Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-07-15Bitstream added on 2014-06-13T20:37:08Z : No. of bitstreams: 1 sarni_ea_me_bauru.pdf: 1968105 bytes, checksum: ae5ae8124e3ad56060b740d63a9a3ce6 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Na indústria metal-mecânica um dos geradores de riqueza mais importantes da atualidade, o uso do fluido de corte, por exemplo, indispensável nas operações de usinagem e um poluente em potencial, tem sido constantemente estudado para que seja substituído, utilizado na mínima quantidade possível ou mesmo abolido do processo, visando diminuir ou zerar o impacto ambiental, sem afetar a qualidade e o volume de produção de tais operações. Dentre as alternativas, destacam-se a usinagem a seco e a utilização a mínima quantidade de lubrificante (MQL). Este último, que é a pulverização de uma quantidade mínima (10 a 100 ml/h) de óleo integral em um fluxo de ar comprimido, também pode ser utilizado, em alguns casos, com o lubrificante misturado em água (MQL/Água) e pulverizado na mesma quantidade (10 a 100 ml/h) no fluxo de ar comprimido, diminuindo ainda mais o volume de óleo aplicado. Este estudo tem por objetivo analisar o comportamento da técnica de mínima quantidade de lubrificante (MQL) com três proporções de água/óleo (1:1; 1:3 e 1:5) no processo de retificação cilíndrica externa de mergulho, em cerâmicas, com rebolo diamantado e compará-lo ao comportamento das técnicas da MQL tradicional e lubri-refrigeração convencional. O estudo foi feito através da análise e avaliação das variáveis de saída do processo de retificação de mergulho: rugosidade, desvio de circularidade, desgaste diametral do rebolo e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Diante da análise dos resultados alcançados pode-se afirmar que, no geral, para os valores obtidos das variáveis de saída, nas condições citadas, os de MQL/Água são satisfatórios em relação às demais condições ensaiadas. A média dos valores de rugosidade do MQL/Água (1:1) foi cerca de 35% maior que a convencional e 20% menor que a MQL tradicional. / In the metalworking industry, one of the most important generators of wealth today, the use of cutting fluid, for example, essential in machining operations and a potential pollutant, has been constantly studied to be replaced, used in minimum amount possible or even abolushied from the process, aiming to reduce the environmental impact or zero it, without affecting the quality and production volume of such transactions. Among the alternatives, we highlight the use of dry machining and minimum quantly of lubricant (MQL). The latter, which is the spraying of a minimum amount (10 to 100 ml/h) full of oil in stream of compressed air, can also be used in some cases, the lubricant mixed with water (MQL/Water) and sprayed in the same amount (10 to 100 ml/h) in the flow of compressed air, further reducing the volume of oil applied. This study aims to analyze the behavior of the technique of minimal amount of lubrificant (MQL) with three ratios of oil/water (1:1, 1:3 and 1:5) in the process of cylindrical grinding diving in ceramics, with diamond wheel and compare it to be behavior of the techniques of traditional and MQL conventional lubridification and cooling. The study was done by examining and evaluating the output variables of the grinding process outside of diving: roughness, roundness deviation, diametral wear of the grinding wheel and scanning electron microscopy (SEM). Before the analysis of results, can be stated that, in general, for values of output variables, in the mentioned conditions, the MQL/Water are safisfactory in relation to the other conditions tested. The average roughness values of the MQL/water (1:1) was about 35% higher than the conventional and 20% less than the Traditional MQL.

Resumo: Na indústria metal-mecânica um dos geradores de riqueza mais importantes da atualidade, o uso do fluido de corte, por exemplo, indispensável nas operações de usinagem e um poluente em potencial, tem sido constantemente estudado para que seja substituído, utilizado na mínima quantidade possível ou mesmo abolido do processo, visando diminuir ou zerar o impacto ambiental, sem afetar a qualidade e o volume de produção de tais operações. Dentre as alternativas, destacam-se a usinagem a seco e a utilização a mínima quantidade de lubrificante (MQL). Este último, que é a pulverização de uma quantidade mínima (10 a 100 ml/h) de óleo integral em um fluxo de ar comprimido, também pode ser utilizado, em alguns casos, com o lubrificante misturado em água (MQL/Água) e pulverizado na mesma quantidade (10 a 100 ml/h) no fluxo de ar comprimido, diminuindo ainda mais o volume de óleo aplicado. Este estudo tem por objetivo analisar o comportamento da técnica de mínima quantidade de lubrificante (MQL) com três proporções de água/óleo (1:1; 1:3 e 1:5) no processo de retificação cilíndrica externa de mergulho, em cerâmicas, com rebolo diamantado e compará-lo ao comportamento das técnicas da MQL tradicional e lubri-refrigeração convencional. O estudo foi feito através da análise e avaliação das variáveis de saída do processo de retificação de mergulho: rugosidade, desvio de circularidade, desgaste diametral do rebolo e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Diante da análise dos resultados alcançados pode-se afirmar que, no geral, para os valores obtidos das variáveis de saída, nas condições citadas, os de MQL/Água são satisfatórios