Dentre os processos de usinagem, a retificação é um dos mais dificeis de serem controlados. Em virtude de ser um processo de acabamento final, a peça, nesta etapa, possuí alto valor agregado. A retificação apresenta altos níveis de complexidade em virtude do grande número de possíveis condições de processo. Além disso, um sistema composto por máquina, peça, ferramentas de corte, sistema de afiação e dispositivo de fixação tem a solução de problemas e a otimização do processo difíceis de serem atingidas. Por ser um processo ainda pouco dominado, a resolução de problemas, a qual exige observação contínua dos fenômenos envolvidos, fica a cargo da escassa gama de experientes operadores de máquina como conseqüência, máquinas e produção podem ficar paradas ou serem utilizadas com baixo desempenho, resultando em prejuízos para a empresa. Com o crescente uso de múltiplos sensores para se realizar o monitoramento de processos, a análise de sinais têm-se mostrado eficiente na detecção de problemas e na otimização das operações de retificação. Esses sensores, integrados à ferramentas de aquisição de sinais e a uma base de dados constituem um sistema de monitoramento e diagnóstico para processos de retificação. Além disso, com o uso de tecnologias da Internet, é possível se realizar diagnósticos e monitoramentos em retificadoras à distância O objetivo desse trabalho é o desenvolvimento de um sistema de diagnóstico e correções do processo de retificação via Internet. É importante ressaltar a necessidade de portabilidade do sistema que deve ser instalado em qualquer máquina conectada à Internet, para monitorar qualquer operação de retificação. / Among the machining processes, grinding is one of the most difficult to be controlled. Since it is a finishing process, the component, in this step, has a high aggregated value. Grinding has high levels of complexity because of the large number of process conditions. Besides this, a system composed by machine, part, cutting and sharpener tools and a fixing device make difficult to solve problems and to optimise the process. Because grinding is a process which is not well dominated, the problem solving that requires continuous observation of the involved phenomena lies in the hands of the limited group of experts. As a result, machines and production can be stopped or used with low performance conditions. This may represents loss to the enterprises. With the growing use of multiple sensors to realise the process monitoring, the signal analyses has shown to be an efficient way in the problem detections and in the optimization of grinding operations. These sensors, integrated with signal acquisition tools and a data base may compose a monitoring and diagnosys system for grinding processes. More than this, with the use of Internet technologies it can execute remote monitoring and diagnosys in grinding machines. The objective of this research is to develop this grinding diagnosis system based on sensor and Internet tools. It is important to emphasize the portability of the system that should be installed in any machine connected to the Internet and to monitor any grinding operation.

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Luiz Eduardo de Angelo Sanchez / Banca: Thiago Valle França / Banca: Rosemar Batista da Silva / Banca: Jaime Gilberto Duduch / Resumo: O presente estudo aborda novas técnicas produtivas para o setor da usinagem por abrasão, destacando as tecnologias limpas e menos agressivas ao meio ambiente, tais como o emprego do fluido de corte biodegradável sem adição de água com o objetivo de reduzir a quantidade do fluido, com o emprego da técnica da mínima quantidade de lubrificação - MQL. Neste trabalho foram feitos estudos sobre a influência da lubri-refrigeração e a técnica MQL no processo de retificação, almejando a integridade da superfície sem danos microestruturais. Dessa forma, a técnica MQL pode ser comparada com ao método convencional de aplicação de fluido no processo de retificação, visando um padrão de qualidade similar. O material empregado foi o aço ABNT 4340 em forma de disco, caracterizados através dos ensaios de rugosidade, do desvio de circularidade, do desgaste diametral do rebolo, da análise metalográfica, da microscopia óptica, da microdureza e da análise da influência da lubri-refrigeração nas variáveis dos sinais de potência e emissão acústica. A execução e o controle das etapas processadas durante as vazões da lubri-refrigeração através do método convencional e da técnica MQL com e sem limpeza da superfície de corte do rebolo, foram fundamentais para obter peças compatíveis com a estrutura esperada, proporcionando assim uma evolução para as etapas subsequentes do processo de retificação. Os parâmetros de vazão pela técnica MQL que mais se destacaram foram na faixa de 30 a 60 ml/h, tendo como d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present study address new production techniques for the abrasion machining sector, hihglighting the clean and