Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T21:04:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antonialli_ArmandoItaloSette_M.pdf: 4713382 bytes, checksum: def6e55af0d1c4dc5c508bbe6440464c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: As ligas de titânio apresentam baixa usinabilidade devido à reduzida condutividade térmica, à manutenção de suas propriedades mecânicas em altas temperaturas, à elevada afinidade química com os materiais de ferramentas e ao baixo módulo de elasticidade. Esta última característica promove instabilidade da espessura de corte, o que se traduz em altos níveis de vibração, especialmente em processos de usinagem caracterizados por corte interrompido. Este trabalho trata da otimização do fresamento frontal da liga de titânio Ti-6Al-4V a partir da minimização da vibração da ferramenta através de variações do ângulo de posição da ferramenta e do ângulo de contato entre o inserto e o corpo de prova. Os resultados mostram que a utilização de um ângulo de posição reduzido prolonga a vida da ferramenta por associar a maior parte do carregamento radial a freqüências muito baixas, nas quais a ferramenta se comporta como um corpo rígido. O emprego de um ângulo de contato reduzido, por outro lado, é extremamente danoso à vida da ferramenta, pois a entrada do inserto no corpo de prova se dá em condições adversas. Attrition seguido de microlascamentos da aresta, nas condições em que houve vibração excessiva ou intenso choque na entrada do inserto, e difusão, nas condições dinamicamente mais estáveis, foram os principais mecanismos de desgaste de ferramenta verificados neste trabalho / Abstract: Titanium alloys present poor machinability because of their low thermal conductivity, their ability to keep good mechanical properties at high temperatures, their high chemical affinity to tool materials and their low Young modulus. This last characteristic generates instabilities of cutting thickness, which means high vibration levels, especially in machining processes involving interrupted cutting. This work studies Ti-6Al-4V titanium alloy face milling optimization by tool vibration reduction using different tool entering angles and different radial immersion angles between tool and workpiece. Results show that using low entering angle do extends tool life due to associating most radial load with very low frequencies, in which tool behaves like a rigid body. On the other hand, using low radial immersion angle extremely impairs tool life, as tool insert enters the workpiece on adverse conditions. Attrition followed by cutting edge microchipping, on experiments in which high vibration levels or intense shock on tool insert enter where found, and diffusion, on experiments dynamically more stable, were the main tool wear mechanisms observed in this work / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T18:33:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguiar_MarceloMendesde_M.pdf: 3795090 bytes, checksum: a76ee2a93e8e7595881459d7a6d71b50 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Normalmente, a utilização de aços ferramenta endurecidos, juntamente com as formas complexas típicas das peças utilizadas na área de moldes e matrizes, oferecem dificuldade na usinagem por fresamento, principalmente nas operações de acabamento que exijam o uso de ferramentas longas. A técnica de fresamento HSM (High Speed Machining - usinagem em altas velocidades, ou ainda High Speed Milling - fresamento em altas velocidades) tem se tornado uma alternativa para realizar este tipo de usinagem, reduzindo, ou às vezes até eliminando operações de eletro-erosão e polimento. Tipicamente, as fresas de pastilhas de metal duro intercambiáveis tem sido usadas em operações de desbaste e semi-acabamento, enquanto nas operações de acabamento ou em usinagem de geometrias que exijam ferramentas com pequenos diâmetros ainda predomina o uso de fresas inteiriças. O objetivo principal deste estudo é avaliar a influência de cinco variáveis de processo de fresamento com alta velocidade de corte, sobre o acabamento da superfície usinada. A influência do desgaste das ferramentas sobre o acabamento superficial, ao longo de 400 minutos de usinagem, também foi avaliado, além de uma comparação entre ferramentas inteiriças de metal duro e ferramentas de pastilha intercambiável montada em corpo de metal duro, a fim de avaliar a viabilidade técnica do uso deste segundo tipo de ferramenta, em substituição às tradicionais fresas inteiriças utilizadas em operações de acabamento. Na maioria dos experimentos