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The deflections of screw rotors under machining forces cause mismatch between the male and female rotors and, consequently, accelerated wear and suboptimal efficiency in their performance. Optimizing the machining process to minimize the generated forces and accounting for the resulting mismatch in the design of the rotor profile requires accurately computing the machining forces in computer simulations. Virtual machining systems combine graphics-based computation of the Cutter-Workpiece Engagement (CWE) with the physics-based models of machining mechanics to simulate the forces during complex machining processes. However, because of the high computational load of graphical simulations, virtual machining is not suitable for the repetitive force simulations that are required for optimizing the design and manufacturing of rotors. In this work, we present a new method that simulates screw milling forces based on the process kinematics instead of graphical simulations. Utilizing mathematical equations that describe the process kinematics, the theoretical rotor profile is determined for feasible combinations of cutting tool profile, setup angle, and centre distance. Subsequently, to find the milling forces, the cutting edge is discretized into multiple small edge segments and a mechanistic cutting force model is used to determine the local cutting forces at each segment. After geometric and kinematic transformations of these local forces, the screw milling forces are obtained for each roughing and finishing pass. Instead of graphics-based methods, the engagement conditions between the cutter and workpiece are determined by the ensemble of 2D rotor and tool profiles; as a result, the computational efficiency is increased substantially. The semi-analytical nature of the presented method allows for computing the forces with arbitrary resolution within a reasonable time. The accuracy and efficiency of the presented method is verified by comparing the simulated forces against a dexel-based virtual machining system. / Graduate

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No / Mechanochemistry enabled the selective synthesis of the recherche´ orange polymorph of Wilkinson’s catalyst [RhCl(PPh3)3]. The mechanochemically prepared Rh-complex catalysed the solvent-free dehydrogenation of Me2NHBH3 in a ball mill. The in situ-generated hydrogen (H2) could be utilised for Rh-catalysed hydrogenation reactions by ball milling. / We thank the RWTH Aachen University for support from the Distinguished Professorship Program funded by the Excellence Initiative of the German federal and state governments, and the EPSRC for funding (EP/L019655/1).

Call number: LD2668 .T4 1985 D73 / Master of Science

published_or_final_version / Mechanical Engineering / Master / Master of Philosophy

Tradicionalmente, em aplicações industriais predominam robôs cujas arquiteturas correspondem a estruturas cinemáticas seriais, ou seja, seus atuadores e peças movidas são dispostos em série, um após o outro, formando uma única cadeia cinemática aberta, de modo a posicionar o órgão terminal, a parte do robô que comumente contém uma garra ou um eletrodo de solda. Esses robôs apresentam desempenho insatisfatório em aplicações que demandem precisão, rigidez, alta freqüência natural e baixo tempo de ciclo. Sendo assim, tanto a comunidade acadêmica como a industrial têm manifestado um interesse crescente pela utilização de outro tipo de estrutura cinemática, denominada paralela, que se caracteriza pela presença de várias cadeias cinemáticas independentes, atuando de forma paralela e simultânea sobre o órgão terminal. Essa arquitetura não-convencional apresenta, potencialmente, uma série de vantagens, como: alta rigidez, leveza, rapidez, precisão e alta capacidade de carga. No entanto, existe uma série de problemas abertos que necessitam de uma investigação mais profunda, de modo a garantir que essa mudança de tendência venha a ser implementada com eficácia. O objetivo desta pesquisa é contribuir para o desenvolvimento de uma máquina fresadora de arquitetura paralela que seja promissora quanto à sua simplicidade construtiva, bem como a precisão de posicionamento da ferramenta, se comparada com os robôs paralelos tradicionais. Esses dois requisitos simplicidade e precisão serão alcançados mediante o emprego de uma estrutura modular e a utilização de uma barra de ancoragem ativa, de forma que a estrutura final apresente três atuadores operando em conjunto. Sendo assim, serão empregados três membros, todos ativos, formando uma estrutura cinemática redundante com mobilidade igual a dois. A avaliação do comportamento da arquitetura proposta para a fresadora será realizada por meio de simulações, com o mapeamento dos erros estáticos, de modo a identificar a sua precisão de posicionamento ao longo dos seus eixos de movimentação. / Traditionally, in industrial activities, there is a preference over robots whose architectures correspond to serial kinematic structures, i.e., its actuators and moving parts are arranged in series, one after another, forming a single open kinematic chain, in order to position the body terminal, the part of the robot that commonly contain a claw or a welding electrode. However, these robots have poor performance in applications that require precision, rigidity, high natural frequency and low cycle time. Due to these factors, both academic and industrial communities have expressed a growing interest in the use of another type of kinematic structure, called parallel, which is characterized by the presence of several independent kinematic chains, operating in parallel and simultaneously on the terminal organ. This unconventional architecture has potentially a number of advantages, such as high stiffness, lightness, speed, precision and high load capacity. However, there are a number of open problems that need further investigation in order to ensure that this trend change will be implemented effectively. The objective of this research is to contribute for the development of a parallel milling machine that presents a promising behavior in terms of precision and simplicity in construction, compared with the traditional parallel robots. Both requirements simplicity and precision will be achieved with the utilization of a modular structure and the introduction of an active docking bar, so that the final structure has three actuators working simultaneously. Thus, three members will be used, all active, forming a kinematic redundant structure with mobility equal to two. The expected behavior of the proposed architecture for the milling machine is evaluated through simulations, with the mapping of static errors that allow the identification of its positioning accuracy along the motion axes.

