Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:15:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344643.pdf: 2892377 bytes, checksum: ee55c6e3f7662352a0cc1ef693ce44ea (MD5) Previous issue date: 2016 / O aumento da população, juntamente com a crescente escassez dos recursos naturais, vem aumentando a intensidade dos impactos ambientais. Estes fatores têm gerado um aumento na consciência social, forçando os órgãos reguladores a encorajar a diminuição do consumo de energia, cuja geração está intimamente ligada a diversas questões ambientais. Este encorajamento se tornou um incentivo às pesquisas de métodos para a redução do consumo de energia, principalmente nos setores onde os maiores consumos são observados, que inclui o setor de manufatura. Especificamente o processo de usinagem, é responsável por grande carga ambiental associada tanto ao consumo de energia, quanto aos fluidos de corte utilizados e outros fatores. Uma forma de tornar os processos de usinagem mais sustentáveis é mediante a redução do consumo de energia, que pode ser obtida reduzindo-se o caminho percorrido pela da ferramenta de corte. Este trabalho fornece uma avaliação do consumo de energia durante o processo de fresamento de cavidades com duas ferramentas para diferentes trajetórias. A geração das trajetórias foi realizada utilizando-se um software CAM (Manufatura Assistida por Computador) e três tipos trajetórias foram geradas para comparação, sendo elas: paralela ao contorno, ziguezague e uma combinação de trajetória trocoidal e paralela ao contorno. As trajetórias estudadas apresentaram uma variação significativa no consumo total de energia ativa para cada uma das ferramentas. Os resultados comprovam a importância de gerar trajetórias que diminuam o caminho percorrido pela ferramenta e o tempo de usinagem, além de destacar a necessidade da seleção adequada dos parâmetros de corte e das demais variáveis envolvidas na usinagem, de maneira a tornar o processo mais sustentável.<br> / Abstract : The increase in population, coupled with the increasing scarcity of natural resources has increased the intensity of environmental impacts. These factors have led to an increase in social consciousness, forcing regulators to encourage the reduction of energy consumption, whose generation is closely linked to several environmental issues. This encouragement has become an incentive to research methods for reducing energy consumption, especially in sectors where the greatest consumption are observed, including the manufacturing sector. Specifically the machining process, is responsible for much environmental burden associated with both energy consumption, the cutting fluid used and other factors. One way to make the most sustainable machining processes is by reducing energy consumption, which can be obtained by reducing the path of the cutting tool. This paper provides an assessment of energy consumption during the cavity milling process with two tools for different paths. The generation of trajectories was performed using a software CAM (Computer Aided Manufacturing) and three types of trajectories were generated for comparison, these being: parallel to the contour, zigzag and a combination of trochoidal and parallel to the contour. The trajectories studied showed a significant variation in the total consumption of active power for each tool. The results prove the importance of generating trajectories that reduce the path taken by the tool and the machining time, and highlight the need for proper selection of cutting parameters and other variables involved in the machining process, in order to make it more sustainable.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T12:08:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199967.pdf: 4396901 bytes, checksum: 05a1dbba94b1690d2ca06fc0efb65e44 (MD5) / O presente trabalho consiste na determinação das Curvas Limite de Conformação por procedimentos experimentais e simulação numérica do processo de estampagem.

Resumo: Na estampagem de chapas pré-furadas é comum a geração de trincas nas bordas de furos que foram submetidos à expansão durante o processo de estampagem. Aços avançados de alta resistência (AHSS) laminados à quente podem facilmente nuclear trincas em regiões superficiais nas bordas dos furos expandidos devido aos métodos de processamento que foram empregados para furar as chapas. A capacidade de um furo ser expandido não é dependente somente da ductilidade do material. A qualidade superficial da parede do furo, bem como o seu diâmetro são de extrema importância na sua razão de expansão. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a expansão de furos puncionados por processo inovador de puncionamento com brochamento, bem como a conformabilidade de chapas de aço multifásico CPW800 empregando diferentes cargas de prensa-chapas. Para desenvolvimento do estudo foi definida a seguinte metodologia: ensaios de puncionamento com duas geometrias distintas de punção inovador (tipo 1 e tipo 2), uma geometria clássica de punção (tipo 3) e três folgas distintas entre punção e matriz (1%, 3% e 5% da espessura da chapa) para definir a melhor combinação entre punção e matriz em termos de qualidade superficial dos furos. Ensaios de Nakazima para avaliar a estampabilidade do aço foram conduzidos empregando-se cargas de prensa-chapas distintas, sendo estas de 1002, 401 e 300,6 kN. Ensaios de expansão de furos com punção hemisférico e com punção reto foram realizados para determinar a razão de expansão de furos puncionados que apresentaram os melhores resultados quanto à qualidade superficial dos furos. Pelos resultados obtidos, verificou-se que o punção inovador "tipo 1" e a matriz com a folga de 1% da espessura da chapa proporcionaram os melhores resultados em termos de cilindricidade, circularidade e qualidade superficial dos furos. Comparações entre curvas limite de conformação obtidas a partir de ensaios de Nakazima realizados com as diferentes cargas de prensa-chapas indicaram que a conformabilidade do aço estudado diminuiu com a diminuição da carga no prensa-chapas. Os ensaios de expansão de furos permitiram constatar que capacidade máxima de expansão de um furo de 10 mm puncionado em chapa 1,6 mm pelo processo de puncionamento com brochamento foi em torno de 50% do diâmetro inicial do furo. As seguintes conclusões podem ser apresentadas: Ocorre diminuição da conformabilidade do aço devido à nucleação de trincas nos furos puncionados, trincas as quais são causadas pelo estiramento das bordas dos furos. A carga no prensa-chapas tem influência direta na conformabilidade do aço CPW800 de forma que diminuição gradativa da carga no prensa-chapas reduz a capacidade do material estirar. Portanto, o ajuste adequado da carga no prensa-chapas na estampagem do aço multifásico CPW800 é primordial para que produtos estampados por embutimento e estiramento sejam manufaturadas de forma satisfatória.

