Inconel 718 is a high nickel content superalloy possessing high strength at elevated temperatures and resistance to oxidation and corrosion. The non-traditional manufacturing process of wire-electrical discharge machining (EDM) possesses many advantages over traditional machining during the manufacture of Inconel 718 parts. However, certain detrimental effects are also present. The top layer of the machined surface is melted and resolidified to form what is known as the recast layer. This layer demonstrates microstructural differences from the bulk workpiece, resulting in altered material properties. An experimental investigation was conducted to determine the main machining parameters which contribute to recast layer formation in wire-EDM of Inconel 718. It was found that average recast layer thickness increased with energy per spark, peak discharge current, current pulse duration, and open-voltage time and decreased with sparking frequency and table feed rate. Over the range of parameters tested, the recast layer was observed to be between 5 and 10 μm in average thickness, although highly variable in nature. Surface roughness of the cut parts showed an increase with energy per spark. Electron Probe Microanalysis (EPMA) revealed the recast layer to be alloyed with elements from the wire electrode. X-ray diffraction testing showed the residual tensile stresses evident near the cut surface to decrease with energy per spark. Additionally, nano-indentation hardness testing indicated that the recast layer is reduced in hardness and elastic modulus compared to the bulk material. Vibratory tumbling was found to be a moderately effective post-processing tool for recast layer removal when using pre-formed ceramic abrasive media or fine grained aluminum oxide.

Capes / Neste trabalho, o processo de eletroerosão a frio (wire electrical discharge machining ou wire EDM) foi utilizado como método de fabricação alternativo para a confecção de microranhuras axiais em tubos de calor. Com isso, material foi retirado ao invés de ser adicionado ao invólucro do tubo de calor para a concepção da estrutura capilar, contribuindo para a redução de massa no dispositivo passivo de transferência de calor por mudança de fase. Uma modelagem baseada no projeto térmico e nos limites operacionais (limites capilar, de arrasto, viscoso, sônico e de ebulição) foi proposta para os tubos de calor com microranhuras axiais de geometria semicircular como estrutura capilar considerando diferentes definições disponíveis na literatura. Estes modelos, implementados no software EEStm (Engineering Equation Solver)tm, foram utilizados como ferramenta para o projeto dos tubos de calor ranhurados propostos. Os tubos de calor foram produzidos a partir de um tubo reto de cobre com um diâmetro externo de 9,45 mm, um diâmetro interno de 6,20 mm e um cumprimento total de 200 mm. O fluido de trabalho utilizado foi água deionizada e os tubos e calor foram carregados com uma razão de preenchimento de 60% do volume evaporador. O condensador foi resfriado por convecção forçada de ar, a seção adiabática foi isolada por uma fita de fibra de vidro e o evaporador foi aquecido utilizando um resistor elétrico em fita de liga de níquel-cromo e isolado do ambiente externo por um isolamento térmico aeronáutico. Os tubos de calor foram testados experimentalmente para as inclinações de operações iguais a 0º, 45º, 90º, 225º e 270º com relação ao plano horizontal, sob cargas térmicas compreendidas entre 5 W e 50 W. Os resultados experimentais do desempenho térmico dos tubos de calor mostraram que as microranhuras axiais fabricadas pelo processo de eletroerosão a frio como estrutura capilar funcionaram com sucesso em todos os casos estudados. Além disso, na maioria dos casos estudados, o tubo de calor com micriranhuras apresentou melhor desempenho térmico quando comparado com um tubo de calor contendo tela metálica como estrutura capilar. / In this master's dissertation an alternative fabrication method (wire electrical discharge machining, or wire EDM) was used to manufacture axial microgrooves in heat pipes. With this, material has been removed rather than being added to the heat pipe shell for the design of the capillary structure, contributing to mass reduction in the passive heat transfer device by phase change. A model based on thermal design and operational limits (capillary, trailing, viscous, sonic and boiling limits) was proposed for the heat pipes with axial microstrips of semicircular geometry as capillary structure considering different definitions available in the literature. These models, implemented in the EEStm (Engineering Equation Solver) software, were used as a tool for the design of the proposed grooved heat pipes. The heat pipes were produced from a straight copper tube with an outside diameter of 9.45 mm, an inner diameter of 6.20 mm and a total compliance of 200 mm. The working fluid used was deionized water and the tubes and heat were charged with a fill ratio of 60% of the evaporator volume. The condenser was cooled by forced convection of air, the adiabatic section was insulated by a fiberglass tape and the evaporator was heated using an electric resistor in nickel-chromium alloy tape and isolated from the external environment by an aeronautical thermal insulation. The heat pipes were experimentally tested for slopes of operations equal to 0º, 45º, 90º, 225º and 270º with respect to the horizontal plane, under thermal loads between 5 W and 50 W. The experimental results showed that the axial grooves manufactured by the Wire-EDM process worked satisfactorily in all analyzed cases. In most of the cases, the heat pipe with grooves showed a better performance when compared with the heat pipe with metallic mesh.