less aggressive technologies to the environment, such as the use of biodegradable cutting fluid without addition of water in order to reduce the amount of fluid with the Minimal Quantity Lubrification (MQL). In this work, studies were done on the influence of the flood coolant and the MQL technique in the grinding process, aiming the integrity of the surface without microstructural damages. Thus, the MQL technique can be compared to the conventional fluid application method in the grinding process, aiming at a similar quality standard. The material used was disc-shaped ABNT 4340 steel, characterized by roughness tests, circularity deviation, diametrical grinding wheel wear, metallographic analysis, optical microscopy, microhardness and analysis of the influence of the flood coolant. In the variables of the power and acoustic emission signals. The execution and control of the steps processed during the flood coolant flow through the conventional method and the MQL technique with and without cleaning of the grinding wheel were fundamental to obtain parts compatible with the expected structure, thus providing an evolution to the subsequent steps of the grinding process. The flow parameters of the MQL technique that stood out most were in the range of 30 to 60 ml/h, having as a differential the inclusion of the cleaning of the cutting surface of the grinding wheel, where it improved substantially in relation to the method without cleaning, which presented the of the wheel clogging, thus making this method unfeasible. The results of the studies how that MQL applications with clean cutting surface of the grinding wheel provided a better performance in relation to the MQL method without cleaning, this way, the cleaning method was the condition that most qpproached the... (Complete abstract electronic access below) / Doutor

Dentre os processos de usinagem, a retificação é um dos mais dificeis de serem controlados. Em virtude de ser um processo de acabamento final, a peça, nesta etapa, possuí alto valor agregado. A retificação apresenta altos níveis de complexidade em virtude do grande número de possíveis condições de processo. Além disso, um sistema composto por máquina, peça, ferramentas de corte, sistema de afiação e dispositivo de fixação tem a solução de problemas e a otimização do processo difíceis de serem atingidas. Por ser um processo ainda pouco dominado, a resolução de problemas, a qual exige observação contínua dos fenômenos envolvidos, fica a cargo da escassa gama de experientes operadores de máquina como conseqüência, máquinas e produção podem ficar paradas ou serem utilizadas com baixo desempenho, resultando em prejuízos para a empresa. Com o crescente uso de múltiplos sensores para se realizar o monitoramento de processos, a análise de sinais têm-se mostrado eficiente na detecção de problemas e na otimização das operações de retificação. Esses sensores, integrados à ferramentas de aquisição de sinais e a uma base de dados constituem um sistema de monitoramento e diagnóstico para processos de retificação. Além disso, com o uso de tecnologias da Internet, é possível se realizar diagnósticos e monitoramentos em retificadoras à distância O objetivo desse trabalho é o desenvolvimento de um sistema de diagnóstico e correções do processo de retificação via Internet. É importante ressaltar a necessidade de portabilidade do sistema que deve ser instalado em qualquer máquina conectada à Internet, para monitorar qualquer operação de retificação. / Among the machining processes, grinding is one of the most difficult to be controlled. Since it is a finishing process, the component, in this step, has a high aggregated value. Grinding has high levels of complexity because of the large number of process conditions. Besides this, a system composed by machine, part, cutting and sharpener tools and a fixing device make difficult to solve problems and to optimise the process. Because grinding is a process which is not well dominated, the problem solving that requires continuous observation of the involved phenomena lies in the hands of the limited group of experts. As a result, machines and production can be stopped or used with low performance conditions. This may represents loss to the enterprises. With the growing use of multiple sensors to realise the process monitoring, the signal analyses has shown to be an efficient way in the problem detections and in the optimization of grinding operations. These sensors, integrated with signal acquisition tools and a data base may compose a monitoring and diagnosys system for grinding processes. More than this, with the use of Internet technologies it can execute remote monitoring and diagnosys in grinding machines. The objective of this research is to develop this grinding diagnosis system based on sensor and Internet tools. It is important to emphasize the portability of the system that should be installed in any machine connected to the Internet and to monitor any grinding operation.

