O material, metálico ferro fundido cinzento, é muito utilizado industrialmente, principalmente na área automobilística. Usinagem com alta velocidade tem sido uma tendência atual para aumentar a produtividade, com a possibilidade de se ober ótima qualidade superficial, possivelmente eliminando processos subseqüentes. Aliado à questão de qualidade ambiental, as operações de usinagem têm-se voltado para usinagem a seco ou com mínima quantidade de lubrificante (MQL - minimal quantity of lubricant). Este trabalho estuda o torneamento com alta velocdidade de ferro fundido cinzento GG25 através de usinagem a seco e com MQL. Utiliza-se, em operação de faceamento, ferramenta de cerâmica mista (Al2O3+ TiC) e metal duro com cobertura (TiCN/Al2O3/TiN), usando velocidades de corte muito acima dos valores tradicionais. Comparativamente o desgaste é significativamente menor na cerâmica. O tipo de desgaste predominante é o desgaste de flanco. Os principais mecanismos de desgaste encontrados são abrasão mecânica e delaminação. O aumento do avanço diminui o desgaste de flanco. Existe uma razão entre a vazão de óleo e a vazão de ar na lubrificação MQL que viabiliza sua aplicacão com relação ao desgaste de flanco. Em todas as condições testadas, o sistema MQL mostra ser capaz de reduzir a rugosidade superficial Ra. / The gray cast iron material is very used industrially, mainly in the automotive industry. High speed machining is the current tendency to increase the productivity, with the possibility of obtaining good surface quality, possibly eliminating subsequent operations. Due to regulations on the subject of environrnental quality, the machining operations have been turned to dry machining or minimal quantity of lubricant (MQL). This work studies the turning process at high speed of gray cast iron GG25 with dry machining and MQL techniques. The operation uses face turning with coated carbide (TiCN/Al2O3/TiN) and mixed alumina ceramic (Al203+ TiC) with cutting speeds much higher than the traditional recommended values. Comparatively, the wear is significantly smaller in the mixed alumina ceramic tools. The predominant type of wear is the flank wear. The main wear mechanisms are mechanical abrasion and delamination. The increase of feed values shows some reduction on the flank wear. It seems to exist an ideal ratio of oil to air in the MQL system, which makes possible its application for reducing flank wear on the tools. In all conditions tested, the MQL system shows to be able to reduce surface roughness (Ra).

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

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The nickel-based superalloys have a high mechanical strength which remains at elevated temperature, high creep and fatigue resistances and excellent oxidation resistance. This makes these alloys highly recommended for use in high temperature working environments such as mechanical components for the aerospace industry. However, these characteristics are major problems when machining them, as it promotes high heat generation in the flow zone, resulting in the development of high wear rates on the cutting tools. In order to reduce the problems caused by the high temperatures generated, the application of a cutting fluid, when possible, is essential to reduce friction at the chip-tool-workpiece interfaces and lower the temperatures in the cutting zone. Seeking to further increase in the efficiency of cutting fluids during machining of nickel alloys, this work presents a study of the influence of solid lubricants, graphite and molybdenum disulphide (MoS2) mixed to a vegetal based cutting fluid, applied by conventional method (flooding) and minimal quantity of fluid - MQF in turning of Inconel 718 with carbide and ceramic (mixed, whisker and SiAlON) tools. When turning with cemented carbide tools the addition of graphite to the cutting fluid provided the best results, while with ceramic tools MoS2 presented the best performance. The life of the carbide tool had an average increase above 200% in conventional flooding application of cutting fluid when compared to MQF, regardless the addition of solid lubricant. The addition of solid lubricants promoted an increase in the life of whisker and SiAlON tools. The flank wear was dominant for cemented carbide tools and SiAlON ceramics, while for whisker and mixed ceramics the notch wear was predominant. Attrition and diffusion wear mechanism were observed in all evaluated conditions. The addition of solid lubricant to the cutting fluid provided significant improvements in the surface roughness values for most of the evaluated conditions. However, there were no significant changes in the machining forces and cutting temperature. The residual stress was tensile and compression, depending on the fluid application method. Overall, the addition of solid lubricant showed no significant differences. / As superligas à base de níquel apresentam alta resistência mecânica que se mantém em elevadas temperaturas, altas resistência à fluência e à fadiga e excelente resistência a oxidação. Isso torna estas ligas altamente recomendadas para utilização em ambientes que trabalham a altas temperaturas, como por exemplo na fabricação de componentes mecânicos para a indústria aeroespacial. Entretanto, esta característica representa um grande problema quando elas são usinadas, pois promove elevada geração de calor na zona de fluxo, implicando no desenvolvimento de altas taxas de desgaste da ferramenta de corte. A fim de reduzir os problemas causados pelas altas temperaturas geradas, a aplicação de um fluido de corte, quando possível, é essencial, proporcionando redução do atrito na interface cavaco-ferramenta-peça e menores temperaturas na zona de corte. Na busca de aumentar ainda mais a eficiência dos fluidos de corte na complexa usinagem das ligas de níquel, este trabalho apresenta um estudo da influência dos lubrificantes sólidos grafite e bissulfeto de molibdênio (MoS2) misturado a um fluido de corte de base vegetal, aplicados pelo método convencional (jorro) e mínima quantidade de fluído MQF, no torneamento do Inconel 718, com ferramentas de metal duro e cerâmicas (mista, whisker e SiAlON). No torneamento com ferramentas de metal duro a adição de grafite ao fluido de corte proporcionou os melhores resultados, enquanto que no torneamento com ferramentas cerâmicas, foi o MoS2 que apresentou melhor desempenho. A vida da ferramenta de metal duro teve um incremento acima de 200% na usinagem convencional (jorro) quando comparado com a usinagem por MQF, sem considerar a adição do lubrificante sólido. A adição de lubrificantes sólidos promoveu um incremento na vida das ferramentas whisker e SiAlON. O desgaste de flanco foi predominante para as ferramentas de metal duro e cerâmica SiAlON, enquanto que nas cerâmicas whisker e mista o desgaste de entalhe foi predominante. Os mecanismo de desgaste de attrition e difusão foram observados em todas as condições avaliadas. A adição de lubrificante sólido ao fluido de corte proporcionou melhorias significativas nos valores da rugosidade para a maioria das condições avaliadas. No entanto, não se observou mudanças significativas nas forças e temperatura de usinagem. As tensões residuais foram de tração e compressão, dependendo do método de aplicação do fluido. No geral, a adição do lubrificante sólido não apresentou diferenças significativas. / Doutor em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In machining processes the main functions of cutting fluids (FC) are cooling and lubrication of the tribological system comprised of the workpiece, the chip and the cutting tool. When adequately chosen and correctly applyed they may raise tool lives, reduce machining forces and improve the surface finishing of the workpiece. However, during their use, research has demonstrated that water based cutting fluids (emulsions and solutions) become suceptible to microbiological contamination (by bacterias) that uses nutrients encountered in their composition to grow and reproduce. According to the specialised literature, the metabolic activities of these microorganisms degrade the cutting fluids, altering their chemical and phisycal properties. However, the study of this theme is limited and there is no research work that quantitatively indicates the influence of these contaminants in the machinability parameters. Therefore, the present work has the main objetctive of quantifying three machinability parameters (cutting force, surface roughness and tool life) when turning V304UF stainless steel using two water based cutting fluids (emulsion of vegetable base and semi-syntetic of mineral base). These two cutting fluids were intentionaly contaminated in an induced manner by periodic inoculations up to a mean contamination of 105 UFC/mL. With this procedure it was possible to compare the eficiency of new and contminated cutting fluids during the turning process. The results showed that the contaminated cutting fluids with 105 UFC/mL changed the pH, destabilized the emulsions and caused small changes in the machinability parameters (maching force, surface roughness and tool life), mainly under low cutting speeds and feed rates. Thus, the contamination of the cutting fluids, particularly the vegetable base ones, can promote small influences in important machinability parameters. / Em processos de usinagem as principais funções dos fluidos de corte (FC) são refrigerar e lubrificar o sistema tribológico constituído pela peça, cavaco e ferramenta. Quando escolhidos e aplicados corretamente, eles podem aumentar a vida da ferramenta, diminuir as forças de usinagem e melhorar o acabamento da peça fabricada. No entanto ao longo de sua utilização, pesquisas apontam que os FC s à base de água (emulsões e soluções) tornam-se susceptíveis a contaminação microbiológica (bactérias) que usam nutrientes encontrados em sua composição para crescerem e se reproduzirem. Segundo a literatura especializada, as atividades metabólicas destes microrganismos degradam os FC s, alterando suas propriedades físicas e químicas. Entretanto, o estudo desse assunto é limitado, e não há trabalhos que indicam quantitativamente a influência desses fluidos contaminados nos parâmetros de usinagem. Deste modo, este trabalho teve como principal objetivo quantificar três índices de usinabilidade (forças de usinagem, acabamento superficial e vida da ferramenta) no processo de torneamento do Aço Inoxidável Austenítico V304UF, utilizando dois FC s aquosos (emulsionável de base vegetal e semissintético mineral). Esses FC s foram contaminados de forma induzida através de inoculações periódicas até alcançarem o nível de contaminação média igual a 105 UFC/mL. Deste modo, foi possível comparar a eficiência dos FC s novos com os contaminados no processo de torneamento. Os resultados mostraram que as contaminações dos FC s com 105 UFC/mL, alteraram o pH do meio, desestabilizaram as emulsões e causaram pequenas mudanças nos parâmetros de forças de usinagem, rugosidade e vida da ferramenta, principalmente nas condições com baixa velocidade de corte e taxas de avanço. Assim, para baixas velocidades de corte, os fluidos de corte contaminados, principalmente de base vegetal, podem causar pequenas influências em importantes parâmetros de usinabilidade do processo. / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho tem a intenção de contribuir com informações sobre a integridade superficial resultante do processo de torneamento em material endurecido de componentes mecânicos fabricados em aço cementado ABNT 8620 (DIN 21 NiCrMo 2). A análise das tensões residuais do corpo de prova foi experimentalmente conduzida pelo Método do Furo Cego Incremental, no qual um pequeno furo é introduzido na superfície do componente e a deformação aliviada é registrada por meio de extensômetros especiais, e também, pelo método da difração de raios-X. A superfície foi analisada através de parâmetros obtidos do mapeamento tridimensional da topografia superficial com instrumento de interferometria laser. Os parâmetros de rugosidade, selecionados para medição, visaram uma caracterização funcional das superfícies obtidas, tais como capacidade de carga, capacidade de retenção de fluidos lubrificantes e resistência ao desgaste. Também foram executados ensaios metalográficos para avaliar a existência de camadas de material alteradas abaixo da superfície. Os resultados indicaram que o torneamento em material endurecido foi capaz de produzir uma superfície resultante com boa área de contato, boa capacidade de carregamento e razoável capacidade de retenção de fluidos uma vez que nem todos os parâmetros se encontraram na faixa funcional ideal. O torneamento em material endurecido induziu tensão de compressão nas camadas das amostras cementadas, cuja condição original era tensão residual de tração. Não foram detectadas alterações expressivas na camada cementada, principalmente na região limítrofe da área transversal com a superfície devido ao aquecimento e rápido resfriamento imposto pelo processo de usinagem. / The aim of the present work is to provide relevant information regarding the obtained surface integrity during hard turning process of mechanical components manufactured from case hardened steel ABNT 8620 (DIN 21 NiCrMo 2). The sample residual stress analysis has been experimentally conducted by the incremental Blind Hole method, in which a small hole is machined on the surface of the component and the relieved deformation is recorded through special strain gages, and by the X-ray diffraction technique. The surface was examined by parameters obtained from the surface topography three-dimensional mapping with a laser interferometer instrument. The selected roughness parameters analysis intends to have a functional characterization such as bearing capacity, fluid and lubricants retention ability and contact wear resistance. In the search for altered material layers beneath the surface, metallographic studies were carried out. The functional bearing area curve analysis parameters indicated that the resulting surface has a good area contact, good bearing capacity and reasonable ability to fluid retention as the reduced valley depth parameter did not produced negative values for all conditions tested. The hard turnig process was able to add compression residual stress condition at the surface, and no significant changes were found at the case hardened layer due to rapid heating and cooling imposed by the hard turning process.