Modelagem e simulação do processo de usinagem de silício policristalino com fio diamantado eletrodepositado

Abstract

A contínua e crescente demanda pelo uso de recursos renováveis para geração de energia resultou no aumento de estudos e pesquisas sobre o processo de fabricação de painéis solares, tanto na otimização de sua eficiência energética quanto no controle de produção para reduzir custos de manufatura. Nesse contexto, pesquisas em processos de usinagem de silício policristalino são fundamentais para se obter um componente com maior qualidade com parâmetros de processo otimizados, o que permite reduzir os custos de manufatura envolvidos. Dessa maneira, esse trabalho propõe uma análise computacional do processo de usinagem para otimizar os parâmetros de corte sobre a integridade da superfície usinada do silício policristalino. Para isso, tanto a ferramenta de corte quanto a cinemática do processo foram simuladas com uma rotina elaborada via programação em Python. A modelagem do ferramental foi construída baseada em um fio diamantado comercial. Utilizando coordenada polar, abrasivos do tipo cônico, com uma distribuição randômica do ângulo de saída (γ) entre 55-75˚ e tamanho de grão entre 30-45 µm, foram fixados sobre um fio e camada de ligante, limitando-os a um diâmetro de 350 µm. Quanto a cinemática do processo, foram variadas as velocidades de avanço (Vf) e de corte (Vc). Na simulação foram considerados os fenômenos de remoção de material nos regimes frágil e dúctil e as propriedades mecânicas do silício policristalino foram implementadas. A influência do processo de corte foi avaliada sobre os resultados de rugosidade Ra do componente. Uma etapa experimental foi efetuada para validação da simulação proposta. Os resultados mostram que com o aumento da velocidade de avanço, mantendo a velocidade de corte constante, tanto os valores de Ra simulados quanto experimentais são otimizados em uma faixa de valores Vf intermediários. Por outro lado, para uma mesma velocidade de avanço, o aumento da velocidade de corte induz a remoção de material no regime dúctil, o que torna a superfície menos rugosa, reduzindo os valores de Ra. O perfil de rugosidade foi simulado, sendo possível observar a formação de estrias similar a ondulação de acordo com uma equação senoidal, o que é tipicamente observada no corte com fio diamantado e é conhecida como marcas de serra. O modelo se mostrou satisfatório com à tendência de resultados observada na etapa experimental, possibilitando otimizar o processo de corte.