Mecanizado de materiales compuestos

Mecanizado de materiales compuestos

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Mecanizado de materiales compuestos
El mecanizado en materiales compuestos es una de las operaciones más importantes puesto que su realización da origen a la obtención del conjunto o de la pieza diseñada. Este proceso de fabricación es el responsable de la consecución de la geometría final, así como de poner los medios necesarios para la unión de esteconjunto con otros.

Mecanizado general
Los procesos de mecanizado de piezas fabricadas en materiales compuestos implican grandes distinciones respecto al mecanizado de materiales metálicos, como puede ser el acero. La configuración de este tipo de materiales obliga a replantear los procesos de mecanizado: métodos, herramientas, configuraciones, sistemas de refrigeración (taladrina), e inclusomáquinas y utillajes (fijaciones...).

Consideraciones generales
El mecanizado de un material compuesto implica una serie de condicionamientos diferentes al mecanizado convencional. Se han de tener en cuenta las siguientes consideraciones: • Las temperaturas alcanzadas durante el proceso deben encontrarse dentro de un rango permitido dado por el material polimérico que compone la matriz. Unatemperatura excesiva puede resultar en una disminución del acabado superficial y en un aumento del rozamiento entre el material a mecanizar y el filo de la herramienta (aumento del desgaste).
Material Polimetacrilato de metilo (PMMA) Policarbonato (PC) 129 Epoxi bismaleimida 250 - 300

Temperatura límite de trabajo (ºC) 74 - 102

• La baja conductividad térmica de los materiales compuestospoliméricos hace que la disipación de la mayor parte de la energía calorífica generada durante el mecanizado sea disipada a través de la herramienta utilizada. La energía calorífica no disipada revierte en el aumento de la temperatura en el corte. Con respecto al uso de líquidos refrigerantes, cabe destacar que algunos materiales compuestos pueden ver modificadas sus propiedades mecánicas debido a laabsorción de fluidos. • La diferencia existente entre los coeficientes de dilatación térmica entre las fibras y la matriz favorece la aparición de tensiones residuales, siendo éstas mayores cuanto mayor sea el gradiente de temperatura. • El desgaste del filo provocado por el corte de las fibras. Este desgaste es de tipo abrasivo. • El residuo que se genera debido al corte de las fibras es muynocivo para la salud. Además, tiene un efecto muy negativo sobre el mantenimiento de la máquina herramienta.

El proceso de corte
El proceso de corte en un material compuesto de matriz polimérica (PMC) es muy diferente al de un metal. En un material compuesto se distinguen las fibras y la matriz. El filo de corte no genera las virutas típicas del mecanizado de un metal, sino que la resinapolimérica es cortada y las fibras pueden ser cortadas o fracturadas. Por otro lado, los materiales compuestos, en particular aquellos reforzados con fibras largas, presentan una elevada anisotropía que depende de la orientación de las fibras. La fuerza de corte necesaria en el mecanizado depende fuertemente de la dirección y sentido del corte. Este efecto es muy notable también en el acabado del corte.Mecanizado de materiales compuestos

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Soluciones para el mecanizado
Existen dos posibilidades para abordar el mecanizado de materiales compuestos poliméricos (PMC, Compuesto de Matriz Polimérica): • El empleo de filos de corte de geometría muy positiva y muy afilados (radio de punta pequeño). • Técnica del Mecanizado de Alta Velocidad (MAV).

Operaciones de mecanizado
La mayoría de laspiezas de materiales compuestos se fabrican de forma que se alcance la forma final de la pieza sin necesidad de efectuar muchas operaciones de desbaste o acabado posteriormente. Las operaciones más habituales son: Taladrado Esta operación es muy importante en la fabricación de uniones mecánicas tanto en aeronáutica como en cualquier aplicación industrial de los materiales compuestos. Los...