Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:18:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Suyama_DanielIwao_D.pdf: 19824608 bytes, checksum: 42328aa3d238d31db30a82c3afb12889 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A usinagem de materiais endurecidos, com dureza acima de 45 HRC, surge como alternativa à retificação na década de 70, com a disponibilidade comercial de ferramentas de Nitreto Cúbico de Boro (cBN). Porém, a baixa tenacidade deste tipo de ferramenta a torna muito sensível a avarias causadas por vibrações, que são críticas nas operações as quais a peça ou a ferramenta são suscetíveis a grandes deflexões. Este trabalho busca contribuir com o estudo de vibrações no torneamento interno de furos do aço AISI 4340 endurecido, em condições de acabamento. Foram testadas diferentes condições de usinagem, diferentes suportes (aço, metal duro e equipada com amortecedor de partículas) e foram avaliados o acabamento, os sinais de aceleração (vibração) da ferramenta e o desgaste dos insertos de cBN. Os resultados obtidos mostram que as vibrações podem assumir papel secundário no acabamento superficial, que a usinagem com ferramentas de geometria definida pode substituir a retificação em alguns casos e que a utilização de amortecedores passivos pode ser uma solução simples para a usinagem de furos mais longos / Abstract: The machining of hardened materials with hardness over 45 HRC, emerges as an alternative to grinding in the 70s, with the commercial availability of Cubic Boron Nitride (cBN) tools. However, the low toughness of this type of tool makes it very sensitive to damage caused by vibrations, which are critical in the operations which the part or tool are susceptible to large deflections. This work aims to contribute to the study of vibrations in internal turning of holes in hardened AISI 4340 steel in finishing conditions. Different machining conditions and different tool holders (steel, carbide and equipped with particle damper) were tested. The surface finish, the acceleration (vibration) signals and tool wear of cBN inserts were evaluated. The results show that the vibration can take a secondary role in the surface finish, the machining with defined geometry tools can replace grinding in some cases, and the use of passive dampers can be a simple solution for machining longer holes / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

O planejamento de processos é uma atividade essencial nas diversas etapas do ciclo de manufatura, em particular nas indústrias que produzem peças através de processos de usinagem. O uso de sistemas CAPP tem implicado em uma evolução nos sistemas de planejamento. A determinação da máquina, da ferramenta e das condições operacionais adequadas visando a otimização das diversas operações é fundamental para o sucesso do processo produtivo e da empresa, podendo ser melhorado pelo uso do CAPP. Estudam-se, assim, os fatores que influenciam esse tipo de processo, propondo-se um modelo de sistema protótipo para o seu planejamento, de forma a se ter no final uma especificação teórica da profundidade de corte, do avanço e da velocidade de corte, considerando aspectos como a usinabilidade do material da peça, os tempos de fabricação secundários e auxiliares, e a própria logística aplicada ao fluxo de peças no chão-de-fábrica através da definição quanto à máquina empregada ser ou não gargalo além de considerações sobre a disponibilidade de carga-máquina. Procurou-se elaborar um critério de otimização que considere não apenas o intervalo de máxima eficiência como proposto por vários autores, mas discuta a aplicação de seus limites e as restrições do sistema máquina-ferramenta-peça. Além do planejamento teórico o sistema possui um módulo de ensaios práticos visando refinar os valores teóricos da velocidade de corte adotada para garantir a sua perfeita aplicação com a máquina e a ferramenta adotados. A proposta do sistema é semi-generativa, unindo soluções algorítmicas e baseadas em conhecimento, com uma interface simples e amigável ao usuário. / Process planning is an essential activity in the several stages of the manufacturing cycle, particularly in industries which produce parts by means of machining processes. The use of CAPP systems has implied in a planning systems evolution. The determination of machine, tooling and suitable operational conditions looking at the optimization of the several operations is fundamental to the success of the productive process and of the enterprise, and can be improved by use of CAPP systems. It was studied the factors which influence this kind of process and it was proposed a prototype system model for this planning and for obtaining a theoretical specification of the depth of cut, feed and cutting speed, taking into consideration aspects like machinability of the part material, secondary and auxiliary manufacturing times, and the logistics applied to the flow of parts at the shop-floor through the definition of the used machine to be or not a production neck beyond considerations on the availability of machine capacity. It was proposed an optimization criterion which considers not only the maximum efficiency interval as quoted by many authors but also discuss the application of its limits and the restrictions of the system machine-tool-part. Besides the theoretical planning the system has a practical testing module intended to refine the theoretical values of the adopted cutting speed to guarantee its application to the defined machine and tooling. The system approach is semi-generative, with algorithmic and knowledge based solutions, with a simple and user-friendly interface.