em relação às demais condições ensaiadas. A média dos valores de rugosidade do MQL/Água (1:1) foi cerca de 35% maior que a convencional e 20% menor que a MQL tradicional. / Abstract: In the metalworking industry, one of the most important generators of wealth today, the use of cutting fluid, for example, essential in machining operations and a potential pollutant, has been constantly studied to be replaced, used in minimum amount possible or even abolushied from the process, aiming to reduce the environmental impact or zero it, without affecting the quality and production volume of such transactions. Among the alternatives, we highlight the use of dry machining and minimum quantly of lubricant (MQL). The latter, which is the spraying of a minimum amount (10 to 100 ml/h) full of oil in stream of compressed air, can also be used in some cases, the lubricant mixed with water (MQL/Water) and sprayed in the same amount (10 to 100 ml/h) in the flow of compressed air, further reducing the volume of oil applied. This study aims to analyze the behavior of the technique of minimal amount of lubrificant (MQL) with three ratios of oil/water (1:1, 1:3 and 1:5) in the process of cylindrical grinding diving in ceramics, with diamond wheel and compare it to be behavior of the techniques of traditional and MQL conventional lubridification and cooling. The study was done by examining and evaluating the output variables of the grinding process outside of diving: roughness, roundness deviation, diametral wear of the grinding wheel and scanning electron microscopy (SEM). Before the analysis of results, can be stated that, in general, for values of output variables, in the mentioned conditions, the MQL/Water are safisfactory in relation to the other conditions tested. The average roughness values of the MQL/water (1:1) was about 35% higher than the conventional and 20% less than the Traditional MQL. / Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Coorientador: Anselmo Eduardo Diniz / Banca: Carlos Alberto Fortulan / Banca: Gilberto de Magalh B. Gonçalves / Mestre

O objetivo deste trabalho foi a análise de estratégias de retificação de virabrequins automotivos forjados utilizando rebolos de CBN vitrificados em altas velocidades. As estratégias analisadas foram: a retificação de mergulho (estratégia A) e a retificação axial (estratégia B). Foi proposta uma nova estratégia de retificação, denominada estratégia C - retificação axial múltipla, sendo esta inédita. Nesta subdividi-se o espelho do virabrequim em trechos, retificando-se o sobremetal radial do espelho em múltiplos estágios. Os aspectos teóricos das estratégias foram determinados, apresentando-se uma formulação matemática para o cálculo da taxa de remoção de material específica ao longo do perfil do rebolo utilizado. Testes comparativos foram realizados em que os principais aspectos para uma retificação eficiente foram determinados. Primeiramente verificou-se a necessidade de uma operação de dressagem efetiva, a fim de se obter uma agressividade na face do rebolo necessária para evitar o empastamento do mesmo e a queima do espelho. Para tanto, além da escolha correta da configuração e dos parâmetros de dressagem verificou-se a necessidade de um sistema de monitoramento que permita a detecção e a avaliação de possíveis não-conformidades. A utilização de um sistema de fluido de corte e de limpeza a alta pressão eficientes contribuíram para a redução dos cavacos alojados na porosidade do rebolo, evitando assim seu empastamento prematuro. Com base no modelo teórico proposto foi possível determinar-se a região de máxima solicitação do rebolo em função das estratégias adotadas, possibilitando o planejamento e a adoção das condições de usinagem mais favoráveis na redução do desgaste do rebolo e, por conseqüência, os desvios geométricos da peça usinada. Nos testes comparativos entre as estratégias verificou-se a possibilidade de utilização de todas. Porém, cada qual apresentando suas particularidades. Considerando-se o mesmo tempo de corte, a retificação de mergulho (estratégia A) apresenta a menor taxa de remoção de material específica e a mais ampla região de máxima solicitação do rebolo, sendo esta fixa e igual ao sobremetal no espelho. Neste caso a área sujeita ao desgaste na ferramenta é maior. De forma oposta, a estratégia B (retificação axial) apresenta a menor região de solicitação da ferramenta, sendo esta igual ao avanço axial por volta. Todavia nesta estratégia a taxa de remoção de material específica é máxima, sendo função do sobremetal radial da peça, diferença entre os raios máximo e mínimo do espelho. Nesta, a área desgastada será mínima, porém, esta região sofrerá a máxima solicitação e maior desgaste, com risco de empastamento do rebolo e queima da peça. A adoção da retificação axial múltipla (estratégia C) permite combinar a flexibilidade da alteração da região de máxima solicitação do rebolo com variações na taxa de remoção de material específica para cada estágio, reduzindo a tendência de queima e empastamento do rebolo, caracterizando-se como uma solução intermediária entre a retificação de mergulho e a axial. Verificou-se que a variação no número de estágios tem influência direta no volume de material removido e no desgaste radial do rebolo. Uma simulação foi desenvolvida para o desgaste radial do rebolo para cada estratégia testada. / The aim of this study was the analysis of grinding strategies for high speed