Resumo: A estampagem tem por finalidade a fabricação de peças a partir de chapas planas. Este processo tem como um dos seus maiores usuários a indústria automobilística, que é um dos maiores mercados para aços de alta resistência e uma importante força motriz para o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias. Desta forma, procura-se cada vez mais pesquisar a influência dos parâmetros nos processos de conformação, permitindo as indústrias conhecer melhor as variáveis e entender a estampabilidade das chapas utilizadas. Nas últimas décadas o aumento da concorrência e a crescente demanda por carros mais seguros, econômicos e menos poluentes exigiram das montadoras, siderúrgicas e comunidade científica investimentos na pesquisa de novos aços. O resultado dessas pesquisas foi o aumento significativo na utilização de aços avançados de alta resistência nos automóveis. O objetivo desse trabalho foi analisar o tipo de fratura em chapas de aço DP600 quando submetidos aos estados de tensões uniaxial, biaxial e plano de deformação, através dos ensaios de tração e estampagem (embutimento e estiramento). Para se obter o estado plano de deformação utilizou-se corpo de prova de 200mm, punção no formato cilíndrico e uma leve carga no prensa-chapas, permitindo o escoamento do material, e também com corpo de prova de 125x200mm estampado com punção hemisférico, travando totalmente a chapa; o estado biaxial de tensão obteve-se com a utilização de corpo de prova de 200x200mm, punção hemisférico e total restrição do fluxo da chapa; e através dos ensaios de tração com corpo de prova no formato “gravata” e estampagem do corpo de prova de 75x200mm, com punção hemisférico, travando totalmente a chapa foram obtidos o estado uniaxial de tensão. Foi constatado, através do MEV, que o estado de tensão teve influência no micromecanismo de fratura, principalmente no estado plano de deformação, que apresentou regiões de clivagem, portanto frágil, envoltas por alvéolos, fratura dúctil. Já nos estados uniaxial e biaxial de tração apresentaram somente alvéolos, caracterizando uma fratura dúctil clássica. Demonstrando que um material não é dúctil ou frágil, depende do estado de tensão ao qual foi submetido para provocar a fratura.

Resumo: As matrizes para injecao de aluminio desempenham um papel extremamente importante no processo de injecao sob pressao. Durante a fabricacao das matrizes ha uma grande preocupacao com a confiabilidade na engenharia aplicada ao projeto e principalmente no comportamento dos acos utilizados. A fabricacao em funcao do elevado custo e ao tempo necessario para a fabricacao do molde, evidencia o desafio constante de se maximizar o numero de ciclo de vida dessas ferramentas. A variacao do comportamento das propriedades mecanicas do aco em funcao da temperatura como a densidade, modulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, coeficiente de dilatacao termica, dureza, condutividade termica e limite de resistencia podem gerar tensoes de origem termica com amplitudes favoraveis ao inicio de uma trinca. Para essa pesquisa foi estudado a a influencia da fadiga termica no numero de ciclos de vida na superficie de uma matriz para injecao de aluminio sob pressao em um aco AISI H13, a fadiga termica e a maior responsavel perante a iniciacao das fissuras, estima-se que deve ser em aproximadamente 80% a origem das trincas de origem termica. Para os resultados foi necessario avaliar o comportamento do aco AISI H13 para diferentes gradientes de temperatura, variando em ƒ¢T=200 ‹C, ƒ¢T=225 ‹C e ƒ¢T=250 ‹C. Com os resultados obtidos atraves do metodo dos elementos finitos, foi possivel obter as diferentes tensoes de origem termica utilizando o software Abaqus CAE. Assim foi possivel determinar quantidade de numero de ciclos ate o inicio da trinca atraves da equacao de Basquin e elaborar propostas para coeficientes de correcoes na determinacao do numero de ciclos de vida da matriz de injecao de aluminio sob pressao para aplicacoes envolvendo a fadiga termica.