realizados, pequenos valores de rugosidade foram mantidos, demonstrando que operações de acabamento em aço ABNT H13 IM com dureza de 50 HRC é possível com vida longa de ferramenta, mesmo utilizando-se valor de 500 m/min para velocidade de corte. Além disto, a análise da influência das variáveis de processo utilizadas neste trabalho mostrou que é possível, sob algumas condições, utilizar tanto ferramentas inteiriças, quanto de pastilha intercambiável montada em corpo de metal duro em operações de acabamento / Abstract: Typically, the use of hardened tool steels, along with complex shapes typical of the parts used in the field of molds and dies, offer difficulty in machining by milling, mainly in finishing operations that demand the use of long tool. The HSM (High Speed Machining or High Speed Milling) has become a possible alternative for making this type of machining, reducing, or sometimes eliminating electric discharge machining and polishing operations. Usually, indexable carbide insert mills has been used for roughing and semi-finishing, while in finishing operations or when the machining geometries that require tools with small diameters the integral tools are used yet. The main objective of this study is to evaluate the influence of five process variables, with high cutting speed, on the finish of the machined surface. The influence of tool wear on surface finish through 400 minutes of milling was also evaluated, as well as a comparison between integral carbide mills and indexable insert mounted at cemented carbide toolholder endmills, in order to evaluate the technical feasibility of using this second type of tool, replacing the traditional integral carbide endmills used in finishing operations. In most experiments, small roughness values were maintained, showing that finishing operations on AISI H13 IM with a hardness of 50 HRC is possible with long tool life, even using the cutting speed of 500 m/min. Furthermore, the analysis of the influence of process variables used in this study showed that is possible, under some conditions, the use either integral carbide tools, or indexable insert mounted at cemented carbide toolholder endmills on finishing operations / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:55:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KullNeto_Henrique_M.pdf: 6161142 bytes, checksum: 4f755b77cb291982660eff8091931b82 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O titânio e suas ligas são considerados materiais de baixa usinabilidade devido a diversas propriedades inerentes ao material. Dentre elas pode-se citar a alta resistência mecânica em altas temperaturas, a baixa condutividade térmica, a alta reatividade química com os materiais de ferramentas e o baixo módulo de elasticidade (que é um fator incentivador de vibrações). Devido à alta tendência à vibração que a usinagem (principalmente o fresamento) de titânio tem para se usinar da maneira mais produtiva possível ligas de titânio, há que se lidar com a vibração da ferramenta e/ou da peça. O presente trabalho busca aprofundar o estudo do fresamento frontal da liga Ti-6Al-4V, tendo como objetivos: encontrar material de haste da ferramenta que diminua a vibração no processo de usinagem, para com isso aumentar a vida da ferramenta de corte, e encontrar condições de usinagem (velocidade de corte e avanço por dente) que proporcionem maior vida da ferramenta. As hastes de aço furada e preenchida com poliuretano proporcionaram aumento da frequência natural do porta-ferramentas. Entretanto, foi verificada uma redução da rigidez do porta-ferramentas, que gerou grande variação dos esforços de corte e maior carregamento radial. Os resultados mostraram que quando se utiliza baixas rotações, portanto baixa frequência de entrada de dentes, a deflexão da ferramenta passa a ser o fator de maior contribuição para o fim de vida da ferramenta e, portanto, as hastes de aço furada e preenchida com poliuretano proporcionaram menores vidas da ferramenta que as hastes comerciais de aço maciça e de metal duro. O principal mecanismo de desgaste verificado em todos os testes foi o attrition, com microlascamento da aresta de corte. Quando se verificou a influência da velocidade de corte, do avanço por dente e do material da haste da fresa (aço ou metal duro) na vida da fresa medida em volume de cavaco removido por aresta, constatou-se que o único parâmetro que influenciou a vida da ferramenta foi à velocidade de corte / Abstract: Titanium and its alloys are known as difficult to machine materials because of their unique combination of properties, such as high strength at elevated temperatures, low thermal conductivity, high chemical reactivity with almost all tool materials and low modulus of elasticity (which favors vibration). Because of the high tendency of vibration in titanium milling, it is necessary to keep vibration under control in order to achieve high productivity. This work focused on the study of tool life, cutting forces and work piece roughness in the end milling of Ti-6Al-4V alloy. The main objectives were to find a tool holder material that provides reduction of vibration in the milling process, increasing tool life, and to find cutting parameters (cutting speed and feed per tooth) that provide longer tool lives. The bored tool holder and the tool holder filled with polyurethane exhibited higher natural frequency. However, it was noticed a decrease in the tool holder stiffness, which caused variation of cutting force and higher axial load. Results showed that at low cutting speeds (with low cutting frequency), tool holder deflection is the main factor affecting tool life and, therefore, the bored and the polyurethane filled tool holders generated shorter tool lives than the commercial tool holders of steel and cemented carbide. Attrition was the main wear mechanism in all tests. The influence of cutting speed, feed per tooth and tool holder material (steel and cemented carbide) on the tool life (measured in terms of volume of chip removed per cutting edge) was analyzed. It could be seen that the only parameter which had any influence on tool life was the cutting speed / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The chip formation is influenced by several cut parameters which also affect the forces, tensions, powers and temperatures generated during the machining process. Although they have been studied for more than 100 years, still today, the involved mechanisms of deformation are not totally know, due to the fact that the chip formation involves high temperatures and high levels of deformation. This research aims at studying the basic process of chip formation, as well as the influence of the main cut parameters such as cutting speed, feed rate, cutting fluid, tool coating and machined material, besides determining the force of residual cut for ABNT 1045 steel. The inquiry was based on the classification of the chips concerning their type and form, thicknesses values, shear angles, stresses degree and in the monitoring of the cutting forces. Micrographs and measurement of the chips microhardness were made in order to achieve a detailed structural analysis. The results found have shown that the parameters and analyzed conditions really influenced the formation of the chips, being the feed rate more significant than the cutting speed. The tool coating and the cutting fluid had a great influence on the chip formation as well as on the cutting forces during the machining of ABNT 1045 steel and nodular casting iron. The residual cutting force for the ABNT 1045 steel varied between 45 N and 52N. / A formação do cavaco é influenciada por vários parâmetros de corte que afetam também as forças, tensões, potências e temperaturas geradas durante a usinagem. Apesar de ser estudado a mais de 100 anos, ainda hoje os mecanismos de deformação envolvidos não são totalmente conhecidos. Isto se deve ao fato da formação do cavaco envolver grandes temperaturas e altíssimas taxas de deformação. Este trabalho pretende estudar o processo básico de formação do cavaco bem como a influência dos principais parâmetros de corte, tais como velocidade de corte, avanço, fluído de corte , revestimento da ferramenta e material usinado, além de determinar a força de corte residual para o aço ABNT 1045. A investigação foi baseada na classificação dos cavacos quanto ao seu tipo e forma, valores das espessuras, dos ângulos de cisalhamento, grau de recalque e no monitoramento das forças de corte. Foram feitas micrografias e medição da microdureza dos cavacos para uma análise estrutural mais detalhada. Os resultados encontrados através dos experimentos mostraram que os parâmetros e condições analisadas realmente influenciam na formação dos cavacos, sendo que o avanço foi mais significativo que a velocidade. O revestimento e o fluído tiveram grande influência tanto na formação do cavaco como nas forças de corte durante a usinagem do aço ABNT 1045 e do ferro fundido nodular. A força de corte residual para o aço ABNT 1045 variou entre 45 N e 52N. / Mestre em Engenharia Mecânica

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.

Este trabalho tem como objetivo analisar as vibrações no processo de torneamento interno utilizando um porta ferramentas com a relação comprimento/diâmetro alta. Ferramentas com alto comprimento em balanço são susceptíveis a ocorrência de vibrações regenerativas durante a usinagem, alterando a estabilidade dinâmica do processo e gerando um acabamento superficial indesejado. Testes realizados para a obtenção de dados foram feitos utilizando equipamentos de medição como microfone e plataforma para medição das forças. A proposta foi de analisar a influência de parâmetros de usinagem como rotação e profundidade de corte na estabilidade dinâmica do processo de torneamento interno da liga de alumínio 6351-T6. Para isso utilizou-se os dados gerados na elaboração de uma carta de estabilidade do processo. Simultaneamente efetuou-se as simulações no software Matlab utilizando um modelo pré-estabelecido e comparando com os resultados experimentais obtidos. Para a análise dos dados coletados pelo microfone utilizou-se uma placa de aquisição de sinais, um microcomputador e um software para análise, o ITA-Toolbox. Baixas velocidades de corte propiciam maiores profundidades de corte limite devido ao efeito de amortecimento. Os resultados mostraram que este fenômeno começa a ser significativo quando a relação entre a frequência de vibração e a frequência de rotação é de aproximadamente 30 e aumenta consideravelmente para uma relação de 60. Os resultados também mostraram que para profundidades de corte abaixo do raio de ponta da ferramenta tem-se cortes instáveis porém de acordo com os modelos existentes na literatura, para um valor suficientemente abaixo da profundidade de corte o processo é sempre estável. / This work aims to analyze the vibrations in the boring process using a tool holder with high overhang. Tools with high overhang are susceptible to the occurrence of regenerative vibrations during machining, altering the dynamic stability of the process and generating an undesired surface finish. Tests performed to obtain data were made using measuring equipment such as microphone and platform for measuring forces. The proposal was to analyze the influence of machining parameters such as cutting speed and depth of cut in the dynamic stability of the aluminium alloy 6351-T6 boring process. For this purpose, the data generated in the process stability chart was used. Simulations were performed in the Matlab software using a previous model and compared with the experimental results. For the analysis of the data collected were used a microphone, a signal acquisition board, a microcomputer and a software for analysis, the ITA-Toolbox .In the end, the results showed that the depth of cut and the cutting speed have great influence on the vibration and on the stability of the boring process. Low cutting speeds provide greater cut depth of cut due to the damping effect. The results showed that this phenomenon begins to be significant when the relation between the frequency of vibration and the frequency of rotation is of approximately 30 and increases considerably to a ratio of 60. The results also showed that for depths of cut below the tool nose radius has unstable cuts but according to the models in the literature, for a value sufficiently below the depth of cut the process is always stable.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work proposes a methodology to obtain the transient cutting tool temperature. The physical phenomenon is treated by a three-dimensional analysis. The inverse heat conduction technique is proposed to estimate the generated heat flux on the rake face of the tool. This technique is based on conjugate gradient method with adjoint equation. The machining process is instrumented with thermocouples at the bottom face of the tool, opposite to its main rake face. The signals are automatically received and processed using a data acquisition system and a PC-Pentium. The direct solution is numerically solved using finite volumes method with the heat flux estimated. The experimental data are processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux estimation in machining processes. Experimental temperatures are obtained during several cutting tests using cemented carbide and ceramic tools. The influence of the cutting parameters on the temperature distribution is verified. An error analysis of the results is also presented. / O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para a obtenção da distribuição da temperatura na superfície de corte da ferramenta em um processo de usinagem por torneamento. Nesse sentido, o problema térmico de usinagem é caracterizado de maneira bem realista através de uma abordagem tridimensional. Para a obtenção dos campos térmicos na região de corte propõe-se o uso de técnicas de problemas inversos em condução de calor. Assim, a solução do problema térmico é obtida em duas etapas: solução inversa e solução direta. A solução inversa baseia-se no método do gradiente conjugado e da equação adjunta para a estimar o fluxo de calor gerado na região de corte que flui para a ferramenta. Nesse caso, são usados termopares soldados na face oposta da ferramenta que fornecem a informação necessária para que a solução inversa consiga estimar o fluxo de calor. Com a obtenção do fluxo de calor que flui para a ferramenta utiliza-se a solução direta do problema térmico para o cálculo da temperatura na região de corte. A implementação computacional da solução inversa e da solução direta é apresentada sob a forma de um programa de computador intitulado GRAD3D 1.0. Nesse programa, além da solução proposta para o problema térmico de usinagem é possível simular numericamente problemas térmicos correlatos. Testes experimentais unidimensionais e tridimensionais com condições controladas são apresentados para a validação do algoritmo computacional. Nos testes experimentais de usinagem, a aplicabilidade da técnica proposta é avaliada para o processo de usinagem por torneamento de uma barra de ferro fundido cinzento usando-se ferramentas de metal duro (WC) e de cerâmica (Si3N4). Apresenta-se ainda uma análise dos erros que podem estar presentes nos resultados obtidos. / Doutor em Engenharia Mecânica