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Tesis

Caracterización del proceso de corte en materiales compuestos estructurales mediante la técnica de emisión acústica

2016



Tesista Agustín CARO
Ingeniero Electrónico - Universidad Nacional de La Plata - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Director Dr. Martín Pedro GÓMEZ.   CNEA, UNSAM, UTN FR Buenos Aires - Argentina
Lugar de realizaciónLaboratorio Ondas Elásticas -Proyecto ICES - Gerencia Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales - CAC - CNEA - Argentina
Fecha Defensa 22/04/2016
Jurado Dr. Alfredo Ernesto HAZARABEDIAN.  CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Ignacio MIEZA.  CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Jorge Román TORGA.  UTN FR-Delta, CONICET - Argentina
Código IS/T 168/16

Resumen

El presente trabajo de tesis busca realizar un aporte al monitoreo de los procesos de corte en materiales compuestos estructurales los cuales al ser una combinación alternada de diferentes materiales, no poseen en conjunto, parámetros óptimos de taladrado. Mediante la aplicación de la técnica de Emisión Acústica (EA) y el análisis de las señales producto del agujereado de probetas especialmente diseñadas, se pretende inferir la posición de la mecha dentro de las mismas. Esto es posible debido a que el proceso de corte en cada material posee características particulares que originan variaciones en las señales, las cuales pueden ser utilizadas para identificar que material se está taladrando y por lo tanto identificar la posición de la mecha. Con el objetivo de implementar un sistema que monitoree el proceso de taladrado a tiempo real y pueda realizar una realimentación a dicho proceso, se construyó un equipo de EA utilizando un conversor A/D comercial y el soporte de programación de MATLAB para realizar el software que permita una interfaz con el usuario además del análisis de las señales.
El estudio se centró en el análisis de la señales de RMS provenientes del taladrado de probetas especialmente diseñadas formadas por una capa superior de CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) y otra inferior de aluminio 2024. Las mismas fueron taladradas bajo diferentes parámetros de taladrado, se usaron 4 velocidades de corte diferentes y tres feed rates. Por otro lado también se varió el tipo y la geometría de la broca al usar una mecha de acero rápido (HSS) con Angulo de punta de 118 grados y otra de carburo de tungsteno con Angulo de punta de 140 grados. Todas las señales provenientes de los ensayos fueron analizadas con el objetivo principal de identificar el instante en que la mecha pasa de la capa de CFRP a la de aluminio. Para esto se adoso un calibre digital al sistema de avance de la máquina de taladrado para poder medir la posición real de la mecha dentro del material en todo momento. Además se midió la fuerza de avance (FA) en todos los ensayos como parámetro externo. Finalmente se propuso un algoritmo para ser implementado en MATLAB durante los ensayos que permite identificar el momento en que la mecha logra un agujero nominal dentro de la CFRP y pasa al aluminio, logrando así una realimentación a tiempo real que permita a un sistema de taladrado integral, modificar hacia los parámetros de taladrado óptimos del material que se está agujereando en ese instante.

Complete Title

Assessment of the cutting process in composite materials by acoustic emission

Abstract

This thesis intend to make a contribution to monitoring cutting processes in structural composites which when an alternating combination of different materials, have not collectively optimal drilling parameters. By applying the technique of acoustic emission (AE) and the analysis of the signals from drilling of specially designed test pieces, is intended to infer the position of the drill bit within them. This is possible because the cutting process in each material has particular characteristics that cause variations in the signals, which can be used to identify the material being drilled and therefore identify the position of the bit. In order to implement a system for monitoring the drilling process in real time and can perform a feedback to the process, an AE equipment was built using a commercial A/D converter and programming support for MATLAB software allowing a user interface in addition to the analysis of the signals.
The study focuses on the analysis of the RMS signals from the drilling of the specially designed test pieces formed by a top layer of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) and a lower of aluminum 2024. These were drilled under different drilling parameters, 4 speeds and three different cutting feed rates were used. On the other hand the type and geometry of the drill bit was varied by using a fast steel (HSS) with point angle of 118º and a tungsten carbide with point angle of 140º. All signals from the tests were analyzed with the main purpose of identifying the instant when the bit passes from the CFRP layer to the aluminum. To achieve this, a digital caliber was attached to the feed system of the drilling machine, to measure the real position of the drill bit into the material. Also feed force (FA) was measured in all tests as an external parameter. Finally an algorithm to be implemented in MATLAB during tests is proposed, which allows identifying the time when the bit achieves a nominal hole in the CFRP and passes in to the aluminum. Thereby achieving a refeeding in real time, that allows an integral drilling system change in to the optimum drilling parameters of the material being drilled at that moment.

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