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Production of micro-scale components is an important emergent field. One underdeveloped area is the production of micro-scale 3D surfaces, which has important applications in micro-optics and fibre optic sensors. One particular application is the production of micro-lenses. With scales of less than 200 ??m these lenses can improve light coupling efficiencies in micro-optic systems. However, current lens production techniques have limitations in accuracy and versatility. Creating these surfaces through mechanical micro-grinding has the potential to improve the precision and variety of profiles that can be produced, thus improving transmission efficiencies and leading to new applications. This work presents a novel micro-grinding method for the production of microscale asymmetric, symmetric and axisymmetric curved components from brittle materials such as glasses. A specialised micro-grinding machine and machining system has been designed, constructed and successfully tested and is presented here. This system is capable of producing complex profiles directly on the tips of optical fibre workpieces. A five degree of freedom centring system is presented that can align and rotate these workpieces about a precision axis, enabling axisymmetric grinding. A machine vision system, utilising a microscope lens system and sub-pixel localisation techniques, is used to provide feedback for the process, image processing techniques are presented which are shown to have a sensing resolution of 300 nm. Using these systems, workpieces are centred to within 500 nm. Tools are mounted on nanometre precise motion stages and motion and infeed are controlled. Tooling configurations with flat and tangential grinding surfaces are presented along with control and path generation algorithms. The capabilities and shortcomings of each are presented along with methods to predict appropriate feed rates based on experimental data. Both asymmetric and axisymmetric flat and curved micro-profiles have been produced on the tips of optical fibres using this system. These are presented and analysed and show that the system, as described, is capable of producing high quality micro-scale components with submicron dimensional accuracy and nanometric surface quality. The advantages of this technique are compared with other processes and discussed. Further development of the system and technique are also considered.

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2008. / Also available in print.

Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1968. / eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--Chemical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2006. / Samuels, Robert J., Committee Member ; Henderson, Clifford L., Committee Member ; Danyluk, Steven, Committee Member ; Hess, Dennis W., Committee Chair ; Bottomley, Lawrence A., Committee Member ; Morris, Jeffrey F., Committee Co-Chair. Vita. Includes bibliographical references.

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Co-orientador: Vicente Luiz Scalon / Resumo: O processo de retificação é um processo de usinagem por abrasão que visa principalmente obtenção de superfícies com baixa rugosidade e tolerância dimensional estreita. Essa combinação é possível por causa das múltiplas arestas de corte sem geometria definida que removem material da peça em pequenas penetrações de trabalho. Contudo é um processo que apresenta problemas para a peça, devido à elevada geração de calor. Este calor pode causar alterações metalúrgicas, dentre outras. Por esta razão é necessário utilizar fluido de corte para refrigerar a zona de retificação. Ao mesmo tempo é preciso buscar uma produção mais sustentável em relação à técnica de lubri-refrigeração convencional. Esta técnica vem sendo substituída por outras que visam redução de custo e redução e/ou eliminação do impacto ambiental, sem prejuízos para qualidade da peça. Uma técnica de lubri-refrigeração que vem substituindo a técnica convencional competitivamente é a técnica de Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL), que é bem difundida em processos de usinagem com geometria de corte definida (por exemplo, torneamento, fresamento e furação) e com resultados promissores também em processos de retificação. Entretanto, pelo fato da técnica MQL ser menos estudada no processo de retificação, seu desempenho ainda apresenta algumas restrições devido à sua baixa eficiência de refrigeração, que pode ocasionar danos térmicos à peça. Neste sentido, a realização deste trabalho consistiu em substituir o ar à temperatu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The grinding process is an abrasion machining process that is mainly aimed at obtaining surfaces with low roughness and narrow dimensional tolerance. This combination is possible because of the multiple cutting edges without defined geometry that remove material from the workpiece at small work penetrations. However, it is a process that presents problems for the workpiece, due to the high generation of heat. This heat can cause metallurgical changes, among others. For this reason it is necessary to use cutting fluid to cool the grinding zone. At the same time it is necessary to seek a more sustainable production compared to the conventional lubri-cooling technique. This technique has been replaced by others that aim at cost reduction and reduction and/or elimination of environmental impact, without any damage to the quality of the part. A lubri-cooling technique that is replacing the conventional technique, competitively, is the Minimum Quantity of Lubricant (MQL) technique, which is well diffused in machining processes with defined cutting geometry (for example, turning, milling and drilling) and with promising results also in grinding processes. However, due the MQL technique is less studied in the grinding process, its performance still presents some restrictions due to its low cooling efficiency, which can cause thermal damage to the part. In this sense, the accomplishment of this work consisted in replacing the air at the ambient temperature of the MQL by air at a lower... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Luiz Eduardo de Angelo Sanchez / Banca: Gilberto de Magalhães Bento Gonçalves / Banca: Carlos Eiji Hirata Ventura / Banca: Alessandro Roger Rodrigues / Resumo: A presente tese estudou a influência da friabilidade de dois rebolos de CBN (alta friabilidade - HF e baixa friabilidade - LF) na retificação cilíndrica externa de mergulho do aço AISI 4340, temperado e revenido, para vários avanços. Os resultados obtidos demonstraram que, comparativamente, o rebolo de baixa friabilidade (CBN LF) fornece melhor acabamento para a peça em termos de rugosidade e desvios de circularidade, com menor desgaste de rebolo, em todos os avanços. Por outro lado, o consumo de potência e seus sinais de emissão acústica foram sempre mais elevados. Para a tensão residual, a baixa friabilidade auxilia na geração de tensões compressivas na peça. Todavia, mesmo com a alta friabilidade, para condições mais agressivas de corte também é possível obter tensões compressivas elevadas. Nenhuma das condições de usinagem alterou a microestrutura das peças retificadas, com base nos resultados de microdureza Vickers. A elevada friabilidade, de um modo geral, pode promover fratura excessiva dos grãos, que acabam por aumentar o riscamento e deteriorar a qualidade superficial das peças, além de desgastar mais o rebolo, em virtude do predomínio da macrofratura sobre a microfratura. Ao mesmo tempo, contudo, reduz as forças de corte e o consumo de potência. Deve-se levar em conta todos os fatores à disposição para efetuar a melhor escolha de rebolo e sua friabilidade para determinada aplicação. / Abstract: The present thesis aimed to study the influence of friability of two CBN wheels (high friability - HF and low friability - LF) on the external plunge cylindrical grinding of the AISI 4340 steel, quenched and tempered, for different feed rates. The results showed that CBN LF provided better workpiece finishing in terms of surface roughness and roundness deviations, with lower wheel wear, in all feed rates. However, power consumption and acoustic emission signals were always higher than for CBN HF. For residual stresses, low friability contributes to the generation of compressive stresses on the workpiece. For high feed conditions, even CBN HF can provide high compressive stresses. None of the grinding conditions caused alterations on the workpiece microstructure, based on the results for Vickers microhardness. High friability can promote excessive grain fracture, which can increase scratching and deteriorate the surface quality, causing higher wheel wear as well (since macrofracture predominates over microfracture). On the other side, it can reduce cutting forces and power consumption. All factors at disposal must be taken into account in order to conduct the optimal selection of grinding wheel- as well as its adequate friability - for each specific application. / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013Bitstream added on 2014-06-13T20:18:00Z : No. of bitstreams: 1 silva_t_me_bauru.pdf: 5556945 bytes, checksum: bfc0f29139dcb742000855aef9d22106 (MD5) / Uma técnica utilizada para substituir o método de lubri-refrigeração convencional é a mínima quantidade de lubrificante (MQL). Este método utiliza de uma mistura de óleo e ar à elevada pressão, reduzindo a quantidade de fluído de corte necessário para a usinagem. Entretanto, em diversos estudos feitos na área de retificação com MQL, nota-se que há a necessidade de aperfeiçoamento dessa técnica com relação à limpeza da zona de corte do rebolo. Devido à dificuldade do baixo fluxo de fluído, em remover os resíduos superficiais acumulados, cavados aderem à superfície da ferramenta abrasiva, preenchendo os poros do rebolo e prejudicando o processo. Sendo assim este trabalho busca promover uma técnica de limpeza para o rebolo do tipo CBN, na retificação cilíndrica de aço ABNT4340 temperado e revenido, com a utilização de MQL. Através de um dispositivo, foi colocado em contato na superfície periférica do rebolo, bastões retangulares compostos dos materiais: Teflon, Óxido de alumínio e Carbeto de silício. As variáveis de saída do processo analisadas foram o comportamento da força tangencial de corte, rugosidade, emissão acústica, relação G (volume de material removido/volume do rebolo desgastado), fotos em microscópio eletrônico de varredura, microdureza e circularidade. O método MQL com o dispositivo, foi comparado com as seguintes condições de lubri-refrigeração: Convencional; MQL sem limpeza com local de ar. Com base nos resultados obtidos, o método de limpeza utilizando o dispositivo juntamente com o bastão de carbeto de silicone, comprovou em algumas condições a obtenção de melhores resultados e ausência de danos térmicos, se comparado aos outros métodos / A technique used to replace the method of conventional lubrification and cooling is the minimum quantity lubricant (MQL). This method uses a mixture of oil and air to the high pressure, reducing the amount of fluid required for machining. However, in various studies in the field of grinding with MQL, it is noted that there is a need for improvement of this techique with respect to cleaning the cutting zone of the wheel. Due to the difficulty of low fluid flow, to remove the accumulated surface residue, chips adhere to the surface of the abrasive tool, filling the pores of the wheel and impairing the process. Thus, this work seeks to promote a clening technique for the type CBN wheel, the grinding cylindrical AISI 4340 steel hardened and tempered, with the use of MQL. Through a device was placed in contact on the peripheral surface of the grinding wheel, rectangular rods compounds materials: Teflon, aluminum oxide and silicon carbide. The output variables of the process were analyzed the behavior of the tangential cutting force, surface roughness, acoustic emission, G ratio (volume of material removed/volume of wheel worn), in photos scanning electron microscope, hardness and roundness. The method MQL with the device was compared with the followin conditions of lubrication and cooling: Conventional; MQL without cleaning; MQL and cleaning air nozzle. Based on the results obtained, the cleaning method using the device with the bat silicon carbide, proved in some conditions to obtain better results and no thermal damage, compared to other methods

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published_or_final_version / abstract / Industrial and Manufacturing Systems Engineering / Master / Master of Philosophy