Desde a década de 90 o fresamento HSM é um processo aplicado na fabricação de moldes e matrizes e, mais especificamente, no acabamento destes componentes. Segundo um levantamento realizado pelo LFS/USP, entre usuários de moldes e matrizes da região de São Paulo, foi confirmada a existência da dispersão da vida de matrizes e moldes. Assim, o objetivo deste trabalho é verificar se esta dispersão está relacionada com os efeitos da usinagem, ou seja, dos parâmetros de corte sobre o desempenho tribológico (vida da matriz). Para isso foi necessário determinar a influência dos parâmetros de corte nas características da integridade da superfície e, por sua vez, como estas características afetam o desempenho. As amostras do aço AISI H13 foram usinadas por fresamento HSM com métodos adotados na fabricação de matrizes e moldes. Os parâmetros de corte investigados foram: velocidade de corte (vc), profundidade de corte (ap), penetração de trabalho (ae) e avanço por dente (fz). As características da integridade da superfície medidas foram: parâmetros de rugosidade pelo método de perfilometria 3D, espessura da camada branca por microscopia óptica e eletrônica de varredura, microdureza da superfície e das subcamadas na seção transversal e tensão residual por difração de raios-x. Após a caracterização, as amostras foram submetidas ao desgaste por deslizamento em um tribômetro na configuração pino-placa com movimento alternado, sob as condições de contorno próximas do forjamento a frio (pressão de contato, material da peça, matriz, velocidade de deslizamento e lubrificante) para posterior correlação com os parâmetros de corte. Nesta etapa, o corpo é a amostra de aço AISI H13 ? 565 HV fresada pela HSM e, o contra-corpo é pino de aço AISI 1020. No âmbito das variáveis investigadas é proposto um modelo capaz de prever o desempenho em função das características topográficas (Str, Sq, índice de formação de cavidades - IFC) e da tensão residual. A camada branca intensamente investigada na literatura não apresentou influência devido a sua formação ocorrer no vale e não nos cumes onde ocorrem os contatos. / Since 90, the HSM milling process to manufacture dies and molds has been applied and, more specifically, in finishing operation those components. In according to LFS/USP survey, among São Paulo region dies and molds users, the dies and molds life dispersion has been confirmed. This dispersion can be related with machining effects on tribological performance and, therefore, on dies and molds life and has not be explained by scientific community yet. Thus, the objective of this work is to verify if this dispersion is related with cutting parameters effects on tribological performance. In order to do it was necessary to determine the cutting parameters influence on surface integrity characteristics and how this characteristic affects the performance. AISI H13 Steel samples were machined by HSM milling by using manufacturing dies and molds methods. The investigated cutting parameters were: cutting speed (vc), cutting depth (ap), working engagement (ae) and feed per tooth (fz). The surface integrity characteristics measured were: roughness parameters by 3D profilometer method, white layer thickness by optical and scanning electronic microscopy, surface and transversal sub-layers section microhardness and residual stresses by x-ray diffraction. Before characterization, the tribometer in pin-plate with alternate movement configuration was performed to sliding wear the samples nearly cold forging conditions, to posterior correlation with cutting parameters. In this stage, the body was the AISI H13? 565 HV steel HSM milling samples and, the counter-body was pin of AISI 1020 steel. In the investigated parameter ambit one model is proposed which is able to predict the performance in topography character functions (Str, Sq, cavity formation index - CFI) and residual stresses. The white layer, which was intensely investigated by other researchers, has no significant influence because its formation occurs in the valley and not at the summits where the contacts occur.