Capes / Neste trabalho, o processo de eletroerosão a frio (wire electrical discharge machining ou wire EDM) foi utilizado como método de fabricação alternativo para a confecção de microranhuras axiais em tubos de calor. Com isso, material foi retirado ao invés de ser adicionado ao invólucro do tubo de calor para a concepção da estrutura capilar, contribuindo para a redução de massa no dispositivo passivo de transferência de calor por mudança de fase. Uma modelagem baseada no projeto térmico e nos limites operacionais (limites capilar, de arrasto, viscoso, sônico e de ebulição) foi proposta para os tubos de calor com microranhuras axiais de geometria semicircular como estrutura capilar considerando diferentes definições disponíveis na literatura. Estes modelos, implementados no software EEStm (Engineering Equation Solver)tm, foram utilizados como ferramenta para o projeto dos tubos de calor ranhurados propostos. Os tubos de calor foram produzidos a partir de um tubo reto de cobre com um diâmetro externo de 9,45 mm, um diâmetro interno de 6,20 mm e um cumprimento total de 200 mm. O fluido de trabalho utilizado foi água deionizada e os tubos e calor foram carregados com uma razão de preenchimento de 60% do volume evaporador. O condensador foi resfriado por convecção forçada de ar, a seção adiabática foi isolada por uma fita de fibra de vidro e o evaporador foi aquecido utilizando um resistor elétrico em fita de liga de níquel-cromo e isolado do ambiente externo por um isolamento térmico aeronáutico. Os tubos de calor foram testados experimentalmente para as inclinações de operações iguais a 0º, 45º, 90º, 225º e 270º com relação ao plano horizontal, sob cargas térmicas compreendidas entre 5 W e 50 W. Os resultados experimentais do desempenho térmico dos tubos de calor mostraram que as microranhuras axiais fabricadas pelo processo de eletroerosão a frio como estrutura capilar funcionaram com sucesso em todos os casos estudados. Além disso, na maioria dos casos estudados, o tubo de calor com micriranhuras apresentou melhor desempenho térmico quando comparado com um tubo de calor contendo tela metálica como estrutura capilar. / In this master's dissertation an alternative fabrication method (wire electrical discharge machining, or wire EDM) was used to manufacture axial microgrooves in heat pipes. With this, material has been removed rather than being added to the heat pipe shell for the design of the capillary structure, contributing to mass reduction in the passive heat transfer device by phase change. A model based on thermal design and operational limits (capillary, trailing, viscous, sonic and boiling limits) was proposed for the heat pipes with axial microstrips of semicircular geometry as capillary structure considering different definitions available in the literature. These models, implemented in the EEStm (Engineering Equation Solver) software, were used as a tool for the design of the proposed grooved heat pipes. The heat pipes were produced from a straight copper tube with an outside diameter of 9.45 mm, an inner diameter of 6.20 mm and a total compliance of 200 mm. The working fluid used was deionized water and the tubes and heat were charged with a fill ratio of 60% of the evaporator volume. The condenser was cooled by forced convection of air, the adiabatic section was insulated by a fiberglass tape and the evaporator was heated using an electric resistor in nickel-chromium alloy tape and isolated from the external environment by an aeronautical thermal insulation. The heat pipes were experimentally tested for slopes of operations equal to 0º, 45º, 90º, 225º and 270º with respect to the horizontal plane, under thermal loads between 5 W and 50 W. The experimental results showed that the axial grooves manufactured by the Wire-EDM process worked satisfactorily in all analyzed cases. In most of the cases, the heat pipe with grooves showed a better performance when compared with the heat pipe with metallic mesh.

