Orientador: Paulo Roberto de Aguiar / Co-orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Banca: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Rosemar Batista da Silva / Banca: Samuel da Silva / Resumo: O processo de retificação é considerado um dos últimos na cadeia de produção de peças de precisão, sendo, portanto, essencial ter um sistema de monitoramento confiável para avaliar a condição da superfície da peça. Neste trabalho é proposto o uso do método da impedância eletromecânica (EMI) para monitorar, em tempo real, o processo de retificação plana, especialmente no que diz respeito à condição da peça retificada. O método EMI se destaca por sua simplicidade e por utilizar componentes de baixo custo, tais como os transdutores piezelétricos de PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate). A fim de avaliar a viabilidade do método EMI no processo de retificação, ensaios experimentais foram realizados numa máquina retificadora plana empregando-se rebolo CBN e peça de aço SAE 1020, com transdutores de PZT instalados na peça e no seu suporte. Durante o processo de retificação, a impedância elétrica do transdutor foi medida e índices de dano foram calculados e comparados com o desgaste dad peça. Os resultados experimentais indicam que o método EMI pode ser uma alternativa eficiente e de baixo custo para o monitoramento de peças de precisão no processo de retificação plana / Abstract: Grinding is considered one of the last processes in precision parts manufacturing, which makes it indispensable to have a reliable monitoring system to evaluate workpiece surface integrity. This paper proposes the use of the electromechanical impedance (EMI) method to monitor the surface grinding in real time, paritularly the surface integrity of the ground workpiece. The EMI method stands out for its simplicity and for using low-cost components such as PZT (lead zirconate titanate) piezoelectric transducers. In order to assess the feasibility of applying the EMI method to the grinding process, experimental tests were performed on a surface grinder using a CBN wheel and a SAE 1020 steel workpiece, with PZT transducers mounted on the workpiece and its holder. During the grinding process, the electrical impedance of the transducers was measured and damage indices were calculated and compared with workpiece wear. The experimental results indicate that the EMI method can be an efficient and cost effective alternative for monitoring precision workpieces during the surface grinding process / Doutor

Uma das dificuldades do processo de retificação center-less é o estabelecimento de padrões confiáveis que determine com pequena margem de erro problemas no processo. Este trabalho visa desenvolver um sistema de monitoramento capaz de identificar falhas ocorridas durante a dressagem e o processo de retificação center-less acima dos centros de hastes de válvulas. Para tanto, inicialmente, foi feito um estudo teórico e prático acerca do processo de retificação center-less com o objetivo de conhecer seus elementos básicos, características, principais problemas e fatores que influenciam o processo. Em função da grande aplicação da emissão acústica em operações de retificação, foi desenvolvida uma nova metodologia, onde foi possível criar um mapa digital, baseado em informações acústicas detalhadas do processo, usando para isto uma constante de tempo muito pequena. Os resultados mostraram a potencialidade do sistema de mapeamento em detectar e diagnosticar problemas ocorridos durante processos de retificação e dressagem. Assim, pode-se atuar sobre o processo de tal forma a corrigir estas anomalias. / One of the difficulties of the center-less grinding process is to establish reliable patterns to determine, with a small error, problems in the process. This work aims to develop an monitoring system able to identify flaws happening during the dressing and the center-less grinding process above the center of values stems. Initially a theoretical and practical study was conduct on the center-less grinding process with the objective of discussing its basic elements, characteristics, main problems and factors that influence the process. Due to the great application of acoustic emission in grinding operations a new methodology was developed, where it was possible to create a digital map, based on detailed acoustic information on the process using for this a very short time constant. The results showed the potentiality of this mapping system to detect and to diagnose problems during grinding and dressing. Therefore, it is possible to correct anomalies when plunge center-less grinding process.

