BRPI0809549A2 - Fresas de topo para perfuração orbital de materiais plásticos reforçados com fibra - Google Patents

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Description

FRESAS DE TOPO PARA PERFURAÇÃO ORBITAL DE MATERIAIS PLÁSTICOS REFORÇADOS COM FIBRA
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Materiais plásticos reforçados com fibra (FRP)
são amplamente utilizados na indústria do espaço aéreo devido a sua alta intensidade específica e alta rigidez específica. Materiais FRP são materiais compõsitos consistindo em matriz de resina macia e reforço com fibra de alta resistência. Reforços para fibras típicos incluem 10 fibras de carbono (CFRP), fibras de vidro (GFRP), fibras de Kevlar, e os similares. Os materiais FRP são frequentemente processados em uma estrutura laminada. Materiais FRP possuem excelente intensidade no plano, porém baixa intensidade interlaminar. As fibras tendem a delaminar 15 durante a usinagem. A Figura 10 mostra a delaminação da fibra em torno de um orifício maquinado utilizando uma fresa de topo convencional.
Uma maneira para reduzir a delaminação da fibra é utilizar um processo de perfuração orbital. A perfuração
2 0 orbital é uma operação de furação através de fresagem na qual o centro de uma fresa de topo orbita cerca do centro do orifício pretendido enquanto gira em seu próprio eixo e se move na direção axial. A perfuração orbital é também denominada de fresagem circular ou interpolação helicoidal. 25 Desse modo, existe uma necessidade de prover uma
ferramenta de corte que minimize a delaminação da fibra quando da usinagem de materiais plásticos reforçados com fibra.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO Resumidamente, de acordo com esta invenção, é provida uma fresa de topo para perfuração orbital de materiais plásticos reforçados com fibra compreendendo uma haste possuindo um diâmetro da haste; um gargalo possuindo 5 um diâmetro do gargalo; e uma cabeça de corte possuindo um diâmetro de corte, um raio de curvatura, um ângulo de prato e um raio posterior, em que o diâmetro do gargalo é cerca de 65 por cento a cerca de 90 por cento do diâmetro de corte, o ângulo de prato é entre cerca de 2 graus a cerca 10 de 6 graus, e o raio de curvatura é entre cerca de 3 por cento a cerca de 8 por cento do diâmetro de corte.
Em outra modalidade, uma fresa de topo para perfuração orbital de materiais plásticos reforçados com fibra possui um ângulo de prato entre cerca de 2 graus e 15 cerca de 6 graus; um ângulo de hélice dentre cerca de 5 graus e cerca de 18 graus; um ângulo de inclinação radial entre cerca de 5 graus e cerca de 15 graus; um ângulo de inclinação axial com talho entre cerca de 3 graus e cerca de 10 graus; e um ângulo de incidência primária entre cerca 20 de 10 graus e cerca de 18 graus.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Características adicionais da presente invenção, bem como as vantagens derivadas da mesma, se tornarão claras a partir da seguinte descrição detalhada feita com referência aos desenhos nos quais:
A Figura 1 é uma vista lateral da geometria de uma fresa de topo para usinagem de materiais plásticos reforçados com fibra de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 2 é uma vista lateral aumentada da cabeça de corte da fresa de topo da Figura 1;
A Figura 3 é uma vista posterior de uma fresa de topo de corte não-central com 4 sulcos para usinagem de materiais plásticos reforçados com fibra de acordo com uma modalidade da invenção;
A Figura 4 é uma vista lateral parcial da fresa de topo de corte não-central com 4 sulcos da Figura 3;
A Figura 5 é uma fotografia da qualidade do orifício produzido pela fresa de topo de corte não-central com 4 sulcos da Figura 3;
A Figura 6 é uma vista posterior de uma fresa de topo de corte central com 2 sulcos para usinagem de materiais plásticos reforçados com fibra de acordo com uma modalidade da invenção;
A Figura 7A é uma vista lateral parcial da fresa de topo de corte central com 2 sulcos da Figura 6;
A Figura 7B é uma vista posterior transversal parcial da fresa de topo de corte central com 2 sulcos tirada ao longo da linha 7B - 7B da Figura 7A;
A Figura 8 é uma fotografia da qualidade do orifício produzido pela fresa de topo de corte central com
2 sulcos da Figura 6;
A Figura 9 é uma vista posterior de uma fresa de topo central com 4 sulcos para usinagem de materiais plásticos reforçados com fibra de acordo com uma modalidade da invenção; e A Figura 10 mostra a delaminação da fibra em torno do orifício maquinado utilizando uma fresa de topo convencional.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO GEOMETRIA DA FERRAMENTA
Com referência às Figuras 1 e 2, em que caracteres de referência similares representam elementos similares, uma fresa de topo para perfuração orbital de materiais plásticos reforçados com fibra é de uma forma 10 geral mostrada em 10. De modo geral, a fresa de topo 10 inclui uma haste 12, um gargalo 14, uma cabeça de corte 16, e um eixo longitudinal 18. Em uma modalidade, a haste 12 possui um diâmetro da haste 20 de aproximadamente 0,4 0 polegadas (10,16 mm) , o gargalo 14 possui um diâmetro do
gargalo 22 de aproximadamente 0,22 polegadas (5,59 mm), e a cabeça de corte 16 possui um diâmetro de corte 24 de aproximadamente 0,28 polegadas (7,11 mm). Em geral, o diâmetro do gargalo 22 é menor que o diâmetro de corte 24, por exemplo, o diâmetro do gargalo 22 pode ser 20 aproximadamente 65 a 90 por cento do diâmetro de corte 24.