O uso do processo de retificação está em crescimento na indústria de processamento de metais e junto com este crescimento há um aumento no consumo de fluidos de corte que são utilizados para minimizar o calor gerado neste processo. Estes atuam através da lubrificação da peça e ferramenta e também pelo seu poder de refrigeração. Embora os fluidos possuam a capacidade de melhorar o processo de retificação, em contrapartida, eles geram alguns problemas, tais como agressão ao ambiente através do seu descarte e causam danos à saúde do operador. Devido à necessidade crescente de adequação aos requisitos atuais de segurança do operador e ao meio ambiente, novas combinações de tipos de rebolos e fluidos de corte estão sendo procuradas. Os rebolos de CBN permitem que uma maior quantidade de calor seja removida da região de corte através da própria ferramenta superabrasiva. Quando combinados com óleos integrais, os mais agressivos ao ambiente, os rebolos de CBN mostraram resultados muito satisfatórios. O mesmo não ocorre com os fluidos à base de água. Dessa forma fica clara a necessidade de desenvolvimento tecnológico de novas possibilidades de fluidos com alta lubricidade e característica biodegradável. Fundamentado nesta necessidade, este projeto de doutoramento foi proposto, o qual tem como objetivo avaliar as influências que os diferentes tipos de fluidos existentes no mercado exercem em rebolos de CBN, através de análises químicas e físicas e também o desenvolvimento de um fluido de corte alternativo. Tal fluido deve ser formulado a base de óleo vegetal, possuir característica de lubrificação e não agredir o meio ambiente. Para avaliar se realmente os grãos de CBN reagem com a água presente nos fluidos solúveis foram realizados testes de retificação com uma menor quantidade de água (aproximadamente 50 litros) e também em um reator químico onde foi simulada condição ideal onde a reação química entre o CBN e a água é mais propicia a acontecer. Para comparação do desempenho dos diferentes fluidos foram realizados testes em retifica cilíndrica CNC de alta velocidade com rebolos de CBN. A nova formulação foi caracterizada com análises químicas e físicas, tais como viscosidade, pH, resistência à corrosão e biodegradabilidade. O desempenho mecânico do novo fluido foi avaliado através de testes de retificação plana e comparado com outros fluidos existentes no mercado. Os parâmetros de saída usados para comparação do desempenho mecânico foram rugosidade da peça e desgaste do rebolo de CBN. Os resultados obtidos permitiram concluir que os grãos de CBN não reagem com a água nas condições de retificação estudadas, o que indica que se pode usar fluido de corte solúvel na retificação com rebolos de CBN. O fluido de corte desenvolvido neste trabalho, quando usado na concentração 21% forneceu resultados semelhantes aos melhores fluidos e ao mesmo tempo preenche os requisitos ambientais. / The application of the grinding process is growing in the metal working industry and with this growth there is an increase in the amount of cutting fluid used to minimize the heat generated in this process. These fluids act by lubricating the wheel-workpiece interface and by conducting heat away and cooling the grinding area. Although the fluids possess the ability to improve the grinding process, on the other hand, they generate some problems; such as damage to the environment when disposed and to the operator\'s health during their use. Due to the growing need to adapt current safety standards regarding operators and environment, new combinations of wheel types and cutting fluids are being sought. As a result, the grinding process is being optimized by adopting grinding strategies that lead to a decrease in the energy expend during the cutting process, and its rapid dissipation out of the grinding zone. These procedures include the use of CBN