extensão da zona delaminada em redor do furo produzido e efectuados ensaios mecânicos com o objectivo de estabelecer uma correlação entre os diversos resultados e as características mecânicas das placas maquinadas. Assim, a referida comparação permite avaliar a importância da escolha adequada da geometria de ferramenta na diminuição do dano provocado e na melhoria das características mecânicas das peças envolvidas

Desenvolvimento de Ferramentas de Corte para a Furação de Laminados Compósitos

A crescente utilização de compósitos laminados no mais variado tipo deestruturas tem levado as diferentes indústrias que trabalham com este sectora desenvolver soluções que permitam manter os níveis de qualidade de fabrico.Nesse sentido, a existência de ferramentas específicas para a execução defuros nas placas tem ganho especial relevância. A natureza anisotrópica doscompósitos torna-os mais susceptíveis à ocorrência de diversos tipos de dano,tais como delaminações, que são de evitar pois provocam uma perda dascaracterísticas mecânicas das peças na zona de ligação. Neste trabalho éapresentado um estudo sobre a influência do número de cortantes da brocasobre a evolução das forças axiais durante a furação e posterior medição dasrugosidades na parede do furo. Para esta comparação recorre-se ao métodoTaguchi. Outro aspecto importante a nível industrial é a duração da ferramentasendo apresentados resultados ao nível do desgaste observado nas ferramentasensaiadas neste trabalho. Os resultados permitem mostrar algumasconclusões sobre geometria de broca e parâmetros de corte

Drilling process of composite laminates : a tool based analysis

The distinctive characteristics of carbon fibre reinforced plastics, like low weight or high specific strength, had broadened their use to new fields. In order to join different components by using bolts, rivets or screws, one of the machining operations needed in composite structures is drilling. Usually, it is accepted that drilling can be carried out using conventional tools and machinery with adaptations. However, this operation can lead to different kind of damages being delamination the most severe as it can reduce the mechanical strength. The main mechanism responsible for delamination occurrence is the indentation caused by the drill chisel edge. It is accepted that a drilling process that reduces the thrust force exerted by the drill chisel edge during machining can decrease the risk of delamination. In this work, two combinations of the drilling process are compared: tool material HSS, WC and PCD and geometry twist, Brad and step. The parameters considered for analysis include: thrust force, delamination extension open-hole strength and bearing strength. Statistical techniques are used in the evaluation. The work performed shows that a proper combination of the factors involved, like tool material, drill geometry or cutting parameters, can help to reduce the occurrence of delamination

Drilling delamination study on carbon reinforced laminates - tool and feed rate effects

The characteristics of carbon fibre reinforced plastics had widespread their use. In order to join different components, drilling is often necessary. It is known that a drilling process that reduces the drill thrust force can decrease the risk of delamination. In this work, three combinations of the drilling process are compared: tool diameter and geometry and feed rate. The parameters considered for analysis include: thrust force, delamination extension and mechanical strength. This work shows that a proper combination of the drilling variables can contribute to reduce the delamination damage