Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-09-20Bitstream added on 2014-06-13T20:35:21Z : No. of bitstreams: 1 suyama_di_me_ilha.pdf: 1507336 bytes, checksum: 25314bb28cba6a4bdcb4957ea5b7de49 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A usinagem é um dos processos de fabricação mais utilizados mundialmente. Com destacada importância no setor industrial, este processo se encontra em contínua evolução com o surgimento de novos materiais (com propriedades melhoradas), novas ferramentas (mais resistentes ao desgaste e de custo reduzido) e novas máquinas (mais rígidas, mais precisas e com maior nível de tecnologia embarcada). Neste contexto surgiu a usinagem com altas velocidades de corte que, apesar do surgimento na década de 1930, tem pesquisas realizadas no meio acadêmico e industrial, mais aberta e divulgadamente, há cerca de 20 anos. Entretanto, a maioria dos trabalhos refere-se, de um modo geral, a estudos sobre produtividade, custo, desempenho de ferramentas e máquinas-ferramentas, entre outros. Poucos estudos procuram investigar possíveis efeitos desse tipo de usinagem na integridade superficial do produto usinado. Em função dessa lacuna e do aprimoramento de processo de obtenção de aços ferríticos com grãos ultrafinos (com refino de grão em toda seção transversal), este trabalho visou descobrir se há efeito do fresamento com alta velocidade de corte (High-Speed Cutting - HSC) sobre a rugosidade quantitativa e visual, sobre o campo de tensões residuais presentes na superfície (mensurados por difração de raios X) e sobre comportamento em fadiga (através de flexão em quatro pontos) da peça usinada. Observou-se que, quantitativamente, a rugosidade melhorou 63% quando comparada à usinagem feita sob condições ditas convencionais. De modo análogo, o campo de tensões residuais (de tração para ambas as condições convencional e HSC) foi reduzido em 73% e a resistência à fadiga para um determinado número de ciclos foi elevada, porém com limite de fadiga igual para todas as condições de usinagem. Em suma, do ponto de vista do desempenho, a usinagem HSC provém melhorias significativas ao componente usinado / Machining is one of the most widely used manufacturing processes worldwide. With outstanding importance in the industrial sector, this process is continually evolving with the emergence of new materials (with improved properties), new tools (more wear resistance and low cost) and new machines (more stiffness, more precision and with a higher level of embedded technology). In this context came the machining with high speed cutting that, despite the rise in the 1930s, has researches conducted in academy and industry, with more emphasis, about 20 years ago. However, most of the works refers, in general, to studies on productivity, cost, performance of tools and machine tools, among others. Few studies seek to investigate possible effects of this type of machining on surface integrity of the machined product. Because of this gap on this subject and the enhancement of the process to obtain low carbon ferritic steels with ultrafine grains (with grain refinement throughout the whole cross section), this work searched whether there is effect of milling with high speed cutting (High-Speed Cutting - HSC) on the quantitative and visual roughness, on the residual stress field on the surface (measured by X-ray diffraction) and on the fatigue limit (by four point bending) of the workpiece. It was observed that, quantitatively and in average, the roughness reduced 63% when compared to machining done under stated conventional conditions. Similarly, the residual stress field (tensile for both conventional and HSC conditions) was reduced by 73% and the fatigue strength was improved, but with fatigue limit equal to all cutting conditions. In short, from the standpoint of performance, HSC machining brings significant improvements for the machined component

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.

A micromanufatura via usinagem apresenta algumas dificuldades, principalmente aquelas relacionadas à formação do cavaco, pois a espessura de corte passa a ter a dimensão do tamanho de grão do material da peça e da microgeometria da aresta de corte. Em operações de microcorte, a microestrutura do material é um fator importante no controle da geração da superfície da peça, mecanismo de formação de cavaco, etc. Este trabalho de pesquisa avaliou o efeito do tamanho ultrafino dos grãos do material da peça sobre os fenômenos inerentes ao corte no microfresamento. As variáveis de usinagem investigadas foram avanço por dente (fz), velocidade de corte (vc), diâmetro da microfresa (d&#934) e raio de aresta de corte (re), visando avaliar o mecanismo de formação do cavaco, acabamento da peça e integridade superficial. Os materiais utilizados nos experimentos foram um aço bifásico (ferrita-perlita) com tamanho de grão ferrítico de 11 µm e outro de microestrutura homogênea de grãos ultrafinos com 0,7 µm, ambos com mesma composição química e baixo-carbono. Dois grupos de ensaios foram propostos: (1) macro e microfresamento e (2) microfresamento de canais. O tipo de usinagem foi o de fresamento de topo, sem emprego de fluido de corte. Os ensaios de usinagem foram executados em centros de usinagem CNC. As ferramentas de corte foram de metal duro com recobrimentos, diâmetro 16 mm na escala macro de usinagem, 200 e 800 µm na escala micro. A adequação da microestrutura do material da peça à redução da escala de usinagem, através do mecanismo de refino de grão, gerou alguns aspectos favoráveis à microusinagem, como melhor acabamento (Ssk≈0 e Sku≈3), formação de cavaco contínuo e menor formação de rebarbas com a redução da espessura de corte (fz&#8804re), possibilitando aplicações em microfabricação por corte com ferramenta de geometria definida utilizando aços baixo carbono, antes limitadas à estruturas na construção civil e peças obtidas por conformação mecânica. / Micro manufacturing by means of machining presents difficulties, mainly those related to chip formation, since chip thickness become as small as normal material grain size, as well as the cutting edge radius. At such micro cutting operations material microstructure ascends as a very important issue in terms of machining output, i.e. surface roughness, subsurface damages, cutting forces, etc. This research evaluated the effect of the intervention on the metallurgical microstructure of the material on the cutting phenomena inherent in micromachining. The variables investigated were the feed per tooth (ft), cutting speed (vc), micro end-mill diameter (d&#934) and cutting edge radius (re). The materials used in the experiments were a steel two-phase (ferrite-pearlite) with ferritic grain size of 11 µm and similar one with homogeneous microstructure and ultrafine grains (0.7 µm), both low carbon. The mechanism of chip formation, surface finish and surface integrity were investigated and correlated with the studied variables. Two groups of machining experiments were proposed: (1) macro and micro end-milling and (2) microchannels. Overall, the type of machining was the end milling, without using cutting fluid. The machining tests were carried on a CNC machining center. The cutting tools are coated, diameter 16 mm in macro scale of machining, 200 and 800 &#956m in micro scale. the adequacy of the microstructure of the workpiece material to the reduce the scale of machining generated some favorable aspects to micromachining, such as better finishing (Ssk≈0 e Sku≈3), continuous chip formation and lesser burr formation by reducing the cutting thickness (fz&#8804re), enabling micromanufacturing applications for low carbon steels, once limited to structures in the civil construction and pieces obtained by mechanical forming.

A micromanufatura via usinagem apresenta algumas dificuldades, principalmente aquelas relacionadas à formação do cavaco, pois a espessura de corte passa a ter a dimensão do tamanho de grão do material da peça e da microgeometria da aresta de corte. Em operações de microcorte, a microestrutura do material é um fator importante no controle da geração da superfície da peça, mecanismo de formação de cavaco, etc. Este trabalho de pesquisa avaliou o efeito do tamanho ultrafino dos grãos do material da peça sobre os fenômenos inerentes ao corte no microfresamento. As variáveis de usinagem investigadas foram avanço por dente (fz), velocidade de corte (vc), diâmetro da microfresa (d&#934) e raio de aresta de corte (re), visando avaliar o mecanismo de formação do cavaco, acabamento da peça e integridade superficial. Os materiais utilizados nos experimentos foram um aço bifásico (ferrita-perlita) com tamanho de grão ferrítico de 11 µm e outro de microestrutura homogênea de grãos ultrafinos com 0,7 µm, ambos com mesma composição química e baixo-carbono. Dois grupos de ensaios foram propostos: (1) macro e microfresamento e (2) microfresamento de canais. O tipo de usinagem foi o de fresamento de topo, sem emprego de fluido de corte. Os ensaios de usinagem foram executados em centros de usinagem CNC. As ferramentas de corte foram de metal duro com recobrimentos, diâmetro 16 mm na escala macro de usinagem, 200 e 800 µm na escala micro. A adequação da microestrutura do material da peça à redução da escala de usinagem, através do mecanismo de refino de grão, gerou alguns aspectos favoráveis à microusinagem, como melhor acabamento (Ssk≈0 e Sku≈3), formação de cavaco contínuo e menor formação de rebarbas com a redução da espessura de corte (fz&#8804re), possibilitando aplicações em microfabricação por corte com ferramenta de geometria definida utilizando