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Cutting tools in a manufacturing system play a significant role in metal cutting process. Cutting tools arc consumable. Tool wear affects the outcomes of machining processes such as machined· surface quality and it is normally used as an indicating parameter for tool life. It is crucial to calculate and record the wear size of different cutting tools. The tool wear is classified into many different categories according to its existing location and wear patterns. Flank wear and crater wear are the two most common types of tool wear which are used to assess the tool's life. The measurements of flank and crater wear in cutting tools have been extensively studied. There are still many challenges when these research results are applied practically. Manufacturing industry demands· accurate and rapid methods for the tool wear measurement. There are two primary objectives in this research. The first is to develop a new tool wear measurement technology by using the active contour model based image processing method for the flank wear measurement. A MATLAB program is developed to verify the suggested image processing algorithm. Many cutting experiments were conducted with different tools on a CNC machine tool. The experimental results show that the developed technology is feasible and can be used to measure the tool wear area. It needs to be noted that this method. can only extract the wear area. This method is not able to estimate the depth of the crater wear. The second objective is to develop a method for crater wear measurement by use of developed stereo vision system. This system consists of a single camera with necessary lighting devices and fixtures. A MATLAB based software is developed to estimate and represent the volume of tool wear. The proposed algorithm and feasibility of the system for the crater wear (3D tool wear) is discussed. Its effectiveness is verified in this research.

The dust particles generated due to mechanical wear of iron ore pellets and clusters formed in molten stainless steel alloyed with rare earth metals (REM) are considered in this study. Firstly, the influence of the characteristics of iron ore pellets, applied load on a pellet bed and partial reduction of the pellets on the size distribution of the generated dust was investigated. Secondly, REM clusters are investigated to evaluate the size distribution of the clusters. Also, an extreme value distribution (EVD) analysis has been applied for the observed REM clusters. The large sized pellets showed 10-20% higher wear rate than small sized pellets during wear in a planetary mill. Moreover, an increase of ~67% was observed in the friction and dust generation in the pellet bed as the applied load increased from 1 to 3 kg. Also, it was observed that a higher friction in the pellet bed can lead to an increased amount of airborne particles. The mechanical wear experiments of pellets reduced at 500 °C (P500) and 850 °C (P850) showed that P500 pellets exhibit ~16-35% higher wear rate than unreduced pellets. For the P850 pellets, the wear is inhibited by formation of a metallic layer at the outer surface of the pellets. The mechanism of dust generation has been explained using the obtained results. A reliable cluster size distribution of REM clusters was obtained by improving the observation method and it was used to explicate the formation and growth mechanism of REM clusters. The results show that the growth of clusters is governed by different types of collisions depending on the size of the clusters. For EVD analysis three different size parameters were considered. Moreover, using the maximum length of clusters results in a better correlation of EVD regression lines compared to other size parameters. Moreover, a comparison of predicted and observed maximum lengths of clusters showed that further work is required for the application of EVD analyses for REM clusters. / Studien fokuserar på två olika typer av mikropartiklar som är valda från olika delar av järn- och ståltillverkningsprocessen. Dessa partiklar är dels stoft som genereras på grund av mekanisk nötning av partiklar och dels klusters som bildas i flytande rostfria stål legerade med sällsynta jordartsmetaller (REM). Inledningsvis så undersöktes inverkan av tre faktorer på storleksfördelningen hos stoft som bildas vid hantering av