Como mais bem ilustrado na Figura 2, a cabeça de corte 16 inclui uma extremidade de corte dianteiro 26 que inclui um ângulo de prato 28 com relação à face posterior. Em uma modalidade, o ângulo de prato 28 pode variar de 25 cerca de 2 graus a cerca de 6 graus. A cabeça de corte 16 também inclui um raio de curvatura 30 que é de cerca de 3 a cerca de 8 por cento do diâmetro de corte 24. 0 raio de curvatura 30 depende do diâmetro de corte 24. Por exemplo, em uma modalidade, o raio de curvatura 30 é cerca de 0,02 polegadas (0,51 mm) para um diâmetro de corte 24 de aproximadamente 0,28 polegadas (7,11 mm). A cabeça de corte
16 também inclui um plano 32 que se estende do raio de curvatura 30 a um raio traseiro 34, que causa redução no 5 diâmetro da cabeça de corte 16 ao gargalo 14. Em uma modalidade, o raio traseiro 34 é cerca de 0,16 polegadas (4,06 mm) para um diâmetro de corte de aproximadamente 0,28 polegadas (7,11 mm) e um diâmetro do gargalo 22 de aproximadamente 0,22 polegadas (5,59 mm).
CONFIGURAÇÕES DA FERRAMENTA
Em geral, a fresa de topo possui um ângulo de prato entre cerca de 2 graus a cerca de 6 graus, um ângulo de hélice entre cerca de 5 graus a cerca de 18 graus, e um ângulo de inclinação radial de dentes posteriores entre 15 cerca de 0 graus a cerca de 15 graus; um ângulo de inclinação radial de dentes periféricos entre cerca de 8 graus a cerca de 16 graus; um ângulo de inclinação axial com talho entre cerca de 3 graus a cerca de 10 graus; e um ângulo de incidência primária entre cerca de 10 graus a
2 0 cerca de 18 graus.
Os princípios da geometria da ferramenta descrita acima podem ser aplicados a várias configurações das ferramentas de corte. Para esta finalidade, um número de diferentes configurações da ferramenta da fresa de topo 10 25 foi testado e comparado utilizando os princípios da geometria da ferramenta descrita acima.
Em um exemplo mostrado nas Figuras 3 e 4, os princípios da geometria da ferramenta foram aplicados a uma fresa de topo de corte não-central 100 que inclui quatro sulcos 36, 38, 40, 42, em um ângulo de hélice 44 que é cerca de 10 graus com relação ao eixo longitudinal 18. Além disso, a fresa de topo 10 inclui, mas não está limitada a, um ângulo de prato 28 de cerca de 4 graus, um ângulo de 5 inclinação radial de dentes posteriores 4 6 de cerca de 10 graus, um ângulo de inclinação radial de dentes periféricos 47 de cerca de 10 graus, um ângulo de inclinação axial com talho 4 8 de cerca de 5 graus, e um ângulo de incidência primária 50 de cerca de 12 graus. É notado que o ângulo de 10 inclinação radial de dentes posteriores 46 é aproximadamente igual ao ângulo de inclinação radial de dentes periféricos 47.
Como mostrado na Figura 5, uma excelente qualidade de orifício é alcançada utilizando a fresa de topo e nenhuma delaminação da fibra foi observada.
Em outro exemplo mostrado nas Figuras 6, 7A e 7B, os princípios da geometria da ferramenta foram aplicados a uma fresa de topo de corte central com 2 sulcos 200 que inclui dois sulcos em um ângulo de hélice 44 de cerca de 10
2 0 graus, um ângulo de prato de cerca de 4 graus, um ângulo de inclinação radial de dentes posteriores 46 de cerca de 0 graus, um ângulo de inclinação radial de dentes periféricos 47 de cerca de 10 graus, um ângulo de inclinação axial com talho 4 8 de cerca de 5 graus, e um ângulo de incidência 25 primária de cerca de 12 graus. É notado que o ângulo de inclinação radial de dentes posteriores 46 é menor que ou igual ao ângulo de inclinação radial de dentes periféricos 47 devido ao talho. Como mostrado na Figura 8, uma excelente qualidade de orifício é alcançada utilizando a fresa de topo e nenhuma delaminação da fibra foi observada.