aços baixo carbono, antes limitadas à estruturas na construção civil e peças obtidas por conformação mecânica. / Micro manufacturing by means of machining presents difficulties, mainly those related to chip formation, since chip thickness become as small as normal material grain size, as well as the cutting edge radius. At such micro cutting operations material microstructure ascends as a very important issue in terms of machining output, i.e. surface roughness, subsurface damages, cutting forces, etc. This research evaluated the effect of the intervention on the metallurgical microstructure of the material on the cutting phenomena inherent in micromachining. The variables investigated were the feed per tooth (ft), cutting speed (vc), micro end-mill diameter (d&#934) and cutting edge radius (re). The materials used in the experiments were a steel two-phase (ferrite-pearlite) with ferritic grain size of 11 µm and similar one with homogeneous microstructure and ultrafine grains (0.7 µm), both low carbon. The mechanism of chip formation, surface finish and surface integrity were investigated and correlated with the studied variables. Two groups of machining experiments were proposed: (1) macro and micro end-milling and (2) microchannels. Overall, the type of machining was the end milling, without using cutting fluid. The machining tests were carried on a CNC machining center. The cutting tools are coated, diameter 16 mm in macro scale of machining, 200 and 800 &#956m in micro scale. the adequacy of the microstructure of the workpiece material to the reduce the scale of machining generated some favorable aspects to micromachining, such as better finishing (Ssk≈0 e Sku≈3), continuous chip formation and lesser burr formation by reducing the cutting thickness (fz&#8804re), enabling micromanufacturing applications for low carbon steels, once limited to structures in the civil construction and pieces obtained by mechanical forming.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-08-16T19:31:06Z No. of bitstreams: 1 DissDAGP.pdf: 24957220 bytes, checksum: d8c9cd6b22c7e40f1a1f5c7c88deb93a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-30T16:50:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissDAGP.pdf: 24957220 bytes, checksum: d8c9cd6b22c7e40f1a1f5c7c88deb93a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-30T16:50:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissDAGP.pdf: 24957220 bytes, checksum: d8c9cd6b22c7e40f1a1f5c7c88deb93a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-30T16:57:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissDAGP.pdf: 24957220 bytes, checksum: d8c9cd6b22c7e40f1a1f5c7c88deb93a (MD5) Previous issue date: 2017-03-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Biomedical devices currently in use (prostheses, implants) have satisfactory performance in many cases. However, sometimes the body reacts to the device insertion and may lead to its rapid replacement. Some of these disadvantages can be solved by the use of titanium and its alloys, due to their excellent combination of corrosion resistance, wear resistance and biocompatibility compared to other competing biomaterials. This work presents the possibility of obtaining near β titanium alloy with ultrafine grains produced by severe plastic deformation. For this, the Ti-13Nb-13Zr alloy was processed by high-pressure torsion processing method. Samples were processed with different loads and number of turns. The samples were evaluated by Vickers microhardness. As-received and deformed samples were analyzed through X-Ray diffraction. The microstructures were observed by optical microscopy and scanning electron microscope and the microtexture and phase mappings of the material evaluated through the ASTAR equipment in the transmission electron microscope. After characterization, it was observed that there is a refinement of the microstructure and increase of the microhardness of the Ti-13Nb-13Zr alloy deformed by HPT. Due to the superior microhardness of the deformed material and the results of phase transformations indicate a potential application as nanostructured biomaterial. / Os dispositivos biomédicos utilizados atualmente (próteses, implantes) possuem desempenho satisfatório em muitos casos. No entanto, às vezes, o corpo reage à inserção destes dispositivos exigindo a sua rápida substituição. Algumas destas desvantagens podem ser resolvidas pelo uso de titânio e suas ligas, devido à sua excelente combinação de resistência à corrosão, resistência ao desgaste e biocompatibilidade em comparação com outros biomateriais concorrentes. Este trabalho apresenta a possibilidade de obtenção de liga de titânio quase β com grãos ultrafinos produzidos por deformação plástica severa para três diferentes condições iniciais de microestrutura. Para isso, a liga Ti-13Nb-13Zr foi processada pelo método de processamento de torção sob alta pressão (High-Pressure Torsion - HPT). As amostras foram processadas com diferentes cargas e número de voltas e avaliadas por meio de microdureza Vickers. Amostras como recebidas e deformadas foram analisadas através de difração de raios X. As microestruturas foram observadas por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura. A microtextura e mapeamentos de fase do material foram avaliados através do equipamento ASTAR no microscópio eletrônico de transmissão. Após a caracterização, foi observado que existe um refinamento da microestrutura e aumento da microdureza da liga Ti-13Nb-13Zr deformada por HPT. A microdureza superior do material deformado e os resultados de transformações de fase apontam para uma potencial aplicação como biomaterial nanoestruturado.