järnoxidpellets. De undersökta faktorerna inkluderade karakteristiken hos järnoxidpellets, det applicerade trycket på pelletsbädden och den partiella reduktionen av järnoxidpellets. Därefter så utfördes tredimensionella undersökningar av REM kluster som extraherats med hjälp av elektrolytisk extraction för att bestämma storleksfördelningen hos klustren. Dessutom så utfördes en extremvärdesdistribution (EVD) studie för de studerade klustren. En planetkvarn användes för att undersöka inverkan of karakeristiken hos pellets på stoftbildningen. Resultaten visade att storleken på pellets kan påverka nötningshastigheten under dessa försöksförhållanden. Pellets som hade en större storlek (13.5&lt; Deq &lt;15.0 mm) uppvisade en 10 till 20% högre nötningshastighet i jämförelse med mindre pellets (9.5&lt; Deq &lt;12.5 mm). Baserat på analyserna av stoftet som genererades under nötningsexperimenten så konstaterades att nötningsmekanismerna för dessa pellets var abrasions- och kollisionsnötning. En pelletsbädd skapades för att möjliggöra studier av inverkan av ett applicerat tryck på stoftbildningen och friktionskrafterna i en pelletsbädd. Ett varierat tryck på mellan 1 till 3 kg applicerades på pelletsbädden. Resultaten visade att en ökning på ~67% av friktionskraften och stoftbildningen ägde rum när det applicerade trycket ökades från 1 till 3kg. Dessutom så visade resultaten att en högre friktionskraft i pelletsbädden kan resultera in en ökad mängd luftburna partiklar. Den mekaniska nötningen av pellets som reducerats vid 500 °C (P500) och 850 °C (P850) studerades också genom användande av en planetkvarn. Resultaten visade att P500 pellets uppvisade en ~ 16 till 35% högre nötningshastighet i jämförelse med oreducerade referenspellets.  Resultaten för P850 pellets visade att den mekaniska nötningen motverkades genom bildningen av ett metalliskt skikt på den yttre delen av pelletsen. Resultaten visade också att stoftet som bildats pga mekanisk nötning av reducerade pellets innehöll 3 till 6 gånger mer grova partiklar  (&gt;20µm) i jämförelse med stoft som bildats från oreducerade pellets. Slutligen så diskuterades hur dessa resultat kan relateras till industriella förhållanden med avseende på mekanismerna som är involverade i den mekaniska nötningen av pellets samt med avseende på relationen mellan hastigheten av de utgående gaserna och storlken och morfologin hos stoftpartiklarna. Klusters innehållande REM-oxider som extraherats från en 253MA rostfri stålsort undersöktes med användande av en tredimensionell teknik. En trovärdig storleksfördelning av klusters (CSD) erhölls genom att förbättra undersökningsmetoden och denna användes för att studera bildningen och tillväxten av REM oxider. Dessutom så användes cirkularitetsfaktorn hos klusters för att dela in klustren i två olika grupper, vilka bildas och tillväxer enligt olika mekanismer. Resultaten visade också att tillväxten av klusters gynnas av olika typer av kollisioner som beror av av storleken på klusters. För REM-klusters så drogs slutsatsen att turbulenta kollisioner är den huvudsakliga mekanismen som påverkar tillväxten. Avhandlingen behandlar även problemet om hur det är möjligt att hantera synfält där det inte förekommer kluster vid en extremvärdesdistribution (EVD) analys. Tre olika parametrar undersöktes i EVD analysen. Resultaten visar att om den maximala längden på kluster (LC) används i analysen så erhålls den bästa korrelationen gällande regressionslinjen för en EVD analys. Specifikt så var R2 värdet upp till 0.9876 i jämförelse med de andra storleksparametrarna som har värden i intervallet 0.9656 – 0.9774. Slutligen så visar resultaten från en jämförelse mellan beräknade och observerade maximala klusterlängder att EVD analyser för studier av REM kluster behöver undersökas ytterligare i framtiden. / <p>QC 20161128</p>

