Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-26Bitstream added on 2014-06-13T19:35:04Z : No. of bitstreams: 1 paulo_rgr_me_ilha.pdf: 5334221 bytes, checksum: d84916caf67d30c659b04c9a1c72b49c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência das condições de usinagem na usinabilidade e na integridade superficial de aços empregados na fabricação de engrenagens automotivas. Os materiais usinados foram obtidos por meio de três formas diferentes de resfriamento: normalizados (N) a 950 ºC por duas horas, resfriados ao forno (F) a 600 ºC por 20 minutos e resfriados ao ar (A) calmamente. Para estes estudos foram empregadas três condições de usinagem, especialmente (mas não apenas) diferenciadas pela velocidade de corte: uma condição convencional (C1), comumente utilizada pela empresa fabricante das engrenagens, uma condição intermediária (C2), estabelecida por meio do catálogo do fabricante das ferramentas e a condição (C3) HSC (High-Speed Cutting). Os ensaios de fresamento de faceamento concordante a seco foram conduzidos em um centro de usinagem CNC e as variáveis monitoradas foram divididas em dois grupos: usinabilidade e integridade superficial, sendo rugosidade e mecanismo de formação do cavaco, pertencentes ao primeiro grupo e tensão residual, dureza, microdureza e análise metalográfica, ao segundo, respectivamente. Os resultados obtidos apontam para uma influência decisiva da condição de usinagem sobre o produto final. A melhora mais significativa na rugosidade (valores médios) apresentou-se na amostra (N) sendo de aproximadamente 67%, ocorrida na condição de usinagem (C3) em relação à C1. O mecanismo de formação dos cavacos alterou-se com a condição de usinagem. Os maiores valores do ângulo da microestrutura dos cavacos (por volta de 55°) foram medidos para a condição C1, ao passo que os menores valores (aproximadamente 41°) foram encontrados na condição de usinagem (C2). Recorrendo-se à microscopia eletrônica de varredura dos cavacos, constatou-se uma tendência inicial de segmentação do cavaco na condição de usinagem (C3)... / This work presents a study about the influence of machining conditions on machinability and surface integrity of steel employed in automotive gears manufacturing. The tested workpieces were obtained by three different cooling processes: normalizing (N) at 950 ºC for two hours, furnace cooling (F) at 600 ºC for 20 minutes and air cooling (A) calmly. In these studies were employed three machining conditions, mainly differentiate by cutting speed. A conventional condition (C1), commonly used by gear manufacturers, an intermediary condition (C2) defined by means of HPC (High-Performance Cutting) concept and HSC (High-Speed Cutting) condition (C3) were used. The dry face down-milling tests were carried out using a CNC vertical machining center (15 CV) and the investigated variables were separated in two groups: machinability and surface integrity. Roughness and chip formation mechanism refer to the first group. Residual stress, hardness, microhardness and workpiece metallographic analysis belong to another one. The results indicated a decisive influence of machining condition on final product. The more significant roughness improvement (Ra) was found in sample (N) when machined at condition (C3), about 67% lower than values generated through machining condition (C1). The chip formation mechanism changed due to machining condition. The greater chip microstructure angles (about 55º) appeared on C1 condition and smallest values (about 41º) in C2 condition. Through scanning electronic microscopy an initial trend to chip segmentation in machining condition (C3) was verified. The residual stress in milling was predominantly tension stress and depended on machined workpiece microstructure. In general, the lowest values were observed in C3 condition. The lowest hardness variation with regarding “as received” condition was verified in C3 condition being of 4% on average All machining... (Complete abstract click electronic access below)

Estudou-se os mecanismos e tipos de desgaste atuantes nos machos de corte no processo de roscamento com velocidades comumente utilizadas na indústria e com alta velocidade de corte, de forma a avaliar a influência da velocidade de corte, do tipo de revestimento de ferramenta e da condição de lubri-refrigeração sobre o desempenho dos machos de corte. A qualidade da rosca usinada e a formação de cavaco também foram objetos de estudo. Mediram-se sinais de torque e de corrente ao longo da vida das ferramentas, avaliando as suas possibilidades como indicadores de desgaste. O roscamento de furos passantes M8x1,25 foi realizado com velocidades de corte de 30 ou 60 m/min em ferro fundido cinzento GG25 nas condições sem fluido de corte ou com mínima quantidade de lubrificante (MQL). Foram utilizados machos de corte de aço rápido comum e fabricados por metalurgia do pó revestidos, com TiAIN ou com TiCN. Os principais mecanismos de desgaste foram abrasão, adesão e difusão, enquanto o principal tipo de desgaste observado foi o de flanco. A adesão de material da peça sobre a ferramenta foi o principal fator determinante do final de vida dos machos de corte. A utilização de revestimento foi eficiente na minimização da adesão. Entretanto, o TiAIN foi melhor em termos de vida da ferramenta e o TiCN na redução do torque e na qualidade visual da rosca usinada. A técnica MQL propiciou melhorias na usinagem em comparação com a condição a