grinding of forged automotive crankshaft using vitrified CBN wheels. The grinding strategies tested were: the plunge grinding (strategy A) and the face grinding (strategy B). A new grinding strategy was proposed, the multi-steps face grinding, which is innovative. In this strategy, the sidewall is divided into circular regions, removing the sidewall stock into multiple steps. The theoretical aspects of each strategy were determinate and the mathematic formulation for the specific material removal rate calculation along the wheel profile is presented. Comparative tests were performed in which the main aspect for an efficient grinding operation were determinate. First of all, the necessity of a high efficient dressing operation was detected, in which the achieving the adequate sharpness of the dressed wheel sidewall is mandatory to avoid the wheel loading and the workpiece sidewall burning. For that, besides the correct configuration and selection of the dressing parameters, it was noticed that a monitoring system is essential for the detection of non-adequate dressing operations. The adoption of an improved cutting fluid application system and scrubbers (high pressure nozzles) leaded to chips clogging reduction and premature wheel loading. Based on the proposed theoretical model it was possible to determine the region of the maximal wheel strength due to the adopted grinding strategy, allowing the process design, including the most favorable cutting conditions for the workpiece geometrical errors avoidance. In the comparative test among the strategies, it was possible to verify that all strategies can be adopted, although each of them with their particularities, which must be taken into account. Considering the same cutting time, the plunge grinding strategy (strategy A) presented the lowest specific material removal rate and the widest affected wheel region, which is fixed and equal to the sidewall stock. In this situation, the worn area is the widest. On the other hand, the face grinding strategy (strategy B) presented the narrowest affected area, with width equal to the axial infeed. Although in this strategy, the specific material removal rate is maximal, depending on the radial stock of the sidewall. The worn region is the narrowest, but the with greatest wheel wear values will be observed in this region. The wheel loading and the workpiece burn can easily occur. The adoption of the multi-steps face grinding (strategy C) allows the combination between the flexibility of changing the width of the affected wheel region and the specific material removal rate for each step, reducing the occurrence of workpiece burn and wheel loading. It is an alternative between the plunge grinding and face grinding. It was possible to verify that the number of steps has a direct influence on the volume of removed material and on the wheel wear. A simulation was developed for the wheel wear for each strategy.

O desenvolvimento de sistemas ópticos, o uso do laser e conseqüentemente a necessidade de superfícies refrativas com alto grau de acabamento e precisão estão aumentando significativamente a demanda por pesquisas na usinagem de alta precisão. As superfícies obtidas com os usuais processos de polimento são limitadas a formas planas, cilíndricas e esféricas e requerem muito tempo para se obter resultados satisfatórios. A retificação de materiais frágeis é uma alternativa ao polimento e lapidação e os resultados obtidos mostram que o uso de um tomo de alta precisão com um cabeçote retificador é uma proposta viável para a geração de superfícies anesféricas. Este trabalho trata do estudo de retificação de vidros ópticos e objetiva a definição dos parâmetros de usinagem para a obtenção do acabamento superficial desejado, mostra a influência do avanço na rugosidade e estuda o efeito da variação do avanço e da rotação do rebolo. Como principais resultados tem-se a definição da melhor condição de avanço e rotação e uma comparação com outros trabalhos apresentados com dressagem eletrolítica e sem este recurso, concluindo-se que é possível e viável a retificação de vidros ópticos em uma retificadora de alta precisão e que a possibilidade de variação de rotação do rebolo é um fator diferencial. / The development of optical systems, the use of laser and consequently the need of refractive surface with high finish levels and precision are increasing significantly the demand for research on high precision machining. The surfaces obtained with the usual polishing process are lirnited in plane, cilindrical and spherical shape and spend a lot of time to obtain a good result. The grinding of brittle materiaIs is an altemative to polishing and lapping and the results shown that the use of a high precision lathe with a grinding spindle is a viable proposition to generate aspherics surfaces. This is a study of optical glasses grinding and the objective is to defrne the grinding parameters to achieve the smoothness desired, it shows the influence of feed rate in the smoothness and study the effects of feed rate and diamond wheel rotation. As the main results, is showed the best condition of feedrate and rotation and a comparison with another work with eletrolytic in process dressing (ELID) and without this resource, and the conclusion is that is possible and feasible to grind optical glass with a high precision grinding machine and the possibility to vary the diamond wheel rotation is a differencial.