Submitted by Fabricia Fialho Reginato (fabriciar) on 2015-08-05T00:01:47Z No. of bitstreams: 1 DaianeCalheiro.pdf: 5982937 bytes, checksum: 0a11f48bf6517b673d6c2163ae6ae2e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-05T00:01:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DaianeCalheiro.pdf: 5982937 bytes, checksum: 0a11f48bf6517b673d6c2163ae6ae2e7 (MD5) Previous issue date: 2011-03-03 / Banco Santander / Banespa / FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos / De acordo com os novos paradigmas ambientais, a busca pelo desenvolvimento sustentável é imprescindível para o prolongamento das reservas naturais e a redução da poluição. No intuito de minimizar os impactos ambientais negativos, cada vez mais se investe em pesquisas que englobam o uso eficiente de recursos naturais não renováveis. A agroindústria é um grande gerador de resíduos e devido a esse fato, está começando a perceber a importância de destiná-los corretamente. A cinza de casca de arroz (CCA), que é proveniente da queima da casca utilizada para a geração de energia, é um resíduo gerado em grandes quantidades e de baixa densidade, dificultando o gerenciamento, pois necessita de um grande espaço para o armazenamento e o descarte. Desta forma, a reciclagem destas cinzas torna-se uma excelente alternativa para minimizar o impacto ambiental provocado pelo seu descarte inadequado e reduzir os custos de disposição em aterros controlados. A CCA possui um grande teor de sílica em sua composição, podendo se tornar um co-produto para vários segmentos industriais como: construção civil, cerâmica, química, vidros e siderurgia. No intuito de incentivar a inserção desse resíduo como um co-produto de maior valor agregado, o trabalho visa contribuir para aumentar a eficiência da moagem da cinza da casca de arroz. Neste sentido, aditivos foram utilizados para facilitar a moagem para sua adequação como co-produto, considerando a qualidade do material obtido, o tempo e a economia do processo. Para a elaboração deste trabalho, a CCA foi moída sem e com uso de aditivo em 4 tempos diferentes (30min., 1h, 2h e 4h) e foram adicionados dois tipos de aditivos, um comercial e um resíduo do setor metal-mecânico. Estes aditivos foram adicionados em 3 concentrações diferentes: 0,03%, 0,045% e 0,06% para o comercial e 2%, 6% e 10% para o resíduo. Para avaliar o processo de moagem foram realizadas caracterizações química, física e estrutural de todas as amostras: CCA Bruta, CCA Segregada e as CCA moídas. A caracterização da CCA utilizada nesta dissertação mostrou um material mais adequado comparado a trabalhos anteriores confirmando a influência do aumento da eficiência energética da queima da casca na qualidade da CCA como coproduto. Com relação ao uso dos aditivos SIKA-GRIND 200 e pó de granalha, os resultados indicaram que estes não reduziram significativamente o diâmetro médio das partículas. Entretanto, o uso de aditivos para reduzir o tamanho de grão da CCA deve ser melhor estudado para qualificá-la como matéria prima na construção civil. / According to the new environmental paradigms, the pursuit of sustainable development is essential for the lengthening of natural reserves and reduction of pollution. In order to minimize negative environmental impacts, ever more investments are made in research about the efficient use of nonrenewable natural resources. Agribusiness is a major generator of waste and due to that fact, begins to realize the importance of proper disposal. Rice husk ash (RHA), which proceeds from the burning of the husk for energy generation, is generated in large quantities and low density, making it difficult to manage, as it requires a large space for storage and disposal. Thus, recycling this ash becomes an excellent alternative to minimize the environmental impact caused by its inappropriate disposal and reduce landfill disposal costs. RHA has a high content of silica in its composition, making its use possible as a by-product to several industries such as: construction, ceramics, chemical, glass and steel. To encourage the placement of this waste as a by-product with higher aggregated value, this study aims to contribute to increase the efficiency of rice husk ash milling. In this way, additives were used to facilitate the milling for its suitability as a by-product, considering the quality, time and process economy. To elaborate this study, the rice husk ash was ground with and without additives in four different times (30min., 1h, 2h and 4h) and two types of additives were used, a commercial additive and a solid waste from the metal-mechanic industry (cleaning cast parts dust). These additives were added in three different concentrations: 0.03, 0.045 and 0.06% for the commercial additive and 2, 6 and 10% for the dust. To evaluate the milling process, chemical, physical and structural characterizations were carried out for all samples: as received RHA, segregated RHA and grounded RHA. The characterization of RHA, used in this dissertation, showed a material more adequate, when compared to former works using RHA from the same source, confirming the influence of the energetic efficiency of the rice shell burning on the RHA quality as by-product. In relation to the additives SIKA-GRIND 200 and granalha dust, the results indicated that they did not influence significantly in the decreasing of medium diameter of RHA particles. However, the use of additives to reduce the size of the RHA grains must be better studied to qualify RHA as a raw material to civil construction.