wheels, which allow a larger amount of heat to be removed from cutting area through the tool. Therefore it is clear the necessity of a technological development of new cutting fluids with high lubrication ability and biodegradable characteristics. Based on this necessity this PhD project was proposed, wich aims to evaluate the influence of different types of cutting fluids available in the market on the CBN wheel, by chemical and physical analyses. Also the development of alternative cutting fluid based vegetable oil, which have lubricant ability and is not aggressive to the environment. In order to evaluate if the CBN grains react with the water in soluble fluids, grinding tests were carried out using a low amount of water (approximately 50 liters) and also reaction was simulated in a chemical reactor under ideal conditions. CNC cylindrical grinding tests were performed to compare the different cutting fluids. Chemical and physical analyses, such as viscosity, pH, rust inhibitor and biodegradability characterized the new formulation. The mechanical performance of the new cutting fluid was evaluated through conventional surface grinder and compared with other grinding fluids existent in the market. The parameters used to compare the mechanical performance were the workpiece roughness and the CBN wheel wear. Based on these experimental results, the following conclusions can be drawn: The CBN grains don\'t react with water under the evaluated grinding conditions, which indicates that soluble cutting fluid can be used in CBN grinding process. The proposed cutting fluid, when used in concentration of 21% gave results similar to the best commercial fluids and at the same time it accomplishes environment requirements. The soluble fluid based on sulfonate castor oil is easily biodegradable and is not aggressive to the environment.

A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) se destaca como uma ferramenta de grande relevância na identificação dos impactos ambientais potenciais de um processo ou produto. Apesar disso, a ACV apresenta grandes limitações na avaliação de processos de manufatura discreta, devido à falta ou à incerteza nos dados adquiridos na fase de Inventário de Ciclo de Vida (ICV). O objetivo do presente trabalho foi propor e implementar um modelo dinâmico de execução da fase de ICV para uma unidade de processamento de manufatura discreta (ou processo unitário discreto de manufatura), com o intuito de reduzir as limitações referentes à falta e à incerteza dos dados de ICV. O modelo proposto baseou-se na metodologia Unit Process Life Cycle Inventory (UPLCI) e usou um sistema de monitoramento em tempo real compatível com o protocolo de comunicação MTConnect®. A implementação do modelo proposto foi feita em uma unidade de processamento de retificação cilíndrica externa, na qual os fluxos de energia elétrica, ar comprimido e emissão de ruído sonoro foram monitorados em tempo real. Além disso, seis modos de operação de corte foram definidos e testados. Três destes modos usaram rebolo de Al2O3 e trabalharam com taxas específicas de remoção (Q\'w) iguais a 10, 50 e 100 mm/mm3.min. Outros três modos de operação usaram rebolo de cBN e tiveram valores de Q\'w iguais a 50, 100 e 150 mm/mm3.min. Cada modo de operação de corte foi testado duas vezes, totalizando 12 testes. Cada teste consistia na remoção de 3000 mm3 de material de peças cilíndricas feitas com a liga de níquel e cromo, o Inconel 751. A partir dos dados encontrados na fase de ICV, um estudo de ACV com abordagem gate-to-gate foi realizado para a avaliação do desempenho ambiental dos seis modos de operação de corte. Além disso, itens de desempenho de produção (como tempo de processo, relação G, rugosidade e circularidade) também foram avaliados para os seis modos de operação de corte. Os dados obtidos na fase de ICV mostraram que os modos de operação com