O desenvolvimento de sistemas ópticos, o uso do laser e conseqüentemente a necessidade de superfícies refrativas com alto grau de acabamento e precisão estão aumentando significativamente a demanda por pesquisas na usinagem de alta precisão. As superfícies obtidas com os usuais processos de polimento são limitadas a formas planas, cilíndricas e esféricas e requerem muito tempo para se obter resultados satisfatórios. A retificação de materiais frágeis é uma alternativa ao polimento e lapidação e os resultados obtidos mostram que o uso de um tomo de alta precisão com um cabeçote retificador é uma proposta viável para a geração de superfícies anesféricas. Este trabalho trata do estudo de retificação de vidros ópticos e objetiva a definição dos parâmetros de usinagem para a obtenção do acabamento superficial desejado, mostra a influência do avanço na rugosidade e estuda o efeito da variação do avanço e da rotação do rebolo. Como principais resultados tem-se a definição da melhor condição de avanço e rotação e uma comparação com outros trabalhos apresentados com dressagem eletrolítica e sem este recurso, concluindo-se que é possível e viável a retificação de vidros ópticos em uma retificadora de alta precisão e que a possibilidade de variação de rotação do rebolo é um fator diferencial. / The development of optical systems, the use of laser and consequently the need of refractive surface with high finish levels and precision are increasing significantly the demand for research on high precision machining. The surfaces obtained with the usual polishing process are lirnited in plane, cilindrical and spherical shape and spend a lot of time to obtain a good result. The grinding of brittle materiaIs is an altemative to polishing and lapping and the results shown that the use of a high precision lathe with a grinding spindle is a viable proposition to generate aspherics surfaces. This is a study of optical glasses grinding and the objective is to defrne the grinding parameters to achieve the smoothness desired, it shows the influence of feed rate in the smoothness and study the effects of feed rate and diamond wheel rotation. As the main results, is showed the best condition of feedrate and rotation and a comparison with another work with eletrolytic in process dressing (ELID) and without this resource, and the conclusion is that is possible and feasible to grind optical glass with a high precision grinding machine and the possibility to vary the diamond wheel rotation is a differencial.

O objetivo deste trabalho foi a análise de estratégias de retificação de virabrequins automotivos forjados utilizando rebolos de CBN vitrificados em altas velocidades. As estratégias analisadas foram: a retificação de mergulho (estratégia A) e a retificação axial (estratégia B). Foi proposta uma nova estratégia de retificação, denominada estratégia C - retificação axial múltipla, sendo esta inédita. Nesta subdividi-se o espelho do virabrequim em trechos, retificando-se o sobremetal radial do espelho em múltiplos estágios. Os aspectos teóricos das estratégias foram determinados, apresentando-se uma formulação matemática para o cálculo da taxa de remoção de material específica ao longo do perfil do rebolo utilizado. Testes comparativos foram realizados em que os principais aspectos para uma retificação eficiente foram determinados. Primeiramente verificou-se a necessidade de uma operação de dressagem efetiva, a fim de se obter uma agressividade na face do rebolo necessária para evitar o empastamento do mesmo e a queima do espelho. Para tanto, além da escolha correta da configuração e dos parâmetros de dressagem verificou-se a necessidade de um sistema de monitoramento que permita a detecção e a avaliação de possíveis não-conformidades. A utilização de um sistema de fluido de corte e de limpeza a alta pressão eficientes contribuíram para a redução dos cavacos alojados na porosidade do rebolo, evitando assim seu empastamento prematuro. Com base no modelo teórico proposto foi possível determinar-se a região de máxima solicitação do rebolo em função das estratégias adotadas, possibilitando o planejamento e a adoção das condições de usinagem mais favoráveis na redução do desgaste do rebolo e, por conseqüência, os desvios geométricos da peça usinada. Nos testes comparativos entre as estratégias verificou-se a possibilidade de utilização de todas. Porém, cada qual apresentando suas particularidades. Considerando-se o mesmo tempo de corte, a retificação de mergulho (estratégia A) apresenta a menor taxa de remoção de material específica e a mais ampla região de máxima solicitação do rebolo, sendo esta fixa e igual ao sobremetal no espelho. Neste caso a área sujeita ao desgaste na ferramenta é maior. De forma oposta, a estratégia B (retificação axial) apresenta a menor região de solicitação da ferramenta, sendo esta igual ao avanço axial por volta. Todavia nesta estratégia a taxa de remoção de material específica é máxima, sendo função do sobremetal radial da peça, diferença entre os raios máximo e mínimo do espelho. Nesta, a área desgastada será mínima, porém, esta região sofrerá a máxima solicitação e maior desgaste, com risco de empastamento do rebolo e queima da peça. A adoção da retificação axial múltipla (estratégia C) permite combinar a flexibilidade da alteração da região de máxima solicitação do rebolo com variações na taxa de remoção de material específica para cada estágio, reduzindo a tendência de queima e empastamento do rebolo, caracterizando-se como uma solução intermediária entre a retificação de mergulho e a axial. Verificou-se que a variação no número de estágios tem influência direta no volume de material removido e no desgaste radial do rebolo. Uma simulação foi desenvolvida para o desgaste radial do rebolo para cada estratégia