As empresas não mais podem pensar em desenvolvimento econômico sem a paralela preservação do meio-ambiente e do benefício mútuo da sociedade. É importante que as condições econômicas e sociais sejam melhoradas ao longo do tempo, sem exceder a capacidade de suporte do planeta. As indústrias podem contribuir para melhorar esse cenário aplicando uma gestão sustentável de manufatura, uma vez que estes são um dos principais agentes causadores de impactos. No entanto, para que consigam aprimorar a sustentabilidade de seus processos, é indispensável, antes de tudo, conhecer o seu real desempenho. O presente trabalho tem como objetivo principal desenvolver um método estruturado e simples para a avaliação de desempenho em sustentabilidade de processos de manufatura, permitindo a construção de relatórios de sustentabilidade mais precisos, periódicos e que venham a apoiar o processo de tomada de decisão gerencial. Embora modelos para a avaliação de desempenho em sustentabilidade tenham sido apresentados nos últimos anos, como o guia GRI, estes ainda carecem de critérios e regras para realizar análises mais precisas e integradas. O método proposto pode ser aplicado em dois processos de manufatura distintos, comprovando a sua eficácia e robustez. Ele é usado para analisar e comparar o desempenho em sustentabilidade de dois processos de usinagem, Retificação e Torneamento de Metais Endurecidos. Esses processos concorrem entre si em algumas faixas de atuação, tornando difícil a decisão sobre qual dos dois processos é o ideal para a produção de determinadas peças. Por meio do trabalho, foi possível comprovar a superioridade do processo de retificação em termos de ganhos econômicos, com a contrapartida de pior desempenho ambiental / Companies can no longer consider economical development without the parallel preservation of the environment and mutual benefit of the society. It is important that the economic and social conditions are improved over time, without exceeding the planet carrying capacity. Industries can contribute to improve this scenario by using cleaner and more efficient technologies, since they are one of the main sources of impacts. However, for them to improve their processes sustainability, it is essential to use an assessment tool which is able to evaluate their performance properly. The main goal of this work is to provide a structured and simple method for assessing sustainability performance of manufacturing processes, allowing the construction of more accurate and frequent sustainability reports, that may support the managerial decision making process. Although sustainability performance assessment models have been presented in recent years, as the GRI, there are still a lack of criteria and rules for carrying out more accurate and integrated assessments. The proposed method was able to be applied in two different manufacturing processes assessments, proving its effectiveness and robustness. It was used to analyze and compare the sustainability performance of two machining processes, grinding and hard turning. These processes compete with each other on some applications, making it difficult to decide which of the two processes is ideal for the production of certain parts. Through the study, it is demonstrated the grinding process superiority in terms of economic gains, at the cost of a higher environmental burden

O planejamento de processos é uma atividade essencial nas diversas etapas do ciclo de manufatura, em particular nas indústrias que produzem peças através de processos de usinagem. O uso de sistemas CAPP tem implicado em uma evolução nos sistemas de planejamento. A determinação da máquina, da ferramenta e das condições operacionais adequadas visando a otimização das diversas operações é fundamental para o sucesso do processo produtivo e da empresa, podendo ser melhorado pelo uso do CAPP. Estudam-se, assim, os fatores que influenciam esse tipo de processo, propondo-se um modelo de sistema protótipo para o seu planejamento, de forma a se ter no final uma especificação teórica da profundidade de corte, do avanço e da velocidade de corte, considerando aspectos como a usinabilidade do material da peça, os tempos de fabricação secundários e auxiliares, e a própria logística aplicada ao fluxo de peças no chão-de-fábrica através da definição quanto à máquina empregada ser ou não gargalo além de considerações sobre a disponibilidade de carga-máquina. Procurou-se elaborar um critério de otimização que considere não apenas o intervalo de máxima eficiência como proposto por vários autores, mas discuta a aplicação de seus limites e as restrições do sistema máquina-ferramenta-peça. Além do planejamento teórico o sistema possui um módulo de ensaios práticos visando refinar os valores teóricos da velocidade de corte adotada para garantir a sua perfeita aplicação com a máquina e a ferramenta adotados. A proposta do sistema é semi-generativa, unindo soluções algorítmicas e baseadas em conhecimento, com uma interface simples e amigável ao usuário. / Process planning is an essential activity in the several stages of the manufacturing cycle, particularly in industries which produce parts by means of machining processes. The use of CAPP systems has implied in a planning systems evolution. The determination of machine, tooling and suitable operational conditions looking at the optimization of the several operations is fundamental to the success of the productive process and of the enterprise, and can be improved by use of CAPP systems. It was studied the factors which influence this kind of process and it was proposed a prototype system model for this planning and for obtaining a theoretical specification of the depth of cut, feed and cutting speed, taking into consideration aspects like machinability of the part material, secondary and auxiliary manufacturing times, and the logistics applied to the flow of parts at the shop-floor through the definition of the used machine to be or not a production neck beyond considerations on the availability of machine capacity. It was proposed an optimization criterion which considers not only the maximum efficiency interval as quoted by many authors but also discuss the application of its limits and the restrictions of the system machine-tool-part. Besides the theoretical planning the system has a practical testing module intended to refine the theoretical values of the adopted cutting speed to guarantee its application to the defined machine and tooling. The system approach is semi-generative, with algorithmic and knowledge based solutions, with a simple and user-friendly interface.

As empresas não mais podem pensar em desenvolvimento econômico sem a paralela preservação do meio-ambiente e do benefício mútuo da sociedade. É importante que as condições econômicas e sociais sejam melhoradas ao longo do tempo, sem exceder a capacidade de suporte do planeta. As indústrias podem contribuir para melhorar esse cenário aplicando uma gestão sustentável de manufatura, uma vez que estes são um dos principais agentes causadores de impactos. No entanto, para que consigam aprimorar a sustentabilidade de seus processos, é indispensável, antes de tudo, conhecer o seu real desempenho. O presente trabalho tem como objetivo principal desenvolver um método estruturado e simples para a avaliação de desempenho em sustentabilidade de processos de manufatura, permitindo a construção de relatórios de sustentabilidade mais precisos, periódicos e que venham a apoiar o processo de tomada de decisão gerencial. Embora modelos para a avaliação de desempenho em sustentabilidade tenham sido apresentados nos últimos anos, como o guia GRI, estes ainda carecem de critérios e regras para realizar análises mais precisas e integradas. O método proposto pode ser aplicado em dois processos de manufatura distintos, comprovando a sua eficácia e robustez. Ele é usado para analisar e comparar o desempenho em sustentabilidade de dois processos de usinagem, Retificação e Torneamento de Metais Endurecidos. Esses processos concorrem entre si em algumas faixas de atuação, tornando difícil a decisão sobre qual dos dois processos é o ideal para a produção de determinadas peças. Por meio do trabalho, foi possível comprovar a superioridade do processo de retificação em termos de ganhos econômicos, com a contrapartida de pior desempenho ambiental / Companies can no longer consider economical development without the parallel preservation of the environment and mutual benefit of the society. It is important that the economic and social conditions are improved over time, without exceeding the planet carrying capacity. Industries can contribute to improve this scenario by using cleaner and more efficient technologies, since they are one of the main sources of impacts. However, for them to improve their processes sustainability, it is essential to use an assessment tool which is able to evaluate their performance properly. The main goal of this work is to provide a structured and simple method for assessing sustainability performance of manufacturing processes, allowing the construction of more accurate and frequent sustainability reports, that may support the managerial decision making process. Although sustainability performance assessment models have been presented in recent years, as the GRI, there are still a lack of criteria and rules for carrying out more accurate and integrated assessments. The proposed method was able to be applied in two different manufacturing processes assessments, proving its effectiveness and robustness. It was used to analyze and compare the sustainability performance of two machining processes, grinding and hard turning. These processes compete with each other on some applications, making it difficult to decide which of the two processes is ideal for the production of certain parts. Through the study, it is demonstrated the grinding process superiority in terms of economic gains, at the cost of a higher environmental burden

This master’s thesis deals with technology of wire electrical discharge machining in theoretical and practical level. Theoretical part of the thesis explains in detail the principle of electrical discharge machining, describes functional parts and settings of a current wire EDM machines and also the possibility of using method for production of specific parts. Practical part of the thesis solves manufacturing of gearing on pinion manufactured by wire cutter EXCETEK V650 and statistically evaluates precision parameters on surfaces of the carriers taken by specific technological conditions with the same machine.