Este trabalho descreve uma forma prática para planejamento do ciclo de operação de retificação por mergulho, em função da especificação dimensional da peça e da rigidez da máquina. Essa otimização é estendida além do ciclo, envolve produzir lotes de peças com dispersão das dimensões dentro de limites especificados. O tempo de set-up, que normalmente não está incluído no tempo de processo, aqui é incluído e considerado. A primeira atividade de laboratório teve como objetivo confirmar a relação entre a quantidade de material removido em função do tempo de spark-out. A segunda atividade comprovou a existência de uma relação linear entre a velocidade de avanço radial do rebolo e o diâmetro final da peça. A terceira atividade confirmou a existência de uma relação entre a velocidade de avanço radial e o índice de capabilidade especificado para o processo. Ainda, foi sugerida a inclusão deste processo proposto num programa CNC da máquina, de forma a se obter automaticamente o set-up. Concluiu-se que o método aqui apresentado reduziu significativamente o tempo de set-up da máquina conferindo um incremento de produtividade aos processos que fizerem uso deste princípio. / This work shows a practical way to design the cycle of a plunge grinding process as a function of workpiece dimensional specification and the machine stiffness. This optimization is extended beyond the cycle, it\'s included make batch of parts with dispersion within the specification limits. The set-up time, that usually isn\'t in the process time, here it was included and focused. The first activity of laboratory had an objective to confirm the relation of the amount of material removed as a function of spark out time. The second activity has been confirmed the linear relationship between the infeed velocity of the grinding wheel and the final diameter of the workpiece. The third activity has been confirmed the relation of the infeed velocity and the capability of the process. Yet, it was suggested to include this procedure in a CNC set of the machine to allow a faster and automatic set up. So, this work shows a conclusion that the set up time can be reduced a lot, allowing higher productivity for who use this procedure.

Este trabalho descreve uma forma prática para planejamento do ciclo de operação de retificação por mergulho, em função da especificação dimensional da peça e da rigidez da máquina. Essa otimização é estendida além do ciclo, envolve produzir lotes de peças com dispersão das dimensões dentro de limites especificados. O tempo de set-up, que normalmente não está incluído no tempo de processo, aqui é incluído e considerado. A primeira atividade de laboratório teve como objetivo confirmar a relação entre a quantidade de material removido em função do tempo de spark-out. A segunda atividade comprovou a existência de uma relação linear entre a velocidade de avanço radial do rebolo e o diâmetro final da peça. A terceira atividade confirmou a existência de uma relação entre a velocidade de avanço radial e o índice de capabilidade especificado para o processo. Ainda, foi sugerida a inclusão deste processo proposto num programa CNC da máquina, de forma a se obter automaticamente o set-up. Concluiu-se que o método aqui apresentado reduziu significativamente o tempo de set-up da máquina conferindo um incremento de produtividade aos processos que fizerem uso deste princípio. / This work shows a practical way to design the cycle of a plunge grinding process as a function of workpiece dimensional specification and the machine stiffness. This optimization is extended beyond the cycle, it\'s included make batch of parts with dispersion within the specification limits. The set-up time, that usually isn\'t in the process time, here it was included and focused. The first activity of laboratory had an objective to confirm the relation of the amount of material removed as a function of spark out time. The second activity has been confirmed the linear relationship between the infeed velocity of the grinding wheel and the final diameter of the workpiece. The third activity has been confirmed the relation of the infeed velocity and the capability of the process. Yet, it was suggested to include this procedure in a CNC set of the machine to allow a faster and automatic set up. So, this work shows a conclusion that the set up time can be reduced a lot, allowing higher productivity for who use this procedure.

No processo de retificação a dressagem desempenha um papel fundamental, uma vez que ela é responsável pela topografia da superfície de trabalho do rebolo, podendo afetar os resultados da retificação em termos da integridade superficial e precisão dimensional da peça, bem como a confiabilidade do processo. Portanto, como parte integrante da operação de retificação, a dressagem pode melhorar significativamente a qualidade das peças retificadas caso melhores dressadores sejam produzidos. Este trabalho tem o objetivo de estudar as principais características necessárias ao projeto de dressadores sinterizados que utilizam diamantes sintéticos de perfil constante e verificar experimentalmente a distribuição de temperaturas no dressador, obtidas através de ensaios práticos e simulação computacional pelo método dos elementos finitos. O modelo utilizado contém algumas limitações, porém os resultados obtidos mostraram que os níveis de temperaturas no dressador foram afetados pelos parâmetros de dressagem considerados no trabalho, a saber, a profundidade de dressagem (\'a IND. d\'), o grau de recobrimento de dressagem (\'U IND. d\') e a vazão do fluido refrigerante (Q). O desgaste do dressador foi afetado apenas pelos parâmetros de dressagem. / In grinding operations, dressing tools are of major importance, since