testada. / The aim of this study was the analysis of grinding strategies for high speed grinding of forged automotive crankshaft using vitrified CBN wheels. The grinding strategies tested were: the plunge grinding (strategy A) and the face grinding (strategy B). A new grinding strategy was proposed, the multi-steps face grinding, which is innovative. In this strategy, the sidewall is divided into circular regions, removing the sidewall stock into multiple steps. The theoretical aspects of each strategy were determinate and the mathematic formulation for the specific material removal rate calculation along the wheel profile is presented. Comparative tests were performed in which the main aspect for an efficient grinding operation were determinate. First of all, the necessity of a high efficient dressing operation was detected, in which the achieving the adequate sharpness of the dressed wheel sidewall is mandatory to avoid the wheel loading and the workpiece sidewall burning. For that, besides the correct configuration and selection of the dressing parameters, it was noticed that a monitoring system is essential for the detection of non-adequate dressing operations. The adoption of an improved cutting fluid application system and scrubbers (high pressure nozzles) leaded to chips clogging reduction and premature wheel loading. Based on the proposed theoretical model it was possible to determine the region of the maximal wheel strength due to the adopted grinding strategy, allowing the process design, including the most favorable cutting conditions for the workpiece geometrical errors avoidance. In the comparative test among the strategies, it was possible to verify that all strategies can be adopted, although each of them with their particularities, which must be taken into account. Considering the same cutting time, the plunge grinding strategy (strategy A) presented the lowest specific material removal rate and the widest affected wheel region, which is fixed and equal to the sidewall stock. In this situation, the worn area is the widest. On the other hand, the face grinding strategy (strategy B) presented the narrowest affected area, with width equal to the axial infeed. Although in this strategy, the specific material removal rate is maximal, depending on the radial stock of the sidewall. The worn region is the narrowest, but the with greatest wheel wear values will be observed in this region. The wheel loading and the workpiece burn can easily occur. The adoption of the multi-steps face grinding (strategy C) allows the combination between the flexibility of changing the width of the affected wheel region and the specific material removal rate for each step, reducing the occurrence of workpiece burn and wheel loading. It is an alternative between the plunge grinding and face grinding. It was possible to verify that the number of steps has a direct influence on the volume of removed material and on the wheel wear. A simulation was developed for the wheel wear for each strategy.

Superligas são materiais utilizados nas indústrias aeronáuticas, nucleares, metal-mecânicas, petroquímicas, automotivas e biomédicas, sendo considerados de difícil retificação (Difficult To Grind - DTG), devido às suas características peculiares. Para a retificação eficiente destes materiais, frequentemente utiliza-se rebolos superabrasivos com grãos de cBN (cubic boron nitride) e ligante vitrificado, devido a seu desempenho superior, quando comparado aos rebolos convencionais. Entretanto, é necessária a utilização de periféricos e sistemas auxiliares eficientes, elevando-se, assim, os custos. Visando a redução dos custos operacionais, os rebolos convencionais com grãos cerâmicos e ligantes com alta capacidade de retenção surgem como uma alternativa promissora. Neste cenário de comparação ferramental, torna-se necessário mensurar o desempenho das mesmas, que incluem requisitos técnicos e indicadores de sustentabilidade do processo. Assim, o objetivo desta dissertação é avaliar um rebolo convencional modificado tecnologicamente (grão cerâmico e ligante de alto desempenho), comparando-o com um rebolo de cBN vitrificado, buscando-se mensurar as diferenças de desempenho e critérios de sustentabilidade (econômicos, ambientais e sociais) do processo, quando da retificação de superligas, com diferentes graus de usinabilidade. A metodologia de análise comparativa do desempenho dos rebolos deu-se pela avaliação da influência de parâmetros de entrada (velocidade de corte, material e taxa específica de remoção utilizada) nas variáveis de saída, a serem monitoradas, relativas ao processo (potência; energia específica; desgaste - relação G e força tangencial por grão-; superfície do rebolo; e cavacos), à qualidade final da peça (rugosidade, circularidade e análise superficial - topografia, microestrutura e microdureza) e custos associados ao processo, além dos indicadores de sustentabilidade. Como resultados, em relação ao impacto da velocidade de corte, demonstrou-se que seu aumento é benéfico ao processo, devido à diminuição da espessura de corte e menores forças por grão, acarretando em menores desgastes do rebolo (maior relação G) e melhor qualidade superficial da peça retificada. Tal resultado é inversamente proporcional à taxa de remoção. No tocante aos materiais, comprovou-se que as superligas analisadas possuem diferentes capacidades de retificação, devido às diferentes microestruturas e propriedades químico-mecânicas, que impactam no desempenho da ferramenta abrasiva. O material Inc.751 apresentou a pior capacidade de retificação dentre os materiais analisados, devido, principalmente, à sua matriz austenítica e presença de Alumínio e Titânio na composição química. Pela análise dos cavacos, comprovou-se que os mesmos possuem formatos