Em ainda outro exemplo, a mesma geometria da
ferramenta para a fresa de topo de corte central com 2 sulcos foi aplicada a uma fresa de topo de corte com 4 sulcos 3 00 mostrada na Figura 9. Os resultados de testes indicam que a fresa de topo produziu excelente qualidade de orifício e nenhuma delaminação da fibra foi observada.
REVESTIMENTO DE DIAMANTE
O reforço com fibra utilizado em materiais FRP é muito abrasivo e pode causar vida muito curta em uma ferramenta de carboneto não-revestida. Para aumentar a vida útil da ferramenta, um revestimento de diamante de cerca de 15 12 μπι de espessura é aplicado às fresas de topo mencionadas acima. Em uma modalidade, a fresa de topo 10 é feita a partir de um substrato de carboneto de tungstênio (WC) com cobalto cimentado (Co) em uma faixa entre cerca de 3 a 10 % em peso e um revestimento de diamante possuindo uma
2 0 espessura em uma faixa entre cerca de 8 a 20 μιη depositado utilizando um processo de deposição de vapor químico (CVD). Os testes mostram que a vida útil da ferramenta pode ser aumentada em 20 vezes utilizando o revestimento de diamante. A fresa de topo 10 pode também ser feita de um 25 material de diamante policristalino (PCD).
Será apreciado que os princípios da geometria da ferramenta podem ser aplicados a ambas as fresas de topo de corte central e de corte não-central para perfuração orbital de materiais FRP. Os documentos, patentes e pedidos de patentes ora referidos, são pelo presente, incorporados por referência.
Enquanto a invenção tenha sido especificamente descrita em conexão com certas modalidades específicas do 5 mesmo, deve ser entendido que isto é para fins de ilustração e não de limitação, e o escopo das reivindicações em anexo deve ser construído tão amplamente como a técnica anterior irá permitir.

Claims (12)

1. Fresa de topo para perfuração orbital de materiais plásticos reforçados com fibra caracterizada pelo fato de que compreende: - uma haste possuindo um diâmetro da haste; - um gargalo possuindo um diâmetro do gargalo; - uma cabeça de corte possuindo um diâmetro de corte; - um raio de curvatura; - um ângulo de prato e um raio posterior, em que o diâmetro do gargalo é de cerca de 65 por cento a cerca de 90 por cento do diâmetro de corte, o ângulo de prato ê de cerca de 2 graus a cerca de 6 graus, e o raio de curvatura é de cerca de 3 por cento a cerca de 8 por cento do diâmetro de corte.
2. Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma pluralidade de sulcos em um ângulo de hélice de cerca de 5 graus a cerca de 18 graus.
3. Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um ângulo de inclinação radial de dentes posteriores de cerca de 0 graus a cerca de 15 graus, e um ângulo de inclinação radial de dentes periféricos de cerca de 8 graus a cerca de 16 graus.
4. Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um ângulo de inclinação axial com talho de cerca de 3 graus a cerca de 10 graus.
5. Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um ângulo de incidência primária de cerca de 10 graus a cerca de 18 graus.
6. Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fresa de topo é feita de um substrato compreendido de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto em uma faixa de cerca de 3 % em peso a cerca de 10 % em peso.
7. Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a fresa de topo inclui adicionalmente um revestimento de diamante possuindo uma espessura de cerca de 8 jim a cerca de 20 μπι.
8. Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fresa de topo é feita de um material de diamante policristalino (PCD).
9. Fresa de topo para perfuração orbital de materiais plásticos reforçados com fibra caracterizada pelo fato de que compreende: - um ângulo de prato de cerca de 2 graus a cerca de 6 graus; uma pluralidade de sulcos em um ângulo de hélice de cerca de 5 graus a cerca de 18 graus; um ângulo de inclinação radial de dentes posteriores de cerca de 0 graus a cerca de 15 graus; um ângulo de inclinação radial de dentes periféricos de cerca de 8 graus a cerca de 16 graus; um ângulo de inclinação axial com talho de cerca de 3 graus a cerca de 10 graus; e - um ângulo de incidência primária de cerca de 10 graus a cerca de 18 graus.
10.Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de que a fresa de topo ê feita de um substrato compreendido de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto em uma faixa de cerca de 3 % em peso a cerca de 10 % em peso.
11.Fresa de topo, de acordo com a reivindicação10,caracterizada pelo fato de que a fresa de topo inclui um revestimento de diamante possuindo uma espessura de cerca de 8 μm a cerca de 2 0 μm.
12.Fresa de topo, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de que a fresa de topo é feita de um material de diamante policristalino (PCD).
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