they are responsible for the topography of the wheel working surface and, consequently, can affect the grinding results in terms of surface integrity, dimensional accuracy and process reliability. Therefore, as an important part of the grinding operation, dressing can significantly improve the quality of ground parts if better dressing tools are produced. This work studies the main needs for designing sintered dressing tools made with constant cross sectional synthetic diamonds. It also analyses the temperature distribution over a novel dressing tool design using experimental measurements to feed computacional simulation by the finite element method (FEM). The temperature model employed showed some limitations but the obtained results indicated that temperature levels over the dressing tool were affected by the dressing parameters considered in this work, namely the dressing depth of cut (\'a IND. d\'), the dressing overlapping parameter (\'U IND. d\') and the flow rate (Q). Additionally, one can say that the dressing tool wear was affected only by the dressing parameters

Superfícies funcionais dependem do controle das características das superfícies de um material para obter-se um desempenho funcional desejado. Essas superfícies têm importância em diversas áreas na engenharia, como: eletrônica, ótica, energia e tribologia. No campo da tribologia, uma aplicação é em virabrequins. A funcionalização da superfície adiciona micro cavidades que diminuem o atrito e aumentam as forças de sustentação do virabrequim. Para isso, essas cavidades possuem uma geometria específica, uma microrampa. Devido a essa forma especial, a fabricação dessas microrampas é complexa, já tendo sido alcançada empregando a metodologia de texturização com rebolos padronizados. Essa metodologia consiste na inscrição de padrões geométricos no rebolo durante a dressagem, posteriormente transferidos para a peça. Como a indústria moderna utiliza rebolos de CBN de ligante vitrificado para a retificação de virabrequins, a metodologia de texturização supracitada deve ser aplicável a esse ferramental. Esse trabalho descreve o desenvolvimento de uma unidade de dressagem capaz de inscrever padrões geométricos em rebolos de CBN vitrificados, sendo seu projeto baseado em análise modal. O trabalho apresenta as restrições de projeto, conceitos de solução, simulações dinâmicas e modelagem do processo de texturização. Para maximizar a resposta dinâmica, a unidade foi projetada para operar próxima de sua frequência natural. A unidade projetada é capaz de inscrever padrões geométricos no rebolo utilizando um disco dressador rotativo, e as texturas das peças produzidas com esse rebolo padronizado apresentam boa precisão geométrica para a aplicação em virabrequins. / Engineered surfaces rely on the control of the surface characteristics of a material to achieve a desired functional performance. These functional surfaces are important in several areas of engineering, such as: electronics, optics, energy and tribology. On tribology field, an application is in crankshafts. The surface functionalization is achieved by adding micro-cavities that reduce friction and increase crankshaft lift forces. These cavities have a specific geometry, called microramp. Due to this special geometry, manufacturing microramps is a complex process, having been achieved using the methodology of texturizing via grinding. This methodology consists in the inscription of geometric patterns in the grinding wheel during the dressing operation, later transferred to the piece. As the modern industry uses vitrified CBN grinding wheels for crankshaft grinding, the texturing methodology should be applicable to this tool. This work describes the development of a dressing unit capable of inscribing geometric patterns in vitrified CBN grinding wheels, having its design based on modal analysis. The work presents the design constraints, solution concepts, dynamic simulations and modeling of the texturing process. To maximize dynamic response, the unit is designed to operate near its natural frequency. The designed unit can inscribe geometric patterns on the grinding wheel using a rotating dressing disc, and the textures of the parts produced have good geometric precision for crankshaft applications.

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Hamilton José de Mello / Banca: Carlos Elias da Silva Junior / Resumo: A retificação é um dos processos mais importantes quando deseja-se atribuir extrema precisão, acabamento e qualidade a superfície da peça, sendo amplamente utilizado na indústria, atribui-se suas características a um processo de usinagem que emprega um rebolo com grãos abrasivos girando em alta velocidade para remover material. Suas aplicações consistem especialmente no final da cadeia produtiva, onde a retificação normalmente representa o último processo por onde a peça irá passar. O rebolo é constituído de grãos abrasivos e poros, unidos por um material aglomerante (ligante), formando uma estrutura abrasiva. Todavia, os rebolos podem possuir diferentes propriedades, uma vez que a dureza dos grãos abrasivos, resistência à abrasão, estrutura cristalina, forma, tamanho e friabilidade podem afetar a durabilidade e o desempenho do abrasivo. Assim, se faz muito importante a escolha correta do rebolo, pois suas propriedades influenciarão diretamente na produtividade e na qualidade da peça que é possível se obter com a utilização deste, levando em consideração os parâmetros do processo e o material a ser retificado. A seleção do material do grão abrasivo mais apropriado para cada operação tem que ser embasada de acordo com o material a ser retificado, além de possuir uma relação custo-benefício aplicável industrialmente. Fluidos de corte lubrificam e refrigeram a zona de corte, porém são prejudiciais ao meio ambiente e aos seres humanos, adicionando custos à indústria. Atrelado a i... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Grinding is one of the most important processes when it is desired to assign extreme precision, finish and quality to the workpiece surface, being widely used in industry, its characteristics are attributed to a machining process that employs an abrasive grinding wheel spinning at high speed to remove material. Its applications consist especially at the end of the production chain, where grinding usually represents the last process through which the part will pass. The grinding wheel consists of abrasive grains and pores, joined by a binder material, forming an abrasive structure. However, the grinding wheels may have different properties, since abrasive grain hardness, abrasion resistance, crystalline structure, shape, size and friability can affect the durability and performance of the abrasive. Thus, it is very important to choose the correct grinding wheel because its properties will directly influence the productivity and quality of the part that can be obtained with the use of this one, taking into account the parameters of the process and the material to be grinding. The selection of the most suitable abrasive material for each operation has to be based on the material to be rectified, besides having an industrially applicable cost-benefit ratio. Cutting fluids lubricate and cool the cutting zone, however they are harmful to the environment and humans, adding costs to the industry. Linked to this, an effective and relatively inexpensive method of controlling corrosion ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Paulo Roberto de Aguiar / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Banca: Fabricio Guimarães Baptista / Banca: Arthur Alves Fiocchi / Banca: Alessandro Roger Rodrigues / Resumo: O processo de retificação é um processo amplamente utilizado para produzir formas complexas e tolerâncias precisas em peças que são necessárias especialmente para a fabricação de componentes de engenharia. A retificação é um processo de manufatura situado na parte final da cadeia de usinagem, consistindo em uma operação de remoção de material da superfície da peça usinada e utiliza como ferramenta de corte o rebolo. No decorrer do processo de retificação a ferramenta de corte sofre desgaste e com isso, torna-se necessária a realização do processo de dressagem, cuja finalidade é restaurar a eficiência de corte do rebolo. A grande dificuldade no processo de retificação consiste em identificar o momento correto para a realização da dressagem e, para isso torna-se necessária a realização do monitoramento da ferramenta de corte (rebolo). Neste contexto, no presente trabalho desenvolveu-se uma técnica inovadora de diagnóstico da integridade superficial do rebolo, durante o processo de dressagem, baseada em imagens acústicas obtidas por meio de diafragma piezelétrico. Para isso, foram realizadas marcas (falhas) em um rebolo e, posteriormente, realizados ensaios com várias profundidades de dressagem, coletando sinais por meio de um sensor de emissão acústica e de um diafragma piezelétrico. Com base nesses sinais, foram avaliadas bandas de frequência para a obtenção de imagens acústicas que representassem com maior fidelidade e nitidez as marcas impressas no rebolo. Por fim, ambos os ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The abrasive machining process is a widely used process for producing complex shapes in work pieces and for providing precise tolerances that are especially required for the production of engineering components. Grinding is a manufacturing process placed at the end of the machining chain, consisting of an operation to remove material from the surface of the machined part and uses grinding wheels as a cutting tool. During the grinding process the cutting tool suffers wear and tear, and thus, it is necessary to perform the dressing process, whose purpose is to restore the cutting efficiency of the grinding wheel. The great difficulty in the grinding process is to identify the correct moment to perform the dressing, and for that reason, it is necessary to perform the monitoring of the cutting tool (grinding wheel). In this context, the present work made possible the development of an innovative technique to diagnose the surface integrity of the grinding wheel, during the dressing process, based on acoustic maps obtained through the piezoelectric diaphragm. Therefore, some patterns (marks) on a grinding wheel were performed and, later, tests were carried out with several dressing depths, acquiring signals from a commercial acoustic emission sensor and a piezoelectric diaphragm. Based on these signals, frequency bands were evaluated to obtain acoustic maps that represented with more fidelity and sharpness the marks inserted in the grinding wheel. Finally, both sensors (acoustic em... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Paulo Roberto de Aguiar / Banca: Freddy Armando Franco Baptista / Banca: Fabricio Guimarães Baptista / Resumo: Pesquisadores tem avaliado um grande número de técnicas de monitoramento para controlar a condição superficial de peças. O diafragma piezelétrico de titanato zirconato de chumbo (PZT) é utilizado em muitos campos de pesquisa, mas estes sensores não são comuns no mo-nitoramento dos processos de usinagem. Este trabalho propõe um método para monitorar a condição superficial da peça (usinagem normal e queima) usando um diafragma piezelétrico e técnicas de extração de características. Uma comparação é feita com o sensor convencional de emissão acústica (EA), que é um sensor amplamente utilizado no monitoramento dos proces-sos de usinagem. Os ensaios de usinagem foram realizados em uma máquina de retificação de superfícies utilizando aço ABNT 1045 e rebolo CBN, onde os sinais foram coletados a 2 MHz. As peças foram cuidadosamente analisadas por meio de inspeção visual, rugosidade superficial, medidas de dureza e análises metalográficas. Estudo do conteúdo de freqüência de ambos os sinais foi realizado com o objetivo de selecionar bandas estreitamente relacionadas com a condição da superfície da peça. Filtros digitais foram aplicados aos sinais puros e as características foram extraídas e analisadas. Os valores RMS (Root Mean Square) filtrados nas faixas selecionadas para ambos os sensores apresentaram um ajuste melhor à regressão linear, o que é altamente desejável para estabelecer um limiar para detecção da queima e im-plementação em um sistema de monitoramento. Além disso, os res... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Researchers have evaluated a great number of monitoring techniques in order to control the surface condition of ground parts. Piezoelectric diaphragm of lead zirconate titanate (PZT) are used in many fields, but these sensors are not common in the monitoring of machining pro-cesses. This paper proposes a method for monitoring the workpiece surface condition (normal grinding and burn) by using a piezoelectric PZT diaphragm transducer and feature extraction techniques. A comparison is made with conventional acoustic emission sensor, which is a traditional sensor in the monitoring of machining processes. Grinding tests were performed in a surface-grinding machine with SAE 1045 steel and CBN grinding wheel, where the signals were collected at 2 MHz. The workpieces were thoroughly analysed through visual inspec-tion, surface roughness and hardness measurements, and metallographic analyses. Study on the frequency content of both signals was carried out in order to select bands closely related to the workpiece surface condition. Digital filters were applied to the raw signals and features were extracted and analyzed. The RMS values filtered in the selected bands for both sensors presented a better fitting to the linear regression, which is highly desirable for setting a threshold to detect burn and implementing into a monitoring system. Also, the RMSD index results show an excellent behavior for grinding burn monitoring for both sensors. The method was validated by using a different... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Luiz Eduardo de Angelo Sanchez / Banca: Carlos Alberto Soufen / Banca: Alisson Rocha Machado / Banca: Carlos Elias da Silva Junior / Resumo: A busca por melhorias no processo de usinagem é cada vez maior, principalmente no que diz respeito aos procedimentos finais de corte, como a retificação. Isso porque tais técnicas é que irão garantir, na maioria das vezes, os parâmetros tão desejados no produto final, como tolerâncias dimensionais e geométricas, além da rugosidade. Especificamente no campo da retificação, muito já se avançou com o desenvolvimento de métodos de dressagem de rebolos, de lubrirrefrigeração e outros mais. Todavia, todos estes progressos foram conseguidos apenas no que diz respeito ao corte contínuo. Nesse sentido, torna-se necessário o estudo de todos estes parâmetros no processo de retificação por corte interrompido (peça com ranhuras), pois pouco, ou mesmo nenhum conhecimento e/ou estudo foi desenvolvido com este enfoque, visto que não é encontrado material algum na literatura formal, salvo aqueles em que o rebolo é o detentor das ranhuras. Na retificação, o calor gerado na zona de corte é extremamente elevado e o uso de fluidos de corte se faz indispensável para que seja possível refrigerar tanto a peça quanto o rebolo. O uso adequado dos fluidos implica em melhorias na operação de corte, propiciando uma maior produtividade, e, por isso, o mais comum é a utilização de fluido em abundância, tendo em vista que os agentes de arrefecimento e lubrificação são capazes de proporcionar uma retificação muito satisfatória, sem que haja quaisquer danos térmicos. Portanto, a presente tese teve o propósit... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The search for improvement in the process of machining is always increasing, especially in regards to the final cutting procedures, like grinding. That is because such techniques will guarantee, most of the time, the much desired parameters of the final product, such as dimensional and geometric tolerances, besides surface roughness. Specifically in the field of grinding, there has been much advancement with the development of grinding wheel dressing methods, lubrication and cooling and more. However, all this progress was obtained only when it comes to continuous cutting. In that sense, it becomes necessary to study all these parameters in the process of interrupted cutting in grinding (workpiece with grooves), since little to no knowledge and/or study was developed with that focus, seeing that no material is found in the formal literature, except for that in which the grinding wheel is the element with grooves. In grinding, the heat generated in the cutting zone is extremely high and the use of cutting fluids becomes indispensable to allow the cooling of both workpiece and grinding wheel. The adequate use of cutting fluids brings improvements in the cutting operation, providing higher productivity, and, because of that, the most usual technique is to use abundant cutting fluids, seeing that the cooling and lubrication agents are capable of providing a much more satisfactory grinding, without the occurrence of thermal damage. Therefore, the present thesis held the purpose of... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor