Estudio del proceso de corte láser de CO2 del material compuesto de matriz polimérica reforzada con cascarilla de arroz
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Date
2019
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
The CO2 laser cutting process, being widely used in the industrial field due to its
excellent precision, accuracy and rapid processing to make the cut, was
investigated in two polymeric compounds based on natural fibers (polyester matrix
and epoxy matrix reinforced with rice husk), in order to evaluate the influence of
the independent input variables (power and cutting speed) on the quality of laser
cutting and additionally flammability tests were carried out for possible
applications. The characteristics of the surface finish evaluated were the roughness
of the cut surface and the thermal effect (surface temperature of the edge adjacent
to the cut) that were made in the process. Twenty-six series of experimental tests
were executed for each composite material, based on the central design composed
by the response surface methodology (MSR). First-order response models were
presented for surface temperatures and a second-order model for the roughness
(Ra) of the surface manufactured by laser, and the adequacy of the models was
verified through the analysis of variances (ANOVA). From the analysis, it was
determined that in the polyester matrix composite material, better surface quality
(lower roughness) and lower surface temperatures are presented in comparison
with the epoxy matrix compound. Regarding the combustion rates that result from
the flammability tests of both the polyester matrix compound (8.27 mm / min) and
epoxy matrix (15.85 mm / min) it was determined that they are within the
acceptable permissible range ( ≤100 mm / min and ≤250 mm / min) that must
comply with the flammability of the materials inside the road vehicles.
Description
El proceso de corte por láser de CO2 al ser ampliamente empleando en el campo
industrial por su excelente precisión, exactitud y a su rápido procesamiento para
efectuar el corte, se investigó en dos compuestos poliméricos a base de fibras
naturales (matriz poliéster y matriz epóxica reforzados con cascarilla de arroz), con
la finalidad de evaluar la influencia de las variables independientes de entrada
(potencia y velocidad de corte) en la calidad de corte por láser y adicionalmente se
efectuaron ensayos de inflamabilidad para posibles aplicaciones. Las
características del acabado superficial evaluadas fueron la rugosidad de la
superficie cortada y el efecto térmico (temperatura superficial del borde adyacente
al corte) que se efectuaron en el proceso. Se ejecutaron 26 series de pruebas
experimentales para cada material compuesto, en base al diseño central compuesto
mediante la metodología de superficie de respuesta (MSR). Se presentaron
modelos de respuesta de primer orden para las temperaturas superficiales y un
modelo de segundo orden para la rugosidad (Ra) de la superficie manufacturada
por láser, y se comprobó la adecuación de los modelos mediante el análisis de
varianzas (ANOVA). A partir del análisis se determinó que en el material
compuesto de matriz poliéster se presenta mejor calidad superficial (menor
rugosidad) y menores temperaturas superficiales en comparación con el compuesto
de matriz epóxica. En cuanto a las tasas de combustión que resultan de los ensayos
de inflamabilidad tanto del compuesto de matriz poliéster (8,27 mm/min) y matriz
epóxica (15,85 mm/min) se determinó que se encuentran dentro del rango
permisible aceptable (≤100 mm/min y ≤250 mm/min) que debe cumplir la
inflamabilidad de los materiales en el interior de los vehículos de carretera.
Keywords
CORTE LÁSER, MATRIZ POLIMÉRICA, CASCARILLA DE ARROZ, DISEÑO EXPERIMENTAL, MATERIAL COMPUESTO, SOFTWARE ESTADÍSTICO, MATRIZ EPÓXICA