Thesis (Ph.D)--Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009. / Committee Chair: Dr. Farrokh Ayazi; Committee Co-Chair: Dr. F. Levant Degertekin; Committee Member: Dr. Paul Kohl; Committee Member: Dr. Peter Hesketh; Committee Member: Dr. Suresh K. Sitaraman. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

Thesis (M. S.)--Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2006. / Zhou, Min, Committee Member ; Melkote,Shreyes, Committee Member ; Liang, Steven, Committee Chair.

Thesis (Ph.D.)--McMaster University, 2004. / Advisor: Dr. Harold K. Haugen. Includes bibliographical references (p. 108-111). Also available via World Wide Web.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-06-22Bitstream added on 2014-06-13T19:35:04Z : No. of bitstreams: 1 moreira_srs_me_ilha.pdf: 3163695 bytes, checksum: 5cd6c43581515e81bdadb45006254379 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A microusinagem produz microcomponentes especialmente para as áreas microeletrônica, médica e aeroespacial, e encontra-se em contínua evolução com o surgimento de materiais com propriedades melhoradas, ferramentas de dimensões reduzidas e máquinas mais rígidas e precisas, porém o estudo da integridade superficial das peças, visando aprimorar o desempenho dos componentes miniaturizados, ainda é um campo de pesquisa incipiente. Este trabalho objetivou correlacionar os principais indicadores de integridade superficial à energia específica de corte no micro e macrofresamento de canais usinados no aço ABNT 1045. Foi determinada a influência do avanço por dente (f z) e da profundidade de usinagem (ap) na energia específica de corte, microdureza, microestrutura, temperatura de corte, formação de rebarbas e rugosidade da peça. Os ensaios foram conduzidos sem aplicação de fluido lubrirrefrigerante em um centro de usinagem CNC Hermle C800U, adotando simultaneamente corte concordante e discordante. Utilizou-se fresas de carbeto de tungstênio revestidas de TiNAl, 0,8 e 2,0 mm com duas arestas, aplicadas em micro e macrofresamento, respectivamente. Análise de Variância (ANOVA) foi empregada para a determinação de significâncias dos fatores de controle nas variáveis de resposta. Os resultados revelaram que a integridade superficial decorrente do microfresamento, mesmo com parâmetros de corte brandos, é mais afetada se comparada à do macrofresamento, pois, em média, a energia específica de corte foi superior 75%, a microdureza superficial 75%, a camada encruada 5x, a deformação microestrutural 60%, a temperatura de corte 3x e o tamanho da rebarda alcançou a largura do microcanal para avanços por dente inferiores a 1/3 do raio de aresta da ferramenta. Apenas a rugosidade diminuiu em média 16%, porém qualitativamente apresentou... / Micromachining produces microcomponents mainly for areas such as microelectronics, medical and aerospace, and it is continually evolving due to the release of new materials with improved properties, tools with reduced dimensions and machines more rigid and accurate, wherefore studies relating surface integrity of workpieces aiming at improving the performance of miniaturized components are still an incipient field of research. This research correlated the main surface integrity indicators to the specific cutting energy in the micro and macromilling of channels machined in ABNT 1045 steel. The effects of feed per tooth (f z) and depth of cut (ap) upon the specific cutting energy, microhardness, microstructure, cutting temperature, burr formation and workpiece roughness were determined. The experiments were carried out without coolant in a CNC machining center Hermle C800U by adopting simultaneously up and downmilling. 0.8 and 2.0 mm diameter endmills with two flutes, coated with TiNAl were used in tests for micro and macromilling, respectively. Analysis of Variance (ANOVA) allowed determining statistical significances of control factors on the response variables. The results revealed that surface integrity from micromilling, even with gentle cutting parameters, is more affected when comparing to that from macromilling, since specific cutting energy was superior on average 75%, surface microhardness 75%, work hardened layer 5 times, microstructure deformation 60%, cutting temperature 3 times and burr size reached the microchannel width for feeds per tooth lower than a third of tool edge radius. Only roughness reduced around 16%, but qualitatively caused microcracks, cavities and delamination. It is concluded that the choose appropriate of machining parameters concerning tool edge radius in micromachining is... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-04-18Bitstream added on 2014-06-13T19:55:31Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_fb_me_ilha_prot.pdf: 4446565 bytes, checksum: 34ba40059b027acce317d34da9fa772c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A miniaturização de componentes demanda a produção de peças com dimensões na escala micrométrica. A microusinagem mecânica, realizada através do corte, é uma boa alternativa quando se deseja criar estes componentes, mas com a diminuição da escala de usinagem, o corte pode ocorrer com um ângulo de saída altamente negativo e uma pequena variação na espessura de cavaco não deformado pode influenciar o processo de corte e a formação do cavaco, gerando o efeito de escala. Este trabalho determinou o efeito do avanço por dente (fz) e da profundidade de usinagem (ap) na microdureza e energia específica de corte, a fim de avaliar o efeito de escala sob o aspecto do material da peça e da geometria da ferramenta (raio de aresta re) no microfresamento de topo do aço ABNT 1045. Análises de rugosidade e formação de cavaco auxiliaram os resultados principais. Os ensaios foram conduzidos em um centro de usinagem CNC Hermle C800U, adotando simultaneamente corte concordante/discordante e sem aplicação de fluido lubrirrefrigerante. Utilizou-se fresas de carbeto de tungstênio revestidas de TiAlN, ∅ 0,8 e 2,0 mm duas arestas, aplicadas em micro e macrofresamento, respectivamente. Análise de Variância (ANOVA) foi empregada na análise estatística para a determinação de significâncias dos fatores de controle nas variáveis de resposta. Sob o enfoque do material da peça, os resultados apontaram que o fresamento em microescala gerou maior efeito de escala, pois alcançou maior dureza superficial e camada encruada quando comparada ao macrofresamento. Entretanto, não houve diferenças significativas entre as condições de usinagem ou parâmetros de corte para ambas as escalas. A energia específica de corte mostrou-se fortemente dependente dos parâmetros de corte e das condições de usinagem, sobretudo na usinagem... / The miniaturization of components requires the production of parts with dimensions in the micrometer scale. The mechanical micromachining, performed by cutting, is a good alternative when it is desired to create these components, but with the reduction of the scale of machining, cutting may occur with a highly negative rake angle and a small variation in undeformed chip thickness can influence the cutting process and the chip formation, creating the size effect. This research quantified the influence of feed per tooth (fz) and depth of cut (ap) on microhardness and specific cutting energy aiming at evaluating the size effect under aspect of the workpiece material and tool geometry (edge radius re) on micromilling of ABNT 1045 steel. Analyses of workpiece roughness and chip formation aided to understand the main results. The experiments were carried out in a CNC machining center Hermle C800U by adopting simultaneously up/downmilling and no coolant application. 0.8 and 2.0 mm diameter endmills (two flutes) coated with TiAlN were used in tests for micro and macromilling, respectively. Analysis of Variance (ANOVA) allowed determining statistical significances of control factors on response variables. Under the standpoint of workpiece material, the results indicated that the microscale milling caused more size effect than macromilling because reached higher surface microhardness and hardened layer beneath machined workpiece. However neither milling conditions nor cutting parameters presented significant differences for both the machining scales. The specific cutting energy depended on strongly cutting parameters and milling conditions mainly in microscale machining. The feed per tooth and depth of cut presented correlation inversely proportional to the specific cutting energy with statistical prevalence of the first over the second. The values... (Complete abstract click electronic access below)

Graphene is a single hexagonal atomic carbon layer. Since its discovery, graphene is emerging as an exciting and promising new material to impact various areas of fundamental research and technology. It has potentially useful electrical properties for device applications such as graphene photodetectors and graphene-based sensors. This thesis focuses on the femtosecond laser processing of graphene from both scientific and industrial points of view. Started from the manufacturing process, a new manufacturing route for graphene devices based on a femtosecond laser system is explored. In this thesis, the graphene ablation threshold was determined in the range of 100 mJ/cm2. In this deposited fluence range, selective removal of graphene was achieved using femtosecond laser processing with little damage to the SiO2 /Si substrate. This finding supports the feasibility of direct patterning of graphene for silicon-substrate field effect transistors (FETs) as the gate dielectric, silicon dioxide is only negligibly removed (2~10 nm) and no damage occurs to the silicon. Beyond the selective removal of graphene, the effects of exposing femtosecond laser pulses on a monolayer of graphene deposited on a SiO2/Si substrate is also studied under subthreshold irradiation conditions. It has been demonstrated that a femtosecond laser can induce defects on exposure. The dependence of the D, G, and 2D Raman spectrum lines on various laser pulse energies was evaluated using Raman Spectroscopy. The I (D)/I (G) ratio was seen to increase with increasing laser energy. The increase in the D’ (intravalley phonon and defect scattering) peak at 1620 cm-1 appeared as defective graphene. These findings provide an opportunity for tuning graphene properties locally by applying femtosecond laser pulses. Applications might include p-n junctions, and the graphene doping process. To explore the power absorption process in graphene and the SiO2/Si substrate, a theoretical model was developed based on the transfer-matrix method. The results revealed that the most significant absorption was in the silicon substrate. The light reflection form each layer was considered. The model shows the temperature oscillations are more significant in the silicon layer compared to the silicon dioxide which can provide a theoretical rationale for the swelling effect observed in the experiments. This model can assist in the choice of laser parameters chosen for future laser systems used in the production of graphene devices.

Orientador: Alessandro Roger Rodrigues / Coorientador: Juno Gallego / Banca: Hidekasu Matsumoto / Banca: Amauri Hassui / Resumo: A miniaturização de componentes demanda a produção de peças com dimensões na escala micrométrica. A microusinagem mecânica, realizada através do corte, é uma boa alternativa quando se deseja criar estes componentes, mas com a diminuição da escala de usinagem, o corte pode ocorrer com um ângulo de saída altamente negativo e uma pequena variação na espessura de cavaco não deformado pode influenciar o processo de corte e a formação do cavaco, gerando o efeito de escala. Este trabalho determinou o efeito do avanço por dente (fz) e da profundidade de usinagem (ap) na microdureza e energia específica de corte, a fim de avaliar o efeito de escala sob o aspecto do material da peça e da geometria da ferramenta (raio de aresta re) no microfresamento de topo do aço ABNT 1045. Análises de rugosidade e formação de cavaco auxiliaram os resultados principais. Os ensaios foram conduzidos em um centro de usinagem CNC Hermle C800U, adotando simultaneamente corte concordante/discordante e sem aplicação de fluido lubrirrefrigerante. Utilizou-se fresas de carbeto de tungstênio revestidas de TiAlN, ∅ 0,8 e 2,0 mm duas arestas, aplicadas em micro e macrofresamento, respectivamente. Análise de Variância (ANOVA) foi empregada na análise estatística para a determinação de significâncias dos fatores de controle nas variáveis de resposta. Sob o enfoque do material da peça, os resultados apontaram que o fresamento em microescala gerou maior efeito de escala, pois alcançou maior dureza superficial e camada encruada quando comparada ao macrofresamento. Entretanto, não houve diferenças significativas entre as condições de usinagem ou parâmetros de corte para ambas as escalas. A energia específica de corte mostrou-se fortemente dependente dos parâmetros de corte e das condições de usinagem, sobretudo na usinagem... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The miniaturization of components requires the production of parts with dimensions in the micrometer scale. The mechanical micromachining, performed by cutting, is a good alternative when it is desired to create these components, but with the reduction of the scale of machining, cutting may occur with a highly negative rake angle and a small variation in undeformed chip thickness can influence the cutting process and the chip formation, creating the size effect. This research quantified the influence of feed per tooth (fz) and depth of cut (ap) on microhardness and specific cutting energy aiming at evaluating the size effect under aspect of the workpiece material and tool geometry (edge radius re) on micromilling of ABNT 1045 steel. Analyses of workpiece roughness and chip formation aided to understand the main results. The experiments were carried out in a CNC machining center Hermle C800U by adopting simultaneously up/downmilling and no coolant application. 