seco, principalmente na redução do torque em machos de corte revestidos. Os sinais de torque e de corrente foram eficientes no acompanhamento do desgaste de flanco apenas nos machos de corte revestidos. Por outro lado, apenas os sinais de torque podem servir como indicativo das etapas do ciclo de roscamento. / The mechanisms and types of wear were studied in tools used in the tapping process performed with speeds commonly used in the industry and also with high cutting speed. It was evaluated the influence of cutting speed, type of tool coating and cooling/lubrication condition on the performance of the taps. The quality of the machined threads and the chip formation were also assessed. During the experiments, torque and current signals were measured, assessing the possibilities of using them as tool wear indicators. The tapping of through holes M8x1,25 was accomplished with cutting speeds of 30 or 60 m/min in gray cast iron GG25 in the conditions dry or with Minimal Quantity of Lubricant (MQL). Taps of plain High Speed Steel (HSS) and taps manufactured by powder metallurgy and coated (HSS-Co-PM, one with TiAIN and other with TiCN) were used. The main wear mechanisms observed were abrasion, adhesion and diffusion, while the principal type was the flank wear. The adhesion of workpiece material on the tools was the main decisive factor for the end of tool life. The tool coatings used were efficient in minimizing the adhesion. However, TiAIN was better in terms of tool life and TiCN in the reduction of torque and also led to a better visual quality on the machined threads. The MQL technique brought improvements to the machining in comparison to the dry cutting condition, mainly in the reduction of the torque in coated taps. The torque and current signals wereefficient in indicating the flank wear, only on coated taps. On the other hand, the torque signals can only be used as indicative of tapping cycle stages.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-05-17Bitstream added on 2014-06-13T18:31:02Z : No. of bitstreams: 1 assis_clf_me_ilha.pdf: 4160188 bytes, checksum: af661727a1b0c2791d68616863a3adb8 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência das condições de fresamento na formação de cavaco, microestrutura, dureza e rugosidade da peça. Foi ensaiado um aço baixo carbono 0,15%C com dois tamanhos de grão distintos. Para ambos os materiais da peça, empregou-se 8 condições de usinagem variando a velocidade de corte, o avanço da ferramenta e a profundidade de usinagem visando à aplicação da Análise de Variância (ANOVA), dando-se destaque à usinagem considerada como alta velocidade de corte e convencional. Os ensaios de fresamento de topo concordante a seco foram conduzidos em um centro de usinagem CNC de 11 kW de potência e rotação do eixo-árvore de 7.500 rpm. Utilizou-se ferramenta de diâmetro 25 mm com dois insertos de metal duro revestidos com Al2O3. Os resultados apontam para uma influência dos parâmetros de corte sobre todas as variáveis de resposta, exceto a macrodureza. Velocidades de corte e profundidades de usinagem maiores causaram deformação da microestrutura do material “como recebido” próxima à superfície fresada. Os mesmos parâmetros governaram o aumento da microdureza superficial e da profundidade da camada endurecida. O material com grãos ultrafinos não apresentou deformação da microestrutura próxima à superfície fresada nem aumento de microdureza superficial. A velocidade de corte influiu apenas na profundidade da camada endurecida. A rugosidade foi inversa e diretamente influenciada pela velocidade de corte e avanço da ferramenta, respectivamente, sendo dependente também do tamanho de grão do material da peça. Os mesmos parâmetros de corte influíram de forma significativa no ângulo de deformação da microestrutura dos cavacos, cuja classificação foi dependente do material e das condições de usinagem. / This work deals with the influence of milling conditions on chip formation, microstructure, hardness and roughness of workpiece. A 0.15%C low carbon steel with two different grain sizes was milled. For both workpiece materials eight milling conditions were employed where cutting speed, tool feed and depth of cut varied and combined aiming at Analysis of Variance application. The machining conditions considered as High-Speed Cutting (HSC) and Conventional were focused. The milling tests considering down-milling and dry conditions were carried out in a CNC machining center with 11 kW power and 7,500 rpm spindle rotation. A 25 mm diameter endmill with two inserts coated of Al2O3 was used. The results indicated the cutting parameters influenced on all output variables except the macrohardness. Greater cutting speed and depth of cut caused deformation of workpiece microstructure with 10.8 um grain size near milled surface. The same parameters governed the increase of surface microhardness and hardened layer depth. Refined grain material did neither present deformation of microstructure near milled surface nor increase of microhardness. The cutting speed influenced only on depth of hardened layer. Roughness was inverse and directly influenced by cutting speed and tool feed, respectively, and dependent on grain size of workpiece material. These parameters also influenced on deformation angle of chip microstructure which were classified as continuous for 10.8 um grain size and segmented for the ultrafine grain, in this case just for some milling conditions.