o rebolo de cBN apresentaram valores de potência até 30% superiores aos modos de operação com rebolo de Al2O3 com as mesmas taxas específicas de remoção (Q\'w). A avaliação de desempenho de produção mostrou grande superioridade do rebolo de cBN, que atingiu o menor de tempo de processo (com Q\'w = 150 mm/mm3.min), valores de relação G até 40 vezes superiores aos encontrados para o rebolo de Al2O3, além de maior estabilidade e resultados melhores nos quesitos de rugosidade e circularidade. Na avaliação de desempenho ambiental, o modo de operação com rebolo de cBN e Q\'w = 150 mm/mm3.min apresentou os melhores resultados em todos os indicadores de impactos ambientais avaliados. A partir da aplicação do modelo proposto pelo presente trabalho, foi possível criar um banco de dados de ICV organizado e em tempo real, fundamental para a realização das avaliações de desempenho ambiental e de produção. Além disso, foi possível determinar que o modo de operação com rebolo de cBN e Q\'w = 150 mm/mm3.min apresentou a melhor relação entre desempenho de produção e desempenho ambiental dentre os seis modos testados. / Life Cycle Assessment (LCA) is one of the most prominent tools to identify the potential environmental impacts of a process or product. The LCA, however, has great limitations on the assessment of discrete manufacturing processes, due the lack or the uncertainty of the data acquired during its Life Cycle Inventory phase (LCI). The objective of this work was to propose and to implement a dynamic model to perform the LCI phase for a discrete manufacturing unit process, in order to minimize the limitations associated with the lack and uncertainty of the LCI data. The proposed model was based on the Unit Process Life Cycle Inventory (UPLCI) methodology and used a real time MTConnect® compliant monitoring system. The implementation of the proposed model was executed on an external cylindrical grinding unit process, which had its energy, compressed air and noise emission flows monitored in a real time basis. Besides that, six cutting operational modes were defined and tested. Three of the cutting modes used a corundum grinding wheel and worked with specific removal rates Q\'w equals to 10, 50 and 100 mm/mm3.min. The other three modes used a cBN grinding wheel and worked with Q\'w equals to 50, 100 and 150 mm/mm3.min. Each cutting mode was tested twice, resulting in 12 tests. Each test consisted on the volume of removed material of 3000 mm3 from nickel-chrome alloy, the Inconel 751, cylindrical workpieces. From the LCI results, a LCA study was performed, using a gate-to-gate approach, to evaluate the environmental performance of the six cutting modes. Production performance items (process time, G-ratio, roughness and roundness) were also evaluated for the six cutting modes. The LCI data showed that the cBN wheel cutting modes presented power values 30% higher that the corundum wheel cutting modes with the same Q\'w specifications. The production performance evaluation showed the superiority of the cBN grinding wheel, which achieved the lowest process time (with Q\'w = 150 mm/mm3.min), presented G-ratio values 40 times higher than the corundum wheel cutting modes and higher stability and best results for roughness and roundness. On the environmental performance evaluation, the cutting mode using cBN grinding wheel and Q\'w = 150 mm/mm3.min presented the best results for all the potential environmental impacts indicators. From the application of the model proposed by this work, it was possible the creation of an organized and real time LCI database, used to perform both environmental and production performance evaluations. Besides, it was possible to decide that the cBN wheel cutting mode with Q\'w = 150 mm/mm3.min presented the best tradeoff between environmental and production performances among the six tested cutting modes.