alongados, típico de materiais dúcteis e ratificou-se a eficiência da refrigeração na região de contato rebolo/peça. Com a curva característica dos rebolos, verificou-se que as ferramentas possuem comportamentos distintos, com superioridade ao rebolo de cBN, devido à maior capacidade de retenção dos grãos pelo ligante. Pela verificação superficial dos rebolos, não se observou empastamento evidente, constatando a eficiência do sistema de limpeza de alta pressão. Pela análise topográfica das peças, verificou-se que a retificação não induziu danos térmicos às mesmas. A avaliação dos indicadores de sustentabilidade proporcionou uma melhor análise da eficiência do processo, facilitando na tomada de decisão quanto ao desempenho do rebolo e/ou condição ideal. Como conclusão, a aplicabilidade do rebolo convencional em substituição ao rebolo de cBN foi confirmada para a retificação das superligas testadas. / Superalloys are materials used in aeronautical, nuclear, metal-mechanical, petrochemical, automotive, and biomedical industries, and they are considered Difficult To Grind (DTG) due to their peculiar characteristics. For efficient grinding of these materials, superabrasive grinding wheels with cBN (cubic boron nitride) grains and vitrified bond are often used because of their superior performance when compared to conventional grinding wheels. However, it is necessary to use efficient peripheral and auxiliary systems, thus raising costs. Aiming to reduce costs, conventional wheels with ceramic grains and binders with high retention capacity appear as a promising alternative. In this tool comparison scenario, it is necessary to measure their performance, which includes technical requirements and process sustainability indicators. Thus, the objective is to evaluate a engineered conventional grinding wheel, comparing it with a vitrified cBN wheel, aiming to measure performance differences and sustainability criteria (economic, environmental, and social) of the process, when grinding superalloys with different degrees of grindability. The methodology of comparative analysis of the performance of the grinding wheels was based on the evaluation of the influence of input parameters (cutting speed, material, and specific removal rate) in the output variables to be monitored related to the process (power, specific energy, roughness - ratio G and tangential force per grain, Ft1g, grinding wheel surface, and chips), to the final quality of the piece (roughness, roundness, and surface analysis - topography, microstructure, and microhardness) and costs, in addition to the sustainability indicators. As results, in relation to the impact of the cutting speed, it was demonstrated that its increase is beneficial to the process, due to the reduction of the cutting thickness and lower Ft1g, causing less wheel wear and better surface quality of the ground piece. This result is inversely proportional to the removal rate. Regarding the materials, it was verified that the analyzed superalloys have different grinding capacities due to the different microstructures and chemical-mechanical properties that impact the performance of the abrasive tool. The material Inc.751 presented the worst grinding capacity among the analyzed materials, mainly due to its austenitic matrix and the presence of Aluminum-Titanium in its composition. By the analysis of the chips, it was verified that they have elongated formats, typical of ductile materials, and it was ratified the efficiency of the cooling system. With the wheel characteristic curves, it was verified that the tools have different behaviors, superior to the cBN wheel, due to the greater capacity of retention of the grains by the binder. Through the investigation of the grinding wheels, no evident wheel loading was observed, noting the efficiency of the high-pressure cleaning system. By the analysis of the pieces, it was verified that the grinding did not induce thermal damages to them. The evaluation of the sustainability indicators provided a better analysis of the efficiency of the process, making easier the decision-making on the performance of the grinding wheel and/or ideal condition. Concluding, the feasibility of the conventional wheel in substitution of the cBN wheel was confirmed for the grinding of the tested superalloys.

Submitted by Alan Rodrigo de Sales null (alanestado@hotmail.com) on 2017-01-30T19:31:15Z No. of bitstreams: 1 Mestrado Alan Sales.pdf: 3094814 bytes, checksum: 40ab5a77d5ee1153c2e541c020d3ca6c (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-03T16:06:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 sales_ar_me_bauru.pdf: 3094814 bytes, checksum: 40ab5a77d5ee1153c2e541c020d3ca6c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-03T16:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 sales_ar_me_bauru.pdf: 3094814 bytes, checksum: 40ab5a77d5ee1153c2e541c020d3ca6c (MD5) Previous issue date: 2016-12-09 / A aplicação da mínima quantidade de lubrificante (MQL) na usinagem dos metais começaram a ser estudados como alternativa para reduzir o uso dos fluidos de corte, para poder atingir uma produção mais limpa e menos prejudicial ao meio ambiente e aos trabalhadores, na retificação, apesar de ser considerada uma técnica inovadora no aspecto ambiental, sua aplicação é restrita devido à geração excessiva de calor e ao entupimento dos poros do rebolo causado pelos cavacos, e isto prejudica a qualidade final do produto e aumenta o desgaste da ferramenta. Esta pesquisa buscou aprimorar o uso do MQL utilizando óleo solúvel sintético da Quimatic Tapimatic ME-2. Além de usar o jato com a mistura ar e óleo e proporções de água injetado na interface rebolo-peça à alta velocidade um jato de ar comprimido, foi utilizado na superfície de corte do rebolo para minimizar o empastamento do rebolo gerado durante o processo de usinagem pela mistura formada pelo óleo do MQL mais os cavacos. Foram realizados ensaios na retificação cilíndrica externa de mergulho do aço ABNT 4340, temperado e revenido com dureza média de 54 HRC, usando rebolo de nitreto de boro cúbico (CBN) com ligante vitrificado. Os métodos de lubri-refrigeração propostos foram o convencional com fluido em abundância e o MQL (sem limpeza da superfície de corte do rebolo) e MQL (com a limpeza, utilizando o ângulo de incidência do ar comprimido na superfície de corte do rebolo fixo a 30 graus). Este ângulo foi escolhido por ser a melhor condição mostrada nos trabalhos de outros autores. Consideraram-se as variáveis de saída do processo: rugosidade, desgaste diametral do rebolo, circularidade, além de análises metalográficas e medições de microdureza da superfície retificada para verificação de danos térmicos; de forma a analisar a viabilidade da substituição do tradicional método de aplicação dos fluidos em abundância pelo MQL com a limpeza. Os resultados mostraram a possibilidade de implementação da técnica da limpeza do rebolo como um aprimoramento tecnológico da mínima quantidade de lubrificante na retificação, reduzindo o consumo dos fluidos de corte. A técnica MQL com limpeza para um ângulo específico de incidência do ar comprimido mostrou-se extremamente eficiente com a obtenção de melhor acabamento superficial e dimensional, além de menor desgaste da ferramenta abrasiva e isenção de danos térmicos, quando comparada com os métodos convencionais sem a limpeza do rebolo. / The application of minimum quantity of lubricant (MQL) on machining of metals has emerged as an alternative to reduce the abundance of cutting fluids and then achieve a cleaner production. In grinding, although considered a breakthrough technique in the environmental aspect, its application is restricted due to excessive generation of heat and grinding wheel loading caused by the chips, damaging the final product quality and increasing tool wear. The objective of this research was to improve the MQL technique synthetic soluble oil Quimatic Tapmatic ME-2 using beyond the jet with air mixture and oil and water proportions using an additional jet of compressed air to clean the clogged pores of the wheel. Grinding wheel in tests were performed in cylindrical plunge grinding of the ABNT 4340 steel, quenched and tempered (54 HRC), with a vitrified cubic boron nitride (CBN). The suggested methods of lubrication were conventional (abundant fluid), MQL (that without the use of air jet to cleaning the wheel) and MQL plus cleaning system using the angle of incidence of the compressed air on the cutting surface of the grinding wheel fixed to 30 degrees. Other autors chose This angle to be the best condition shown in the works. This performance was evaluated based on an analysis of the process output variables: roughness, diametric wear of the grinding, roundness, and metallographic analysis plus microhardness measurements of the grounded surface to verify thermal damage incidence. The results showed the possibility of implementing the technique of cleaning as a technological enhancement to minimum quantity of lubricant in the grinding, reducing the use of cutting fluids. The technique MQL plus cleaning system, in a specific incident angle of the compressed air was extremely efficient, resulting in better surface finish, reduced tool wear and free of thermal damage when compared with conventional methods without cleaning of the wheel.

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No. of bitstreams: 1 ruzzi_rs_me_bauru.pdf: 21281490 bytes, checksum: 10fa99d212e46ed1283477b7d4f4821b (MD5) Previous issue date: 2017-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Em meio à atual busca por adequações dos processos produtivos em função da saúde humana e preservação do ambiente, sem abrir mão da preocupação com os custos e a qualidade dos produtos, é preciso pesquisas a tentar novas técnicas de lubri-refrigeração eficientes como alternativas às convencionais. Assim, busca-se técnicas modernas que possam substituí-las, nesse sentido, a técnica MQL (Mínima Quantidade de Lubrificante) vem sendo uma alternativa pois utiliza baixo fluxo de óleo com ar em alta pressão, diminuindo a quantidade de resíduos gerados no processo. A técnica de MQL já se consolidou no mercado como solução para determinadas operações de usinagem como a de torneamento, porém encontra dificuldades no processo de retificação devido à formação de uma “borra” de óleo com cavacos que se forma na superfície do rebolo prejudicando os resultados do processo. A fim de superar este desafio, foi desenvolvido um sistema de ar comprimido para promover a limpeza da superfície do rebolo através da retirada da camada de borra ou resíduo que se impregna a ele durante o processo de retificação com MQL. Assim, o presente trabalho visou a análise do desempenho dos fluidos biodegradáveis LB 1100 (óleo puro) e BIOCUT 9000 (diluído em água na proporção de 1:5) aplicados a zona de corte via técnica de MQL com um sistema auxiliar de limpeza da superfície de corte do rebolo, em relação à técnica convencional. Os ensaios de retificação cilíndrica externa de mergulho foram realizados no aço endurecido ABNT 4340 utilizando um rebolo convencional de óxido de alumínio. Foram avaliados três avanços radiais distintos, 0,25, 0,50 e 0,75 mm/min. O desempenho da técnica MQL com sistema de limpeza foi avaliado com base nos parâmetros de rugosidade, desvios de circularidade, potência de usinagem, desgaste diametral do rebolo, microdureza e micrografia. Os resultados mostraram que a usinagem com a técnica MQL com o sistema de limpeza da superfície do rebolo e fluido LB 1100, de modo geral, proporcionou um desempenho superior