O objetivo principal deste trabalho é avaliar a aplicação do fresamento em 5 eixos na fabricação de peças e componentes representados por conjuntos de superfícies complexas, como pás e rotores de turbina a gás, levando-se em consideração suas características geométricas e sua modelagem geométrica em sistemas CAD, a utilização dos recursos disponíveis em sistemas CAM comerciais para a geração de trajetórias de ferramentas, assim como os aspectos cinemáticos e dinâmicos do processo de usinagem. No que diz respeito à etapa de Modelagem Geométrica com o auxílio de sistemas CAD, é visto que a maneira como um modelo geométrico é gerado pode influenciar em aspectos cinemáticos e de precisão de forma do processo de fresamento em 5 eixos simultâneos. A modelagem CAD de componentes a serem fabricados por esse processo deve ser cercada de preocupações com suavidade de superfícies e continuidade entre curvas geratrizes porque suas consequências transcendem simples questões estéticas e podem trazer impactos como perda de produtividade e marcas de usinagem nas peças. É mostrado também que, durante a geração de trajetórias de ferramenta em sistemas CAM, as etapas de desbaste e acabamento exploram diferentes vantagens da tecnologia de fresamento em 5 eixos e, por isso, são guiadas por diferentes aspectos estratégicos de decisão. No desbaste os dois importantes aspectos enfocados são: a definição da quantidade e dos ângulos de orientação para operações de fresamento em 3+2 eixos, uma vez que disso depende a quantidade de operações e, com isso, a produtividade; e a influência da variação da penetração de trabalho ae sobre a vida da ferramenta e a dinâmica do processo de fresamento, cuja importância reside no fato dessa grandeza de usinagem se relacionar intimamente tanto com a solicitação térmica quanto com as solicitações mecânicas. Para o acabamento, o trabalho dá foco especial à seleção dos ângulos de avanço (?) e ataque (?) que orientam a ferramenta no fresamento em 5 eixos simultâneos. A praxe industrial atual deixa a cargo do processista a escolha desses ângulos que, conforme mostrado neste trabalho, têm grande influência no acabamento superficial e na dinâmica do processo. Por fim, o trabalho enfoca a influência da etapa de pós-processamento, e de sua relação com as características construtivas da máquina, sobre a cinemática do processo de fresamento em 5 eixos.

Este trabalho analisa a influência dos métodos de interpolação utilizados em máquinas de usinagem de alta velocidade para usinagem de superfícies complexas. O método tradicional de interpolação linear foi comparado ao método de interpolação circular e polinomial para três diferentes tolerâncias CAM. Os resultados foram analisados em termos do comportamento dinâmico da máquina ferramenta, através da aquisição em tempo real da velocidade de avanço efetiva nos eixos x e z, do erro dimensional de contorno, da qualidade superficial e da deflexão da haste da ferramenta. Para uma mesma condição de corte, observa-se que a interpolação polinomial apresenta um maior ganho no tempo de usinagem e uma pequena melhora no acabamento superficial. A decisão da escolha do método de interpolação tem que considerar o valor de tolerância programada no software CAM em função do qual avalia-se a redução de tempo de usinagem, o controle dimensional e o acabamento. Ao optar pelo uso da interpolação linear o programador tem que usar tolerância aberta devido ao reduzido tamanho do programa NC e seu conseqüente tempo de processamento. Quando o programador CAM decidir pelo uso da interpolação polinomial a tolerância CAM deve ser a mais apertada possível devido ao maior ajuste da equação da curva polinomial ao perfil da superfície.