Estudou-se os mecanismos e tipos de desgaste atuantes nos machos de corte no processo de roscamento com velocidades comumente utilizadas na indústria e com alta velocidade de corte, de forma a avaliar a influência da velocidade de corte, do tipo de revestimento de ferramenta e da condição de lubri-refrigeração sobre o desempenho dos machos de corte. A qualidade da rosca usinada e a formação de cavaco também foram objetos de estudo. Mediram-se sinais de torque e de corrente ao longo da vida das ferramentas, avaliando as suas possibilidades como indicadores de desgaste. O roscamento de furos passantes M8x1,25 foi realizado com velocidades de corte de 30 ou 60 m/min em ferro fundido cinzento GG25 nas condições sem fluido de corte ou com mínima quantidade de lubrificante (MQL). Foram utilizados machos de corte de aço rápido comum e fabricados por metalurgia do pó revestidos, com TiAIN ou com TiCN. Os principais mecanismos de desgaste foram abrasão, adesão e difusão, enquanto o principal tipo de desgaste observado foi o de flanco. A adesão de material da peça sobre a ferramenta foi o principal fator determinante do final de vida dos machos de corte. A utilização de revestimento foi eficiente na minimização da adesão. Entretanto, o TiAIN foi melhor em termos de vida da ferramenta e o TiCN na redução do torque e na qualidade visual da rosca usinada. A técnica MQL propiciou melhorias na usinagem em comparação com a condição a seco, principalmente na redução do torque em machos de corte revestidos. Os sinais de torque e de corrente foram eficientes no acompanhamento do desgaste de flanco apenas nos machos de corte revestidos. Por outro lado, apenas os sinais de torque podem servir como indicativo das etapas do ciclo de roscamento. / The mechanisms and types of wear were studied in tools used in the tapping process performed with speeds commonly used in the industry and also with high cutting speed. It was evaluated the influence of cutting speed, type of tool coating and cooling/lubrication condition on the performance of the taps. The quality of the machined threads and the chip formation were also assessed. During the experiments, torque and current signals were measured, assessing the possibilities of using them as tool wear indicators. The tapping of through holes M8x1,25 was accomplished with cutting speeds of 30 or 60 m/min in gray cast iron GG25 in the conditions dry or with Minimal Quantity of Lubricant (MQL). Taps of plain High Speed Steel (HSS) and taps manufactured by powder metallurgy and coated (HSS-Co-PM, one with TiAIN and other with TiCN) were used. The main wear mechanisms observed were abrasion, adhesion and diffusion, while the principal type was the flank wear. The adhesion of workpiece material on the tools was the main decisive factor for the end of tool life. The tool coatings used were efficient in minimizing the adhesion. However, TiAIN was better in terms of tool life and TiCN in the reduction of torque and also led to a better visual quality on the machined threads. The MQL technique brought improvements to the machining in comparison to the dry cutting condition, mainly in the reduction of the torque in coated taps. The torque and current signals wereefficient in indicating the flank wear, only on coated taps. On the other hand, the torque signals can only be used as indicative of tapping cycle stages.

