• ambiente criogenico
• CFRP
• processo di foratura

Riassunto
In campo aeronautico, aerospaziale, automobilistico e non solo, si richiedono qualità di lavorazione elevate per garantire specifiche precisioni dimensionali e rugosità delle superfici; è fondamentale, dunque, ridurre al minimo la presenza di difettosità legate sia al processo di formatura che a quelli successivi. Le lavorazioni meccaniche criogeniche come tornitura, fresatura e foratura, rappresentano uno dei mezzi per raggiungere tale scopo e per poter allargare il campo di utilizzo di tali materiali, incrementarne la versatilità e la possibilità di assemblaggio sia con materiali della stessa famiglia che con i tradizionali materiali metallici.
Lo studio affrontato nella seguente tesi di laurea ha come argomento il processo di foratura in ambiente criogenico di provini in materiale composito appartenente alla famiglia dei CFRP ovvero plastiche rinforzate con fibre di carbonio. Le prove sono realizzate tramite un’attrezzatura sperimentale allestita con lo scopo di confrontare la lavorazione convenzionale con la lavorazione criogenica.
Il lavoro è stato impostato con l’intento di realizzare un confronto, a parità di parametri di taglio utilizzati, tra prove effettuate a secco e prove effettuate in ambiente criogenico per poter così valutare gli effetti sulla qualità dei fori ottenuti. La condizione criogenica è raggiunta tramite l’adduzione nella zona di taglio di azoto liquido realizzando il così chiamato spray cooling.
Per verificare l’efficacia del raffreddamento durante il processo di foratura viene misurata, tramite termocoppie, la temperatura raggiunta dal provino in prossimità della parete dei fori; inoltre, sono acquisiti i valori della forza di avanzamento e della coppia generati dall’utensile sul provino al variare di tutti i parametri di taglio adottati.
L’analisi delle due tipologie di prove è condotta in termini di qualità dei fori misurando i parametri di rugosità della superficie interna, di delaminazione e di errore sul diametro e valutando le influenze della velocità di taglio, della forza di avanzamento, dell’usura dell’utensile e della temperatura sul risultato finale.

Abstract
In the aeronautical, aerospace, automotive and other fields, high quality workmanship is required to guarantee specific dimensional accuracy and surface roughness. It is therefore essential to minimize the presence of defects related to both the forming and subsequent processes. The cryogenic mechanical processes such as turning, milling and drilling represent one way to achieve this purpose and intend the field of use of these materials. This will increase their versatility and the assembly capabilities both with materials of the same family and with traditional metal materials.
The study addressed in the following master’s degree thesis deals with the drilling process in cryogenic environment of specimens in composite material belonging to the CFRP family or carbon fiber reinforced plastics. The tests are performed using a custom experimental set up aimed at comparing conventional processing with cryogenic processing.
Using the same cutting parameters, we could carry out a comparison between dry tests and tests carried out in a cryogenic environment. This allowed us to evaluate the effects on the quality of the holes obtained. The cryogenic condition is achieved by adding liquid nitrogen to the cutting area, creating the so-called spray cooling.
To check the effectiveness of the cooling during the drilling process, the temperature reached by the sample near the hole wall is measured by means of thermocouples. Furthermore, the values of the feed force and torque generated by the drilling tool on the samples are acquired for all the cutting parameters values used.
The final comparison between the two methods is carried out in terms of hole quality i.e. by measuring the roughness parameters of the inner surface, delamination and error on the diameter and evaluating the influences of the cutting speed, of the feed force, of the wear of the tool and temperature.