As exigências atuais do mercado de manufatura mundial levam as corporações a buscarem novas soluções para os desafios emergentes. A redução do tempo de produção e o aumento de produtividade tornam-se, desta forma, requisitos essenciais para manter a empresa competitiva. Neste contexto, o processo de usinagem HSC apresenta um potencial considerável para aumento de produtividade, porém mostra-se limitado pelo surgimento de instabilidades dinâmicas, sobretudo pela presença de vibrações regenerativas. Diante dessa realidade, este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento dinâmico de diferentes conjuntos compostos por ferramenta, sistema de fixação e eixo-árvore, por meio de um método experimental, e aplicar os resultados para reduzir o tempo de usinagem do processo de fresamento a altas velocidades de corte de um componente típico da indústria aeronáutica. É analisado o processo de fresamento de ligas de alumínio 7075-T6 com duas fresas de metal duro de topo reto. As características dinâmicas dos sistemas são determinadas por testes de impacto e a estabilidade do processo é avaliada a partir da textura da superfície, da análise do sinal de áudio e de deslocamento do processo. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que as taxas de remoção de material do processo de fresamento de topo reto são limitadas pelas vibrações regenerativas. As rotações que permitem as maiores profundidades de corte axial variam de acordo com o engajamento radial e número de dentes da fresa. A redução de tempo do processo atingiu 74%, aumentando consideravelmente sua produtividade. Os resultados obtidos podem facilmente ser estendidos para o chão de fábrica de uma empresa da área de manufatura de componentes em alumínio, podendo constituir ganhos diretos para a sociedade.

A proposta de desenvolvimento deste trabalho é a utilização da liga de titânio Ti-6Al-4V, que tem como característica principal a facilidade de ser trabalhado, e ótimas propriedades mecânicas, resistente a corrosão, leveza e dureza. Foi estudado o ferramental fresa/pastilha, material e método. Quanto ao método, foi feita toda a descrição da metodologia, desde o corte inicial até a parte de análises física e química. Para a etapa inicial foi retirado o corpo de prova, tendo sido feita a descrição do ferramental utilizado e, durante o processo, onde houve várias tentativas de facilitação do trabalho, acolhendo o melhor resultado. Após as análises químicas, ainda desenvolvendo a parte prática, em uma outra etapa, foram feitos ensaios de usinagem e exploradas todas as possibilidades, tanto do ferramental quanto do material, verificando a melhor possibilidade de trabalho, considerando a taxa de desgaste do equipamento/material e tempo de trabalho. Terminados os ensaios, o material foi submetido a testes de metalografia e microdureza. São apresentados laboratoriais dos testes metalográfica e de microdureza do corpo de prova e os resultados. Quanto ao ferramental, foi feito teste de desgaste de pastilha, por meio de microscopia eletrônica de varredura - MEV, apresentando os resultados. Também foi feito teste de rugosidade de superfície, a fim de verificar o comprometimento da qualidade de acabamento e, consequentemente, possíveis fissuras no material. Numa conclusão geral, o método de trabalho desenvolvido para usinagem de titânio visando à confecção de pequenas peças de reposição na área aeronáutica está dentro dos padrões de norma internacional, tanto de usinagem quanto de segurança.

A fabricação de um molde de injeção ou matriz nos dias de hoje é uma tarefa que exige da cadeia de produção, desde o fabricante do aço ferramenta ao polidor do molde, um alinhamento de conceitos e uma integração cada vez maior, no que diz respeito ao controle de inclusões durante a fabricação do aço ferramenta, ao processo de abertura da cavidade por fresamento ou microfresamento, até o próprio processo de polimento e os requisitos de acabamento superficial a serem alcançados. O objetivo deste trabalho é descrever a influência de variações metalúrgicas, como carbonitretos de titânio e sulfetos de manganês, sobre a usinagem com ferramentas convencionais e microferramentas no processo de fresamento. Além disso, o processo de polimento é analisado tendo como entradas as mesmas variações metalúrgicas e também sob o efeito de diferentes condições de usinagem das etapas anteriores. Com a finalidade de aprimorar a fabricação de moldes e matrizes, este trabalho apresenta uma revisão sobre a influência dos elementos de liga sobre a usinabilidade e polibilidade de aços ferramenta, e estudos práticos sobre a influência das variações metalúrgicas sobre a usinabilidade, microusinabilidade e polibilidade. Além disso, variações nos parâmetros de usinagem e no estado de desgaste das ferramentas de corte são analisados nos processos de desbaste e acabamento. Nestas análises são considerados os esforços de corte, o acabamento e a integridade superficial e como estes influenciam no processo de polimento. Por sua vez, as superfícies usinadas resultantes do processo de polimento são caracterizadas por uma ampla gama de parâmetros de rugosidade. Foram conduzidas análises práticas sobre fresamento, torneamento e microfresamento em centros de usinagem. Foram construídos para análises de desgaste e polimento, um tribômetro tipo pino-sobre-disco e uma politriz automática, respectivamente. Como resultados, esta tese apresenta um conjunto de requisitos metalúrgicos e de processo visando a obtenção de uma solução de compromisso entre usinabilidade e polibilidade em aços ferramenta utilizados na confecção de moldes e matrizes.

O controle de vibrações em processos de usinagem tem se mostrado um método eficiente para o aumento da produtividade. Melhorias significativas podem ser obtidas em termos de qualidade das superfícies usinadas, vida de ferramentas e uma melhora nos parâmetros de corte. No entanto, informações sobre vibrações no processo de geração de engrenagens (hobbing) são escassas, o que indica uma necessidade de investigação específica sobre o assunto. A partir desse contexto, nota-se uma oportunidade de verificação da aplicabilidade dos princípios de análises de vibrações em processos de fresamento de topo para o hobbing a fim de obter condições que proporcionem estabilidade no processo. Este trabalho apresenta uma proposta de análise de vibrações do comportamento dinâmico de um processo de geração de engrenagens de dentes retos utilizando o método do martelo de impacto e acelerômetro para determinar a função resposta em frequência do sistema e uma análise do espectro de frequência da usinagem por meio de um microfone unidirecional para determinar os melhores parâmetros de corte. Foram avaliadas duas máquinas geradoras de engrenagens cilíndricas de dentes retos, (aqui chamadas de A e B) e avaliadas duas ferramentas de corte. A análise de vibração na máquina A possibilitou a identificação e uma oportunidade de melhoria no sistema de fixação da ferramenta proporcionando um aumento de peças produzidas, em torno de quatro vezes mais do que produzia anteriormente. Foi possível, portanto, identificar os limites de estabilidade das máquinas para o processo hobbing e, dessa forma, determinar os parâmetros limites de usinagem. Com a mudança de ferramenta e parâmetros de corte foi obtida uma redução no tempo total de fabricação de cada peça estimada em 14%. Foi elaborado um procedimento baseado nas características do processo hobbing, consolidando uma proposta de procedimento para análises e melhorias do processo.

O trabalho aqui apresentado propõe um método para a utilização da cadeia CAD/CAM no fresamento 5-eixos de componentes de turbinas a gás. O método procura integrar as etapas CAD, CAM do processo de fabricação de componentes de turbinas a gás. O método aborda desde a modelagem dos componentes, evitando algumas características impróprias ao fresamento 5-eixos, passando pela simulação das trajetórias e pós-processamento e por fim fabricação dos componentes. A partir desse trabalho algumas informações importantes referentes à cadeia CAD/CAM puderam ser levantadas. De maneira geral, a abordagem da cadeia CAD/CAM para o fresamento 5-eixos deve considerar etapas anteriores ao da programação CAM, como a etapa CAD da cadeia, onde as geometrias são definidas, e posteriores, neste caso, simulação das trajetórias de ferramenta programadas e pós-processamento de código NC. Foram feitas ainda análises relacionadas aos tipos de interpolação que estão disponíveis para o fresamento de geometrias complexas. Essa a análise é também apresentada no trabalho fazendo parte das contribuições que esse trabalho se propõe a dar. Os resultados por serem extremamente práticos se propõem a serem utilizados de imediato na indústria. Eles vão desde restrições a modelagem de geometrias para o fresamento 5-eixos até informações referentes a uso de interpolações complexas no âmbito de fresamento de superfícies complexas. Procurou-se dar informações pertinentes ao fresamento 5-eixos em todas as etapas da cadeia CAD/CAM para esse processo de fabricação.

O presente trabalho analisa as propriedades metalúrgicas de aços ligados para a fabricação de moldes e os seus reflexos na usinabilidade. Os aços em questão são: ISO P20, ISO P50 e ISO P100. Os parâmetros de usinabilidade estudados são: vida de ferramenta com passadas retilíneas, vida de ferramenta por meio de abertura de cavidade, força de corte, avaliação do cavaco e acabamento superficial. Para uma mesma condição de corte, o aço ISO P50 destaca-se no parâmetro de vida de ferramenta. Isto se deve a adição de cálcio, que refina os grãos, e à ausência de cromo em sua composição. O ISO P20, o aço mais tradicional nas ferramentarias, possui cromo em sua liga que, por ser abrasivo à ferramenta de corte prejudicou o resultado da vida de ferramenta. O ISO P100 apresenta carbonitretos em sua liga, elementos altamente duros e abrasivos, porém com pouca tensão residual. A tarefa de seleção do aço não é fácil. Para lançamentos de novos produtos, onde o tempo de lançamento é fundamental, o uso do aço ISO P50, embora custando em média o dobro que o ISO P20, deve ser levado em conta. Para moldes onde há muitos furos e/ou tolerâncias pequenas, o uso do ISO P100 pode ser necessário. Para o caso de produtos já em linha, e que existe a necessidade de substituição de um molde em funcionamento e a um maior tempo de planejamento, o ISO P20 ainda mantém o melhor custo benefício.

Em todo momento novas tecnologias são desenvolvidas em diversas áreas de aplicação. Muitas destas novas tecnologias são focadas não só na resolução de problemas específicos, mas também na redução dos impactos causados ao meio ambiente. Os motores com combustão interna são comprovadamente grandes responsáveis por parte da poluição no meio ambiente, por isso são desenvolvidas pesquisas com o objetivo de melhorar seu rendimento e, ao mesmo tempo, reduzir os níveis de poluição gerados pelos mesmos. O ferro fundido vermicular (CGI) utilizado nos blocos de motores diesel é um recente desenvolvimento que permite a obtenção de melhor desempenho associado à menor emissão de poluentes e operação mais silenciosa. Em contra partida, o ferro fundido vermicular têm usinabilidade inferior aos materiais freqüentemente utilizados para esta finalidade. Por este motivo este trabalho foca no fresamento frontal de acabamento no ferro fundido vermicular, analisando tempo de vida de diferentes materiais de ferramentas de corte, como metal duro, cerâmica e CBN, e o acabamento superficial gerado por eles. Entre outros resultados encontrados neste trabalho, conclui-se o metal duro com ângulo de posição maior apresente maior tempo de vida para os parâmetros testados.

Este trabalho tem como objetivo avaliar e melhorar os métodos de fabricação de superfícies complexas. Para tanto, diferentes estratégias de fresamento são analisadas e aplicadas em um contexto de ferramentaria. As metas de melhoria são: diminuição dos tempos de processo, preservação dos recursos produtivos e melhora da qualidade superficial da peça usinada. São consideradas as operações de desbaste, semi-acabamento e acabamento do aço H13 temperado. A escolha desse material, bem como das ferramentas e da máquina ferramenta apresentadas neste estudo, é baseada nos recursos existentes e utilizados por empresas estabelecidas em território nacional. A peça de estudo foi sugerida por uma ferramentaria renomada e possui características presentes em seus atuais produtos. Características essas, que apresentam-se como pontos críticos no processo de manufatura em virtude de sua complexidade geométrica. Os objetivos estabelecidos foram alcançados. Foram desenvolvidas estratégias que permitiram o aumento da produtividade, ampliação da vida útil de ferramentas e máquinas e diminuição dos índices de rugosidade das superfícies fabricadas. Todos os conceitos foram empregados em chão-de-fábrica onde houve a comprovação dos ganhos obtidos e da aplicabilidade do estudo.