às demais técnicas nas mesmas condições analisadas, apresentando peças sem danos, com os melhores valores de Rugosidade (Ra) e desvios de circularidade e com o menor consumo de potência e rebolo, ressaltando o potencial do uso desta técnica no processo de retificação. / Currently seeking for suitability of the production processes due to the preservation of the environment and human health, without abandoning the concern with cost and quality of products, research is needed to try new efficient cooling-lubrication techniques as alternatives to conventional ones. Thus, modern techniques are sought to replace them, in this way, the MQL (Minimum Quantity of Lubricant) technique has been an alternative because it uses low oil flow with high pressure air, reducing the amount of waste generated in the process. The MQL technique has already consolidated itself in the market as a solution for certain machining operations such as turning, but it encounters difficulties in the grinding process due to the formation of an oil slurry with chips that forms on the surface of the grinding wheel, damaging the results of the process. To overcome this challenge, a compressed air system has been developed to promote the cleaning of the grinding wheel surface by removing the layer of sludge or residue which is impregnated thereto during the grinding process with MQL. Thus, the present research had as objective the performance analysis of the biodegradable fluids LB 1100 (pure oil) and BIOCUT 9000 (diluted in water in a ratio of 1:5) applied to the cutting zone through the MQL technique with an auxiliary cleaning system of the grinding wheel cutting surface, in relation to the conventional technique. External cylindrical plunge grinding trials were performed on AISI 4340 hardened steel using a conventional aluminum oxide grinding wheel. Three distinct feed rates were evaluated: 0.25, 0.50 and 0.75 mm/min, respectively. The performance of the MQL technique with the cleaning system was evaluated based on the parameters of roughness, roundness error, grinding power, diametric wheel wear, microhardness and micrograph. The results showed that the machining with the MQL technique with the grinding wheel cleaning system and the fluid LB 1100, in general, provided the best performance in relation to the other techniques in the same analyzed conditions, presenting parts without damages, with the best values of roughness (Ra) and roundness error and with the lowest expenditure of power and wheel wear, highlighting the potential of the use of this technique in the grinding process.

Superligas à base de níquel têm uma grande variedade de aplicações, por exemplo, turbinas a gás de aviões, câmaras de combustão, válvulas de motores, etc. As suas principais propriedades são alta resistência mecânica às temperaturas elevadas (> 500 graus Celsius), alta resistência à abrasão, alta resistência à fadiga e boa resistência à corrosão. Por isso, são considerados materiais difíceis de serem retificados (ou Difficult To Grind - DTG). Condições severas de retificação em superligas podem causar altas temperaturas de corte (podendo atingir 1000 graus Celsius) e altas tensões (pressão) na região de contato (podendo chegar a 3450 MPa), o que leva ao desenvolvimento rápido do desgaste do rebolo, dependendo das suas características e da severidade das condições de corte. A melhoria do processo de retificação pode ser atingida com a utilização de grãos superabrasivos mais duros, como o CBN. O CBN apresenta um alto desempenho na usinagem e sua aplicação tem como principais vantagens: a redução dos tempos de ciclo, melhor qualidade e aumento de produtividade. O desgaste da ferramenta de corte nos diversos processos de fabricação é de extrema importância no custo total da produção, portanto, na retificação de superligas, o desgaste do rebolo CBN deve ser mínimo devido ao seu alto custo. O presente trabalho avalia o desempenho de um rebolo de CBN vitrificado na retificação dos materiais Inconel 751, Silcrome 1 e 21-2N. Testes foram realizados variando-se apenas a velocidade de avanço para determinar a influência deste no desgaste do rebolo. Foi possível determinar assim, a relação entre o desgaste da ferramenta e a força tangencial em um grão, obtendo-se uma curva característica do rebolo. / Nickel-based superalloys have a great variety of applications, for example, aircraft gas turbines, combustion chambers, engines valves, etc. Their main properties are high strength at high temperatures (> 500 Celsius degrees), high resistance to the abrasion, high fatigue strength and good resistance to the corrosion. Therefore, they are considered difficult to grind (DTG) materials. Severe grinding conditions of superalloys can cause high cutting temperatures (able to reach 1000 Celsius degrees) and high tensions in the contact zone (able to reach 3450 MPa). This leads to the fast development of the wear of CBN wheels, depending on the tool characteristics and the severity of the cutting conditions. The improvement of the grinding process can be reached with the use of harder superabrasive grains, as the CBN. The CBN presents high performance in machining. The main advantages are: the reduction of the cycles times, better quality and increase of productivity. The wheel wear is extreme important in the total production cost, therefore, in the grinding of superalloys, the wear CBN wheels have to be minimum due to its high cost. The present work evaluates the performance of vitrified CBN wheels in the grinding process of Inconel 751, Silcrome 1 and 21-2N. Tests were carried out varying the feed-rate to establish its influence on the wheel wear. It was possible to determine the relation between tool wear and tangential force per grain, obtaining the wheel characteristic curve.