A preparação das arestas de corte é um processo que tem chamado a atenção na indústria de fabricação e recondicionamento de ferramentas em função dos benefícios que tem trazido especialmente na vida útil da ferramenta. Este processo dá um grande diferencial competitivo àqueles que detém o conhecimento de como aplicá-lo e por isso é mantido como um segredo industrial. No que se refere a brocas helicoidais a escassez de informações é ainda maior, em função da alta complexidade da ferramenta e do processo. O presente trabalho traz os resultados da influência da preparação das arestas de corte (alteração da microgeometria) de brocas helicoidais no processo de furação do aço SAE 4144M temperado e revenido com 38 HRC. O processo manual de escovamento foi utilizado para preparar as ferramentas com arestas arredondadas e o processo manual de limagem para as ferramentas com arestas chanfradas. Foram medidas várias características das peças usinadas tais como: diâmetro, circularidade, desvio de posição, rugosidade dos furos obtidos, dureza, microdureza dos corpos-de-prova, força de avanço e torque do processo de furação, avaliação do tipo e forma dos cavacos gerados no processo. Os resultados mostraram que o processo de preparação de arestas aumenta a resistência da ferramenta ao desgaste e consequentemente aumenta sensivelmente sua vida, especialmente as de arestas arredondadas. Além disso, exerce influência na integridade superficial do furo obtido (circularidade e rugosidade) e na microdureza da região próxima à parede do furo obtido. Não houve diferença significativa no torque entre as geometrias analisadas, porém a força de avanço foi menor para a ferramenta apenas afiada sem preparação de aresta. / The cutting edge preparation is a process which has drawn attention from the tool’s manufacturing and refurbishing industry due to specialization to its benefits specially to tool useful life. This process results in a major competitive advantage to those who have the knowledge of its application and, for this reason, it is kept as a trade secret. As far as the twist drills are concerned, the scarcity of information is even greater, due to the high complexity of the tool and process itself. This dissertation presents the results of the influence of the preparation of the twist drills cutting edges microgeometry alteration in steel drilling process SAE 4144M quenched and tempered steel with 38 HRC. The manual brushing process was used to prepare tools with rounded edges and manual filing process was used to prepare tools with chamfered edges. Several features from the machined parts were measured, such as diameter, roundness, position deviation, roughness of the obtained holes, hardness and microhardness of specimens, feed force and torque of the drilling process, assessment of type and shape of the chips from the process. The results showed that the edges preparation process increases the wear resistance of the tool and thereby increases its useful life significantly, especially for tools with rounded edges. In addition, it influences the surface integrity of the obtained hole (circularity and roughness) and the hardness of the region near the wall of the obtained hole. There was no significant difference in torque between the analyzed geometries, however the thrust force was lower for the sharpened tool without any edge preparation.

Submitted by Avital Rosa (avitalgabriel@hotmail.com) on 2018-01-23T16:54:36Z No. of bitstreams: 2 Dissertação de Mestrado_PPGCM _Aluno Avital Gabriel de Almeida Rosa.pdf: 5418816 bytes, checksum: f6f7f278fa5c0f54a96a91c4b6a87ad0 (MD5) Carta comprovante da versão final - Avital.png: 3621222 bytes, checksum: 7228740ac2bf0d70ebaad75deb22b89d (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi ( ri.bso@ufscar.br) on 2018-01-23T17:13:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação de Mestrado_PPGCM _Aluno Avital Gabriel de Almeida Rosa.pdf: 5418816 bytes, checksum: f6f7f278fa5c0f54a96a91c4b6a87ad0 (MD5) Carta comprovante da versão final - Avital.png: 3621222 bytes, checksum: 7228740ac2bf0d70ebaad75deb22b89d (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi ( ri.bso@ufscar.br) on 2018-01-23T17:13:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação de Mestrado_PPGCM _Aluno Avital Gabriel de Almeida Rosa.pdf: 5418816 bytes, checksum: f6f7f278fa5c0f54a96a91c4b6a87ad0 (MD5) Carta comprovante da versão final - Avital.png: 3621222 bytes, checksum: 7228740ac2bf0d70ebaad75deb22b89d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T17:13:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação de Mestrado_PPGCM _Aluno Avital Gabriel de Almeida Rosa.pdf: 5418816 bytes, checksum: f6f7f278fa5c0f54a96a91c4b6a87ad0 (MD5) Carta comprovante da versão final - Avital.png: 3621222 bytes, checksum: 7228740ac2bf0d70ebaad75deb22b89d (MD5) Previous issue date: 2017-11-18 / Não recebi financiamento / The three cylinder motors tend to vibrate