A fabricação de moldes e matrizes são ricas em detalhes e geometrias complexas, exigindo tecnologias mais inovadoras e precisas. Um dos processos que se destaca na fabricação de moldes e matrizes, é o de eletroerosão por penetração (Electrical Discharge Machining - EDM). A usinagem por descargas elétricas é classificada como um processo de fabricação de geometria não definida, onde a remoção de material é realizada por repetidas descargas elétricas entre dois eletrodos eletricamente condutores. O desgaste da ferramenta é um dos principais parâmetros de medida no desempenho da usinagem por EDM. O maior problema ocasionado pelo desgaste de canto do eletrodo é a mudança de geometria da ferramenta no decorrer da usinagem, alterando a tolerância geométrica e o dimensional da cavidade. O presente trabalho propõe avaliação dimensional do desgaste de canto do eletrodo, no decorrer da usinagem do processo de EDM, variando o ângulo de superfície frontal do eletrodo. Outro propósito é a criação de um índice, chamado de taxa de arredondamento, que leva em consideração as áreas de desgaste de canto do eletrodo em função da área removida de material da peça. Os resultados mostraram que os eletrodos de cobre, cobre tungstênio e grafite, tem um grande crescimento de raio de canto no inicio da usinagem, estabilizando esses valores com tempo maiores de processo. O ângulo de superfície frontal do eletrodo influência diretamente no desgaste de canto do eletrodo. Os eletrodos de grafite não apresentaram comportamento de arredondamento de desgaste de canto durante os ensaios. Para o índice de taxa de arredondamento os eletrodos de cobre tungstênio tiveram o menor valor apresentado na usinagem do AISI H13. / The manufacture of molds and dies are rich in detail and complex geometries, requiring more innovative and precise technologes. One of the processes that stands out in the manufacture of molds and dies, is to EDM by penetration (Electrical Discharge Machining - EDM). The cutting by electrical discharge is classified as a non-defined geometry manufacturing process where material removal is carried out by repeated electrical discharge between two electrodes electrically conductive. The tool wear is a major measurement parameters in machining performance by EDM. The biggest problem caused by the electrode corner wear is the tool geometry change during the machining by changing the geometric tolerance and dimensional cavity. This paper proposes dimensional evaluation of the electrode corner wear, during the machining of the EDM process, varying the front surface of the electrode angle. Another purpose is to create an index, called rounding rate, which takes into account the areas of electrode corner wear due to the removed area of the workpiece material. The results showed that the copper electrode, copper tungsten and graphite, has a large corner radius growth at the beginning of machining, stabilizing these values with higher process time. The front surface of the electrode angle influence directly on the electrode corner wear. Graphite electrodes showed no corner wear rounding behavior during the tests. For rounding rate index tungsten copper electrodes had the lowest value presented in the machining of AISI H13.

A fabricação de moldes e matrizes são ricas em detalhes e geometrias complexas, exigindo tecnologias mais inovadoras e precisas. Um dos processos que se destaca na fabricação de moldes e matrizes, é o de eletroerosão por penetração (Electrical Discharge Machining - EDM). A usinagem por descargas elétricas é classificada como um processo de fabricação de geometria não definida, onde a remoção de material é realizada por repetidas descargas elétricas entre dois eletrodos eletricamente condutores. O desgaste da ferramenta é um dos principais parâmetros de medida no desempenho da usinagem por EDM. O maior problema ocasionado pelo desgaste de canto do eletrodo é a mudança de geometria da ferramenta no decorrer da usinagem, alterando a tolerância geométrica e o dimensional da cavidade. O presente trabalho propõe avaliação dimensional do desgaste de canto do eletrodo, no decorrer da usinagem do processo de EDM, variando o ângulo de superfície frontal do eletrodo. Outro propósito é a criação de um índice, chamado de taxa de arredondamento, que leva em consideração as áreas de desgaste de canto do eletrodo em função da área removida de material da peça. Os resultados mostraram que os eletrodos de cobre, cobre tungstênio e grafite, tem um grande crescimento de raio de canto no inicio da usinagem, estabilizando esses valores com tempo maiores de processo. O ângulo de superfície frontal do eletrodo influência diretamente no desgaste de canto do eletrodo. Os eletrodos de grafite não apresentaram comportamento de arredondamento de desgaste de canto durante os ensaios. Para o índice de taxa de arredondamento os eletrodos de cobre tungstênio tiveram o menor valor apresentado na usinagem do AISI H13. / The manufacture of molds and dies are rich in detail and complex geometries, requiring more innovative and precise technologes. One of the processes that stands out in the manufacture of molds and dies, is to EDM by penetration (Electrical Discharge Machining - EDM). The cutting by electrical discharge is classified as a non-defined geometry manufacturing process where material removal is carried out by repeated electrical discharge between two electrodes electrically conductive. The tool wear is a major measurement parameters in machining performance by EDM. The biggest problem caused by the electrode corner wear is the tool geometry change during the machining by changing the geometric tolerance and dimensional cavity. This paper proposes dimensional evaluation of the electrode corner wear, during the machining of the EDM process, varying the front surface of the electrode angle. Another purpose is to create an index, called rounding rate, which takes into account the areas of electrode corner wear due to the removed area of the workpiece material. The results showed that the copper electrode, copper tungsten and graphite, has a large corner radius growth at the beginning of machining, stabilizing these values with higher process time. The front surface of the electrode angle influence directly on the electrode corner wear. Graphite electrodes showed no corner wear rounding behavior during the tests. For rounding rate index tungsten copper electrodes had the lowest value presented in the machining of AISI H13.