0.8 and 2.0 mm diameter endmills (two flutes) coated with TiAlN were used in tests for micro and macromilling, respectively. Analysis of Variance (ANOVA) allowed determining statistical significances of control factors on response variables. Under the standpoint of workpiece material, the results indicated that the microscale milling caused more size effect than macromilling because reached higher surface microhardness and hardened layer beneath machined workpiece. However neither milling conditions nor cutting parameters presented significant differences for both the machining scales. The specific cutting energy depended on strongly cutting parameters and milling conditions mainly in microscale machining. The feed per tooth and depth of cut presented correlation inversely proportional to the specific cutting energy with statistical prevalence of the first over the second. The values... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Alessandro Roger Rodrigues / Coorientador: Juno Gallego / Banca: Hidekasu Matsumoto / Banca: Otávio Villar da Silva Neto / Resumo: A microusinagem produz microcomponentes especialmente para as áreas microeletrônica, médica e aeroespacial, e encontra-se em contínua evolução com o surgimento de materiais com propriedades melhoradas, ferramentas de dimensões reduzidas e máquinas mais rígidas e precisas, porém o estudo da integridade superficial das peças, visando aprimorar o desempenho dos componentes miniaturizados, ainda é um campo de pesquisa incipiente. Este trabalho objetivou correlacionar os principais indicadores de integridade superficial à energia específica de corte no micro e macrofresamento de canais usinados no aço ABNT 1045. Foi determinada a influência do avanço por dente (f z) e da profundidade de usinagem (ap) na energia específica de corte, microdureza, microestrutura, temperatura de corte, formação de rebarbas e rugosidade da peça. Os ensaios foram conduzidos sem aplicação de fluido lubrirrefrigerante em um centro de usinagem CNC Hermle C800U, adotando simultaneamente corte concordante e discordante. Utilizou-se fresas de carbeto de tungstênio revestidas de TiNAl, 0,8 e 2,0 mm com duas arestas, aplicadas em micro e macrofresamento, respectivamente. Análise de Variância (ANOVA) foi empregada para a determinação de significâncias dos fatores de controle nas variáveis de resposta. Os resultados revelaram que a integridade superficial decorrente do microfresamento, mesmo com parâmetros de corte brandos, é mais afetada se comparada à do macrofresamento, pois, em média, a energia específica de corte foi superior 75%, a microdureza superficial 75%, a camada encruada 5x, a deformação microestrutural 60%, a temperatura de corte 3x e o tamanho da rebarda alcançou a largura do microcanal para avanços por dente inferiores a 1/3 do raio de aresta da ferramenta. Apenas a rugosidade diminuiu em média 16%, porém qualitativamente apresentou... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Micromachining produces microcomponents mainly for areas such as microelectronics, medical and aerospace, and it is continually evolving due to the release of new materials with improved properties, tools with reduced dimensions and machines more rigid and accurate, wherefore studies relating surface integrity of workpieces aiming at improving the performance of miniaturized components are still an incipient field of research. This research correlated the main surface integrity indicators to the specific cutting energy in the micro and macromilling of channels machined in ABNT 1045 steel. The effects of feed per tooth (f z) and depth of cut (ap) upon the specific cutting energy, microhardness, microstructure, cutting temperature, burr formation and workpiece roughness were determined. The experiments were carried out without coolant in a CNC machining center Hermle C800U by adopting simultaneously up and downmilling. 0.8 and 2.0 mm diameter endmills with two flutes, coated with TiNAl were used in tests for micro and macromilling, respectively. Analysis of Variance (ANOVA) allowed determining statistical significances of control factors on the response variables. The results revealed that surface integrity from micromilling, even with gentle cutting parameters, is more affected when comparing to that from macromilling, since specific cutting energy was superior on average 75%, surface microhardness 75%, work hardened layer 5 times, microstructure deformation 60%, cutting temperature 3 times and burr size reached the microchannel width for feeds per tooth lower than a third of tool edge radius. Only roughness reduced around 16%, but qualitatively caused microcracks, cavities and delamination. It is concluded that the choose appropriate of machining parameters concerning tool edge radius in micromachining is... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

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