more than the conventional four cylinder ones. In this new condition the transmission system and in particular the torsional damper of the clutch disc is subjected to sever wear and friction. The great challenge is to select new materials with low wear rate and adequate friction coefficient to attenuate this new vibration level. In this work three different candidate materials to be used as friction rings inside the torsional damper of clutch discs were tested in terms of wear resistance and friction. Two of the studied materials are currently used in the market (PA66 35 GF and NBR) in four cylinder motors and the third is currently used in clutch facing (NBR matrix composite). The materials were purchased from Schaeffler suppliers. The first step was the microstructural characterization and determination of the thermal stability of the three materials without the influence of friction. For that, the microstructure was analyzed by optical and electronic microscopy of Scanning (SEM), the amount of fibers and inorganic reinforcers was determined by burning tests and,the transition temperatures were determined by differential calorimetry. Two aging temperatures were studied 80 and 150oC. The effect of the ageing time was determined by hardness and infrared spectroscopy measurements. Among the three materials and clutch facing, they show a more stable structure in the temperature range between 80 and 150ºC. The PA66GF35 suffered changes in crystalline content and the NBR thermal degradation. The second step consisted in determining the wear characteristics of the material in bench tests with the objective of measuring the wear rate and friction coefficient of the material under extreme conditions of specific pressure and velocity (DIN50320, 1979). The results of the friction test had the following classification: NBR (0.13)> PA66GF35 (0.11)> clutch facing (0.09). Despite having a lower coefficient of friction, the clutch facing was the only material that achieved the minimum wear resistance required for the friction ring. Therefore the clutch facing is the best material for a 3 cylinder engine that requires a higher wear and thermal resistance on the clutch plate. / O motor de três cilindros tende a ter vibrações maiores que do motor de quatro cilindros. Nesta nova configuração o sistema de transmissão e, em particular, o amortecedor torcional do disco de embreagem fica sujeito a condições de desgaste e atrito mais severas. O grande desafio atual está na busca de componentes com baixo desgaste e um coeficiente de atrito adequado e que elimine os ruídos. Neste trabalho foram caracterizados os materiais utilizados na fabricação de anéis de atrito do amortecedor torcional de discos de embreagem quanto à resistência ao desgaste e atrito. Dois dos três materiais são hoje utilizados no mercado como componente de anel de atrito (PA66GF35 e elastômero NBR) em motores de quatro cilindros e o terceiro é atualmente utilizado em Lonas de embreagem. A primeira etapa consistiu na caracterização microestrutural e determinação da estabilidade térmica dos três materiais sem a influência de atrito. Para isso foram realizadas análises em microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), teste de queima para porcentagem de fibra e tratamentos de envelhecimento, seguido de análises através de calorimetria diferencial, dureza, espectroscopia no infravermelho. Dentre os três materiais a lona de embreagem mostrou ser a mais estável na faixa de temperaturas entre 80 e 150ºC. O PA66GF35 sofreu alteração de cristalinidade e o NBR endurecimento devido à degradação térmica. A segunda consistiu na determinação das características de desgaste do material em função das variáveis de influência em condições controladas de laboratório. Para isso foi realizado um teste de bancada com o objetivo de medir a taxa de desgaste e coeficiente de atrito do material em condições extremas de pressão específica e velocidade (DIN50320, 1979). Os resultados do ensaio o atrito teve a seguinte classificação: NBR (0,13) >PA66GF35 (0,11)>Lona (0,09). Apesar de ter um coeficiente de atrito menor, a Lona de embreagem foi o único material que atingiu a resistência ao desgaste mínima exigida para o anel de atrito. Portanto a Lona de embreagem é o melhor material para um motor 3 cilindros que exige uma maior resistência ao desgaste e térmica, no disco de embreagem.