Este trabalho avalia a influência do método e qualidade do esmerilhamento de tarugos na qualidade superficial de barras redondas de aço laminadas. Foi avaliada a rejeição de barras laminadas para três condições diferentes de acabamento superficial de tarugo – não esmerilhado, esmerilhado total simples, e esmerilhamento total duplo. Constatou-se que o esmerilhamento superficial de tarugos melhora a qualidade superficial de barras laminadas e, para os aços testados, o esmerilhamento total simples ofereceu melhor custo beneficio entre rendimento metálico e rejeição de barras por defeito superficial. Também se constatou que a profundidade de remoção da camada superficial do tarugo no esmerilhamento não é proporcional à redução de defeitos no produto laminado, sendo a aproximação da camada colunar uma variável com provável influência em tal resultado, assim como a presença de defeitos internos subsuperficiais, que tendem a aflorar com a redução da distância até a superfície da peça. / This work evaluates the influence of billet grinding method and quality in surface defects of hot rolling steel bars. It was evaluated bar rejection rates due to surface defects for three different billet surface conditions: without grinding, bright grinding of the entire surface and double bright grinding of the entire surface. The results show that the bright grinding of the entire surface with a single pass results in better cost benefit between yield loss and bar rejection rates. It was also observed that the grinding depth of the superficial layer of the billet is not proportional to the reduction of defects in the rolled product. This may occur in consequence of the reduction of the chill zone thickness, or even by the presence of sub superficial defects that can emerge to the surface with the reduction of the defect distance to the billet surface

A retificação representa o processo mais utilizado na usinagem de peças para obtenção de altos níveis de qualidade superficial, dimensional e produtividade. Uma importante etapa da retificação consiste na preparação e condicionamento do rebolo para o corte, a dressagem. Durante a dressagem, a superfície da ferramenta de corte é alterada para obtenção de arestas cortantes de acordo com as especificações desejadas. O objetivo deste trabalho é desenvolver um método para inscrição de texturas na superfície do rebolo que proporcionem melhores condições de corte durante a retificação e, também, possibilite utilizar a retificação como processo para texturização superficial de peças. O método desenvolvido consiste em alterar controladamente a profundidade de dressagem utilizando um excitador eletromecânico fixado na base do dressador de uma retificadora cilíndrica CNC. A movimentação é controlada por um software desenvolvido para sincronizar o deslocamento longitudinal do dressador com ondas senoidais enviadas ao amplificador operacional do excitador. Desta forma, o dressador proporciona inscrição de texturas no rebolo durante a dressagem. O método foi experimentalmente avaliado e sua funcionalidade foi comprovada. Texturas diversas foram inscritas na superfície do rebolo, com até 15 \'mü\'m de profundidade. Com o uso da texturização de rebolos foi possível obter redução de até 20% da potência específica de corte, sem perda representativa da qualidade final da peça (rugosidade e cilindricidade) e mantendo a vida da ferramenta de corte, em comparação com retificação convencional. Em complemento, o método possibilitou criação de diversos padrões de texturas nas superfícies de peças retificadas, possibilitando utilizar a retificação como um processo de usinagem para este fim. / Grinding represents the most applied machining process to achieve best combination of surface and dimentional quality, also productivity. One important stage of the grinding process is to prepare and condition the grinding wheel surface for the cutting, the dressing operation. During the dressing, wheel surface is changed to acquire cutting specification required for the operation. The objective of this work is develop a method to texturing the grinding wheel surface for better grinding performance and, also, texturing of surfaces through normal grinding cutting. The method controlled changes the dressing depth using an electro-mechanical actuator fixed to the dressing tool base of a CNC grinding machine. The displacement of the dressing tool is controlled using the developed software. It is able to synchronize the longitudinal movement with generated sine waves sent to the operational amplifier of the actuator. Through this movement and control, the dressing tool is able to texture the grinding wheel. The method was experimentally evaluated and its functionally proved. It is possible to inscribe different texturing patterns in the wheel surface, with depth up to 15 \'mü\'m. Using texturized wheels, is possible to reduce up to 20% the grinding power, without representative losses with the machined workpiece quality (roughness and roundness) and tool life, compared to regular grinding. In addition, it is possible to transfer different textures patterns to the workpiece surface while cutting, enabling grinding s a machining process to produce workpiece patterns.

