Modelling thermal effects in machining of carbon fiber reinforced polymer composites

Abstract

El daño inducido por el mecanizado se observa comúnmente cuando se fabrican componentes basados ​​en compuestos de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP). A pesar de la importancia de los efectos térmicos en el mecanizado de CFRP, este problema ha sido poco analizado en la literatura. Las herramientas predictivas no están disponibles para los fenómenos térmicos involucrados durante el corte, mientras que solo se han encontrado pocos estudios experimentales. En este artículo, se presenta un modelo tridimensional (3D) de elementos finitos de mecanizado ortogonal de CFRP que incluye efectos térmicos. El daño intralaminar térmico y mecánico previsto mostró una fuerte influencia de la orientación de las fibras. El área afectada térmicamente fue mayor que la zona dañada mecánicamente. Este hecho confirma la importancia de tener en cuenta los efectos térmicos al modelar el mecanizado de CFRP.

Machining-induced damage is commonly observed when manufacturing components based on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. Despite the importance of thermal effects in machining CFRPs, this problem has been poorly analyzed in the literature. Predictive tools are not available for thermal phenomena involved during cutting, while only few experimental studies have been found. In this paper, a three-dimensional (3D) finite element model of orthogonal machining of CFRPs including thermal effects is presented. Predicted thermal and mechanical intralaminar damage showed strong influence of fiber orientation. Thermally affected area was larger than mechanically damaged zone. This fact confirms the importance of accounting for thermal effects when modelling CFRP machining.