Mecanizado De Materiales Compuestos

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 este conjunto con otros.
Mecanizado general
Losprocesos 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 incluso máquinas 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. Una temperatura excesiva no es conveniente.
MaterialPolimetacrilato de metilo (PMMA)
Policarbonato (PC)
Epoxi bismaleimida
Temperatura límite de trabajo (°C)
74 - 102
129
250 - 300

La baja conductividad térmica de los materiales compuestos poliméricos 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 aumentode 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 la absorción 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 elgradiente 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 muy nocivo 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 deun 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 resina polimérica 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 delas 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.
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 muyafilados (radio de punta pequeño).
Técnica del Mecanizado de Alta Velocidad (MAV).

Operaciones de mecanizado
La mayoría de las piezas 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 deuniones mecánicas tanto en aeronáutica como en cualquier aplicación industrial de los materiales compuestos. Los problemas más habituales asociados a esta operación son:
Astillamiento (splintering). La resina es cortada, pero parte de las fibras no son cortadas apareciendo fibras en el agujero.
Delaminación (delamination). Separación de las láminas inferiores del taladrado debido a la fuerza de...