Este trabalho estudou o efeito de tratamentos de gume e a interação com a aplicação de mínima quantidade de lubrirrefrigerante (MQL) sobre a integridade superficial da peça e desgaste no fresamento. A necessidade de alta produtividade das industrias aliada a alta eficiência que estas necessitam impulsionam avanços tecnológicos na área da usinagem. Processos de tratamento de gume vem para atender estas necessidades, aumentando a durabilidade e confiabilidade das ferramentas. Por outro lado, a necessidade de economia em fluidos de usinagem, sem perder em desempenho impulsiona a utilização de alternativas como o MQL. Tanto o tratamento de gume quanto a utilização de MQL na usinagem acabam impactando no processo. Estes apresentam ligação com mudanças na qualidade superficial e desgaste, como também em aspectos econômicos do processo. Com estes pontos em vista foram realizados ensaios experimentais utilizando fresas tratadas pelo método de acabamento por arraste e polimento com cerdas abrasivas. Os experimentos também avaliaram a aplicação de MQL com e sem aditivos de extrema pressão. Os ensaios consistiram em gerar superfícies, retratando diferentes estágios de vida da ferramenta. Foram realizadas, nas ferramentas, análises da rugosidade, textura e características dimensionais das ferramentas após os tratamentos. A textura e a rugosidade na seça foram analisadas em diferentes estágios da vida da ferramenta. Por fim, deformações plásticas e dureza por micro endentação no corpo de prova foram medidas para um estágio intermediário da vida da ferramenta. Os resultados apontam que os tratamentos resultam em características distintas na ferramenta. Tanto os tratamentos como a aplicação de MQL apresentaram influência significativa sobre a textura, rugosidade e camada afetada, assim como sobre o desgaste. As ferramentas que passaram pelo polimento apresentaram boa estabilidade quanto utilizadas com MQL, alcançando um comprimento usinado até 20% superior em comparação com as ferramentas originais usinando a seco. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-12-20T12:29:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Charles Antonio Ost.pdf: 5298297 bytes, checksum: 152d7447d3ca8992ccc6b52a890c12bc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-20T12:29:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Charles Antonio Ost.pdf: 5298297 bytes, checksum: 152d7447d3ca8992ccc6b52a890c12bc (MD5) Previous issue date: 2016-12-20 / Bolsa Empresa, BE. / This work studied the effect of edge preparation and its interaction with minimum quantity of lubricant (MQL) application over the surface integrity of the workpiece and wear in milling. The necessity of high productivity of the industry allied with high efficiency that they need drives technological advances in the machining area. Edge preparation processes come to attend those needs, increasing the durability and reliability of the tools. Moreover, the necessity for economy in metalworking fluids, without losing in performance impels the use of alternatives such as MQL. Both the edge preparation and the use of MQL in machining end up impacting the process. These have connection with changes in surface quality and wear, as well as on economic aspects of the process. In regarding of this, experimental tests were conducted by using tools treated with drag finishing and polishing with abrasive brushes. The experiments also evaluated the use of MQL with and without extreme pressure additives. The tests consisted in generating surfaces, picturing different stages of the tools life. Roughness analysis, texture and dimensional measurements of the tools were performed after treatment. Texture and roughness on the workpiece were analyzed at different stages of the tool life. Finally, microhardness and plastic deformation were measured on the workpiece for an intermediate stage of tool life. The results show that the treatments result in different characteristics on the tool. Both treatments as the application of MQL have significant effect on the texture, roughness and affected layer as well as on the wear. The tools that went trough polishing presented good stability when used with MQL, reaching a machining length up to 20% higher in comparison with the original tools in dry milling.

Com a tendência de regulamentações cada vez mais restritas para emissão de gases poluentes em veículos automotores, a utilização de sistemas de pós-tratamento dos gases de exaustão tem se intensificado. Um dos sistemas utilizados para redução dos níveis de emissão de NOx é o sistema de recirculação de gases de exaustão (EGR). Porém, o uso do EGR provoca uma alta formação de material particulado (fuligem), onde parte é direcionada para a câmera de combustão, contaminando o lubrificante e intensificando os mecanismos de desgaste. Vários estudos têm sido desenvolvidos para compreender estes efeitos e, embora se verifique um consenso nos resultados mais recentes, ainda existem várias hipóteses contraditórias e inconclusivas. Para avaliar a influência da contaminação por fuligem, uma bancada experimental foi desenvolvida e um motor diesel com taxas de 0%, 20%, 35% e 45% de EGR foi ensaiado. Verificações da influência do EGR nas características do motor, análises de óleo, verificações na variação de massa e nas dimensões dos anéis e camisa do motor e análises de rugosidade das superfícies em contato foram realizadas. Para observar os mecanismos de desgaste atuantes e a formação de filmes antidesgaste, utilizou-se o MEV/EDS. Através dos resultados, verificou-se que o aumento da taxa de recirculação aumenta a formação de fuligem e, que o aumento da temperatura dos gases recirculados, aumenta significativamente a concentração de fuligem no lubrificante. Foram observados mecanismos abrasivos nas superfícies em contato e a condição com a maior concentração de fuligem apresentou também indícios de desgaste por deslizamento. Ao longo dos ensaios, através da análise do lubrificante, observou-se certa influência da fuligem no consumo de metais de adição relacionados aos aditivos antidesgaste. Ademais, por meio das análises de EDS, baixas concentrações de elementos característicos de aditivos antidesgaste foram encontradas ao longo da superfície de contato, suportando assim a hipótese da influência das partículas de fuligem na formação de filmes antidesgaste. Como recomendações para trabalhos futuros, sugere-se a avaliação do efeito competitivo entre as partículas de fuligem e os aditivos na formação de filmes na superfície. / With the increasing trend of stricter regulations related to engine vehicle emissions, the usage of after-treatment systems for the exhaust gases has been intensified. One of the systems used in order to reduce the NOx emission levels is the exhaust gas recirculation system (EGR). However, the EGR usage causes a high formation of particulate matter (soot), which is partly directed to the combustion camera, leading to lubricant contamination and intensifying the wear mechanisms. Several studies have been developed to understand these effects and, although there is a consensus on the most recent results, there are still several contradictory and inconclusive results. To evaluate the influence of soot contamination, a test bench was developed and a diesel engine with EGR rates of 0%, 20%, 35% and 45% was tested. Evaluation of EGR influence on the engine characteristics, oil analysis, weight loss, dimensional changes of the piston rings and the cylinder liner and the roughness of the contact surfaces were evaluated. To observe the wear mechanisms and the formation of anti-wear films, SEM / EDS was used. From the results obtained, it could be seen that increasing the exhaust gas recirculation rate the formation of soot also increases. Additionally, it was found that the temperature increase of the recirculation gases significantly increased the concentration of soot in the lubricant. It was also found several indications of abrasive wear on the contact surfaces and, sliding wear was also observed for the test condition with the highest concentration of soot in the lubricant. Oil analysis, indicated a certain soot influence in the consumption of anti- wear additives along the tests. In addition, EDS analysis showed a small concentration of elements related to anti-wear films along the contact surface, thus supporting the hypothesis of soot particles influencing the formation of anti-wear films. As a recommendation for future work, it is suggested to evaluate the competitive effect between soot particles and additives in the formation of films on the surface.

Os processos de furação são largamente utilizados na indústria metal mecânica, envolvendo grande complexidade para profundidades maiores que cinco vezes o diâmetro. Para estes casos é necessário o emprego de máquinas, ferramentas especiais e fluidos lubri-refrigerantes pressurizados, com propriedades que atendam as solicitações severas do corte e auxiliem no transporte e remoção dos cavacos durante o processo. Esta complexidade aumenta os custos do processo, o impacto ambiental e os riscos a saúde do operador. O propósito deste estudo é analisar o processo de furação profunda com broca helicoidal de metal-duro revestida, em profundidades de até 24 vezes o diâmetro, no aço SAE 4144M, forjado e temperado com 39 HRC de dureza, utilizando o sistema lubri-refrigerante de Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL). O estudo compara os processos com sistemas lubri-refrigerante convencional e sistema MQL, com a análise da influência no desgaste das brocas, revestidas com TiAlN e AlCrN-based. O sistema lubri-refrigerante convencional ou jorro de óleo, utiliza fluido integral de base mineral pressurizado a 50 bar, enquanto o sistema MQL utiliza fluido lubri-refrigerante sintético a 10 bar de pressão. A formulação dos experimentos é dada por “design of experiment” (DOE), considerando as variáveis: velocidade de corte, avanço, temperatura da peça e a forma do cavaco. Constatou-se que o desgaste da broca utilizando MQL, foi menor do que no processo convencional, devido ao fato da temperatura de corte ser maior, porém estável. Com a escolha adequada dos parâmetros de corte através do método, o revestimento AlCrN-based apresentou menor desgaste e adesão, devido a resistência em usinagens com altas temperaturas. / The drilling processes are widely used in the metalworking industry and involve high complexity when happen in depths more than five times the diameter. For these cases it is necessary to use special machines and tools, and pressurized fluids to enhance chip removal, with cooling and lubricating properties that meet stringent requirements. This complexity adds costs to the process, Increases the environmental impact and the health risks for the operator. The purpose of this study is to evaluate the deep hole drilling process (up to 24 diameters) using a twist drill coated (carbide system), the material is SAE 4144M steel forged and tempered hardness of 39 HRC, using system Minimum Quantity Lubrication (MQL). The study compares conventional processes and MQL, with the analysis of the influence on the wear of drills coated with TiAlN and AlCrN-based. The conventional coolant uses mineral based oil integral pressurized to 50 bar, while the MQL system, using synthetic oil at 10 bar pressure. The formulation of the experiments is given by “design of experiment” (DOE), considering the variables: cutting speed, feed rate wear, temperature of the work piece and chip form. It was found that the life of the drill in MQL process was higher than that in the conventional process, due to the fact that the temperature of the cut is, more stable, although higher. With the appropriate choice of cutting parameters by the method, the AlCrN-based coating showed less wear and adhesion due to resistant to high temperatures.

Este trabalho estudou o efeito de tratamentos de gume e a interação com a aplicação de mínima quantidade de lubrirrefrigerante (MQL) sobre a integridade superficial da peça e desgaste no fresamento. A necessidade de alta produtividade das industrias aliada a alta eficiência que estas necessitam impulsionam avanços tecnológicos na área da usinagem. Processos de tratamento de gume vem para atender estas necessidades, aumentando a durabilidade e confiabilidade das ferramentas. Por outro lado, a necessidade de economia em fluidos de usinagem, sem perder em desempenho impulsiona a utilização de alternativas como o MQL. Tanto o tratamento de gume quanto a utilização de MQL na usinagem acabam impactando no processo. Estes apresentam ligação com mudanças na qualidade superficial e desgaste, como também em aspectos econômicos do processo. Com estes pontos em vista foram realizados ensaios experimentais utilizando fresas tratadas pelo método de acabamento por arraste e polimento com cerdas abrasivas. Os experimentos também avaliaram a aplicação de MQL com e sem aditivos de extrema pressão. Os ensaios consistiram em gerar superfícies, retratando diferentes estágios de vida da ferramenta. Foram realizadas, nas ferramentas, análises da rugosidade, textura e características dimensionais das ferramentas após os tratamentos. A textura e a rugosidade na seça foram analisadas em diferentes estágios da vida da ferramenta. Por fim, deformações plásticas e dureza por micro endentação no corpo de prova foram medidas para um estágio intermediário da vida da ferramenta. Os resultados apontam que os tratamentos resultam em características distintas na ferramenta. Tanto os tratamentos como a aplicação de MQL apresentaram influência significativa sobre a textura, rugosidade e camada afetada, assim como sobre o desgaste. As ferramentas que passaram pelo polimento apresentaram boa estabilidade quanto utilizadas com MQL, alcançando um comprimento usinado até 20% superior em comparação com as ferramentas originais usinando a seco. / Bolsa Empresa, BE. / This work studied the effect of edge preparation and its interaction with minimum quantity of lubricant (MQL) application over the surface integrity of the workpiece and wear in milling. The necessity of high productivity of the industry allied with high efficiency that they need drives technological advances in the machining area. Edge preparation processes come to attend those needs, increasing the durability and reliability of the tools. Moreover, the necessity for economy in metalworking fluids, without losing in performance impels the use of alternatives such as MQL. Both the edge preparation and the use of MQL in machining end up impacting the process. These have connection with changes in surface quality and wear, as well as on economic aspects of the process. In regarding of this, experimental tests were conducted by using tools treated with drag finishing and polishing with abrasive brushes. The experiments also evaluated the use of MQL with and without extreme pressure additives. The tests consisted in generating surfaces, picturing different stages of the tools life. Roughness analysis, texture and dimensional measurements of the tools were performed after treatment. Texture and roughness on the workpiece were analyzed at different stages of the tool life. Finally, microhardness and plastic deformation were measured on the workpiece for an intermediate stage of tool life. The results show that the treatments result in different characteristics on the tool. Both treatments as the application of MQL have significant effect on the texture, roughness and affected layer as well as on the wear. The tools that went trough polishing presented good stability when used with MQL, reaching a machining length up to 20% higher in comparison with the original tools in dry milling.

Silicon nitride on steel sliding contacts may provide advantageous tribological properties over traditional self-mated pairs, however the friction and wear behavior at high sliding speeds (>1 m/s) is not well understood. Previous studies at low sliding speeds (< 1 m/s) have found that the wear mechanisms change as a function of the operating parameters, e.g. atmosphere, sliding speed, load, and temperature, due to the formation of transition metal oxides such as Fe2O3 and Fe3O4. This study detected transient effects of the dry silicon nitride on steel contact over a range of sliding speeds to understand their relation to tribochemical reactions and the resulting tribological behavior. Two sets of dry silicon nitride on steel experiments were conducted at 1.45 GPa maximum Hertzian pressure. The first set were low sliding speed reciprocating experiments, conducted at an average of 0.06 m/s, conducted at variable operating temperature, ranging from 23 °C to 1000 °C. In the low sliding speed experiments, transitions of the wear mechanism from adhesive wear, to abrasive wear, then to oxidative wear was observed when the operating temperature increased. The second set were high sliding speed experiments, conducted at variable sliding speeds, ranging from 1 m/s to 16 m/s. In the high sliding speed experiments, a transition from adhesive wear to oxidative wear was observed when the sliding speed surpassed 4.5 m/s. The high sliding speed experiments were accompanied by in-situ instrumentation which detected the presence of a tribofilm which correlated to a reduction in friction, and its formation was linked to tribochemical reactions induced by high flash temperatures. Both sets of experiments had a maximum estimated contact temperature of 1000 °C where oxidative wear was prevalent. Although, the low sliding speed experiments underwent severe bulk oxidation and thermal softening effects, while the high sliding speed experiments experienced localized flash heating events with temperatures sufficient to form a semi-coherent tribofilm that was lubricious and significantly improved wear resistance. Therefore, the effects of transition metal oxides in sliding contacts are determined to be significantly influenced on their mechanisms of formation and interrelated to the operating parameters as found for dry sliding silicon nitride on steel contacts.