Trata do estudo experimental da energia específica de corte e sua relação com parâmetros de usinagem, características geométricas e tribológicas das ferramentas, e material da peça usinada. Dentre as variáveis investigadas são destaques a profundidade de usinagem, velocidade de corte, raio de ponta, geometria de quebra-cavaco, tipo de revestimento das ferramentas, dureza, microestrutura e composição química do material da peça. Os seguintes materiais foram empregados nos ensaios: aços SAE 1213, 1020, 1045, ASTM H13 recozido e temperado, e liga de alumínio 2024. As medições de energia específica foram realizadas em uma máquina Charpy instrumentada por meio de um dinamômetro piezelétrico e um encoder ótico rotacional. Vários resultados puderam ser comparados aos obtidos em torno e centro de usinagem CNC devidamente instrumentados. Testes na condição HSM foram implementados nas máquinas-ferramentas. Todas as variáveis pesquisadas mostraram exercer influência sobre a energia específica. O aumento da profundidade de usinagem em 2,3 vezes causou diminuição da energia específica em 21%, na usinagem da liga de alumínio 2024. A elevação da velocidade de corte em torno de 70% conduziu a uma queda da energia específica de 24% para o aço SAE 1020. A geometria da ferramenta influiu mais decisivamente na energia específica sob velocidades de corte convencionais que na condição HSM. Pequenas variações na geometria do quebra-cavaco dos insertos causaram diminuição da energia específica de até 29%, para velocidade de corte convencional, e de 14% para HSM, na usinagem do aço H13 temperado. Diversos resultados de energia específica de corte medidos pelo ensaio Charpy proposto por este trabalho apresentaram boa concordância com os valores equivalentes fornecidos pela literatura científica / This thesis presents an experimental study about the specific cutting energy and its relation with cutting parameters, geometrical and tribological characteristics of tools, and workpiece material. Depth of cut, cutting speed, tool nose radius, chip-breaker geometry, tool coating, hardness, microstructure and chemical composition of the workpiece material are some investigated variables. The following workpiece materials were tested: SAE 1213, 1020, 1045, annealed and tempered ASTM H13 steels, and 2024 aluminum alloy. The specific cutting energy values were measured by using a Charpy machine instrumented through piezoelectric dynamometer and incremental optical encoder. Several results could be compared to ones from instrumented CNC lathe and machining center. Tests under HSM condition were carried out in machine-tools. All researched variables have influence over specific cutting energy. The depth of cut rise in 2.3x caused a decrease of specific cutting energy around 21% when machining 2024 aluminum alloy. The elevation of the cutting speed about 70% leaded to reduction of specific cutting energy around 24% when machining SAE 1020 steel. The tool geometry present more influence on specific cutting energy under conventional cutting speed than at high speed cutting. Small variations of tool chip-breaker geometries caused diminution of the specific cutting energy up to 29% for conventional cutting speed, and 14% on average for HSM condition when machining tempered ASTM H13 steel. Various specific cutting energy results obtained from the Charpy test proposed by this work presented a good concordance with equivalent ones provided by scientific literature

Trata do estudo experimental da energia específica de corte e sua relação com parâmetros de usinagem, características geométricas e tribológicas das ferramentas, e material da peça usinada. Dentre as variáveis investigadas são destaques a profundidade de usinagem, velocidade de corte, raio de ponta, geometria de quebra-cavaco, tipo de revestimento das ferramentas, dureza, microestrutura e composição química do material da peça. Os seguintes materiais foram empregados nos ensaios: aços SAE 1213, 1020, 1045, ASTM H13 recozido e temperado, e liga de alumínio 2024. As medições de energia específica foram realizadas em uma máquina Charpy instrumentada por meio de um dinamômetro piezelétrico e um encoder ótico rotacional. Vários resultados puderam ser comparados aos obtidos em torno e centro de usinagem CNC devidamente instrumentados. Testes na condição HSM foram implementados nas máquinas-ferramentas. Todas as variáveis pesquisadas mostraram exercer influência sobre a energia específica. O aumento da profundidade de usinagem em 2,3 vezes causou diminuição da energia específica em 21%, na usinagem da liga de alumínio 2024. A elevação da velocidade de corte em torno de 70% conduziu a uma queda da energia específica de 24% para o aço SAE 1020. A geometria da ferramenta influiu mais decisivamente na energia específica sob velocidades de corte convencionais que na condição HSM. Pequenas variações na geometria do quebra-cavaco dos insertos causaram diminuição da energia específica de até 29%, para velocidade de corte convencional, e de 14% para HSM, na usinagem do aço H13 temperado. Diversos resultados de energia específica de corte medidos pelo ensaio Charpy proposto por este trabalho apresentaram boa concordância com os valores equivalentes fornecidos pela literatura científica / This thesis presents an experimental study about the specific cutting energy and its relation with cutting parameters, geometrical and tribological characteristics of tools, and workpiece material. Depth of cut, cutting speed, tool nose radius, chip-breaker geometry, tool coating, hardness, microstructure and chemical composition of the workpiece material are some investigated variables. The following workpiece materials were tested: SAE 1213, 1020, 1045, annealed and tempered ASTM H13 steels, and 2024 aluminum alloy. The specific cutting energy values were measured by using a Charpy machine instrumented through piezoelectric dynamometer and incremental optical encoder. Several results could be compared to ones from instrumented CNC lathe and machining center. Tests under HSM condition were carried out in machine-tools. All researched variables have influence over specific cutting energy. The depth of cut rise in 2.3x caused a decrease of specific cutting energy around 21% when machining 2024 aluminum alloy. The elevation of the cutting speed about 70% leaded to reduction of specific cutting energy around 24% when machining SAE 1020 steel. The tool geometry present more influence on specific cutting energy under conventional cutting speed than at high speed cutting. Small variations of tool chip-breaker geometries caused diminution of the specific cutting energy up to 29% for conventional cutting speed, and 14% on average for HSM condition when machining tempered ASTM H13 steel. Various specific cutting energy results obtained from the Charpy test proposed by this work presented a good concordance with equivalent ones provided by scientific literature