This research effort highlights emerging areas in the field of robotic polishing and includes an extensive literature survey conducted by the author. This survey shows that areas in need of further investigation for achieving automated polishing are surface measurement, CAD/CAM integration and polishing mechanics. The work conducted has been based on the use of an available robot end-effector for polishing unknown three-dimensional surfaces. A model for determining the mass of material removed during the polishing process is based on hardness testing, surface grinding and milling theory. Using this model the material removed during the polishing process is compared to results from practical experiments. Polishing trajectory for a robot-end effector to follow has been produced using CAD files in Initial Graphics Exchange Specification (IGES) format. Using these files and two types of polishing patterns, the surface roughness of polished surfaces has been compared for simple planar polygonal surfaces. / Master of Engineering (Hons)

In this study the unique Magotteaux Mill® system was used to control the grinding chemical conditions, which may be adjusted by varying grinding media, purging gas and pH, during grinding. An electrochemical apparatus was used to investigate oxidation-reduction behaviour of grinding media and sulphide mineral electrodes, as well as their galvanic interaction in-situ of the Magotteaux Mill®. Galvanic interaction between the grinding media (mild steel, 15% chromium, 21% chromium and 30% chromium media) and the sulphide minerals (bornite, arsenopyrite and pyrite) was initially quantified in-situ of the mill by electrochemical techniques under different grinding atmospheres (nitrogen, air and oxygen). An innovative mathematical theoretical model was developed to describe the effect of galvanic interaction on oxidation rates of the grinding media during grinding, which was verified by the experimental data. Galvanic interaction enhanced the oxidation of the grinding media and produced more oxidized iron species in the mill discharge. It was observed that oxidized iron species (EDTA extractable iron) was linear with galvanic current between the grinding media and the sulphide minerals, in agreement with the prediction of the theoretical model. The effect of grinding conditions on pulp chemistry, surface properties and floatability was investigated by the measurement of dissolved oxygen (DO), pH, pulp potential (Eh), ethylene diamine-tetra acetic acid (EDTA) extraction, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and floatation recovery. / PhD Doctorate

Doctor of Philosophy / This research aimed to develop new cooling methods to replace, or at least minimise, the use of currently used grinding coolants which are known to be harmful to the environment. The methods used involved the application of a cold air and vegetable oil mist mixture (CAOM), and the use of liquid nitrogen as cooling media. Allied research focused on the development of a segmented grinding wheel equipped with a coolant chamber. The feasibility of a grinding system using CAOM was assessed on the surface grinding of plain carbon steel 1045. It was found that at low material removal rates, ground surfaces were obtained with a quality comparable to that from grinding with a conventional coolant in association with a reduction of grinding forces. There was no significant difference in the subsurface hardness of the components using CAOM, although the latter method showed a stronger dependence of surface residual stresses on the depth of cut due to the limit in cooling capacity of CAOM. The effects of using liquid nitrogen as a cooling medium on the microstructure of quenchable steel were explored. It was found that a martensite layer was induced on the ground surface. The microstructure featured a dispersion of very fine carbides within the martensite lattice, resulting in a remarkable increase in hardness and high compressive residual stresses within the layer. The topography of the ground surfaces indicated that the material was predominantly removed by brittle fracture. Furthermore surface oxidisation was suppressed. In the interest of coolant minimisation, a segmented wheel equipped with a pressurized coolant chamber was developed. A higher quality ground surface was obtained in conjunction with a coolant saving of up to 70%. In addition, the adhesion of ground chips on the wheel surface largely disappeared. Furthermore, surface tensile residual stresses caused by thermal deformation were minimised. The mechanism of coolant disintegration to form mists using this type of wheel system was studied. The Weber theory for Newtonian jet instability was applied to quantitatively determine the contribution of coolant flow rate to mist and ligament modes. A semi-analytical model was then developed to predict the mist flow rate by taking into account both grinding parameters and coolant properties. The model prediction was in agreement with experimental measurements. Based on the principles of fluid motion and the mechanisms of spin-off and splash, analytical models for both conventional and segmented wheels were established to provide a physical understanding of the mechanisms of coolant penetration into the grinding zone. Coolant minimisation was evident using the segmented wheel where the coolant pumping power into the grinding zone increased with wheel speed, but for the conventional wheel it decreased. A quantitative analysis was developed that accounted for the coolant properties and system design characteristics governing the penetration mechanism revealed by the theory established above. In conjunction with the mist formation analysis, the developed model offers a practical guideline for the optimal use of grinding coolants in achieving a balance between the demands of productivity and care for the environment.