Resumo: O processo de conformacao de chapas metalicas e amplamente utilizado na industria de transformacao da materia-prima, com destaque para a producao de pecas por dobramento. Nesse trabalho foram conformadas tiras de acos HSLA450, DP800 e TRIP800 pelos processos de dobramento em L e em V, visando atingir uma geometria pre-determinada, sem retorno elastico. O retorno elastico e muito comum em processos de conformacao e tambem de extrema importancia, pois, muitos componentes estruturais sao fabricados pelo processo de dobramento de chapas, sendo posteriormente interligados mediante elementos de uniao. Entretanto, a falta de precisao dimensional dessas chapas dobradas devido a recuperacao elastica, pode resultar em um pre-tensionamento das juntas e elementos de uniao, devido a montagens forcadas, o que pode resultar em falha prematura desses componentes. Assim, foi medido o retorno elastico apos dobramento em L e percebida a variacao do mesmo com diferentes raios de dobra. Foi percebido tambem, que a forca aplicada na chapa durante os processos de dobramento teve variacao com raio de curvatura. No dobramento em V foram aplicadas forcas superiores a necessaria para processo e verificou-se reducao de retorno, anulacao e ate avanco elastico com o aumento da forca aplicada na regiao da dobra.

Resumo: No tryout de ferramentas de estampagem, mudanças são freqüentemente necessárias, desde a escolha de um novo material com melhor conformabilidade, até ajustes no design de matrizes e punções a fim de se atingir o grau de satisfação esperado para o produto. Todas essas ações, no entanto, tomam tempo e dinheiro, o que mostra a necessidade de uma melhor avaliação das chapas metálicas a serem utilizadas, como uma forma de se evitar estas perdas provocadas pelo conhecimento insuficiente das reais condições de deformação a que os materiais podem ser submetidos. Desta forma, procura-se cada vez mais desenvolver ensaios de laboratório que permitam às indústrias de estampagem conhecer melhor a estampabilidade das chapas utilizadas, e que sirvam como base de dados para o desenvolvimento de modelos computacionais cada vez mais precisos para a simulação de processos de estampagem. Levando em conta que a eficiência na fabricação de um produto estampado está no grau máximo de deformação que a chapa metálica pode ser submetida antes da sua ruptura, pode-se dizer que o levantamento da curva limite de conformação (CLC) de um aço corresponde a um método bastante eficaz para esta avaliação, sendo bastante utilizada por diversos autores em publicações recentes. Um objeto de estudo pouco investigado, porém, é a influência do prensa-chapas na estampabilidade das chapas metálicas, em especial de aços de nova geração que possuem fases duras em sua microestrutura. Com base nisso, o projeto de pesquisa em questão tem como objetivo principal a avaliação da influência da carga do prensa-chapas na estampagem do aço “Dual Phase” DP600, que se caracteriza por ser um aço de alta resistência, com sua microestrutura composta de “ilhas” de martensita dispersas em uma matriz ferrítica numa proporção aproximada de 17%. No estudo realizado, foi levantada a curva limite de conformação do aço DP600 através do ensaio de estampagem Nakazima, com “draw bead” travando totalmente o escoamento do material e, posteriormente, variando a carga do prensa-chapas. As cargas utilizadas foram de 130tf, 80tf e 58tf. Para cada valor de carga, foram medidas as deformações planares principais e comparadas a CLC obtida pelo teste de Nakazima. Pelos resultados obtidos, verificou-se um aumento na conformabilidade máxima do aço para a carga de 130tf, uma equivalência de resultados com a CLC obtida pelo método Nakazima para a carga de 80tf e uma redução na estampabilidade do material para a carga de 58tf. Pela análise da fratura das amostras em um microscópio eletrônico de varredura, contatou-se que nos ensaios com as menores cargas no prensa-chapas, acentuou-se o surgimento de pontos de fratura frágil (clivagem) nas amostras, como conseqüência da maior taxa de deformação do material, o que induziu o surgimento das “shear fractures”, ou fratura por cisalhamento. Como conclusão do trabalho, pode-se dizer que a carga do prensa-chapas é altamente significativa na conformação de aços “dual phase”, uma vez que o seu ajuste correto pode levar a um ganho considerável na conformabilidade do material, permitindo a produção satisfatória de peças com maior grau de complexidade.

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Esta dissertação apresenta uma aplicação de algoritmos genéticos na otimização de parâmetros de corte em uma operação de fresamento de topo esférico de planos inclinados, considerando quatro estratégias de usinagem e dois diferentes materiais dos corpos de prova (ABNT P20 e ABNT H13). O objetivo da otimização foi minimizar o tempo de usinagem, e a principal restrição técnica foi a rugosidade das superfícies usinadas. A aplicação proposta apresentou resultados satisfatórios na otimização dos parâmetros de corte, mas houve diferenças significativas nos resultados de rugosidade obtidos no modelo matemático e nos ensaios experimentais de validação. Uma análise das superfícies usinadas demonstrou que a formação das mesmas não ocorreu de forma regular e homogênea, e não foram observadas tendências claras de comportamento com relação às diferentes estratégias e materiais. Também foi observada a significativa influência de instabilidades dinâmicas durante a usinagem, cujos efeitos não são considerados no modelo matemático aplicado no problema de otimização, o que explica as diferenças observadas entre os resultados de rugosidade computacionais e experimentais. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-07-10T12:41:21Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago Vacaro.pdf: 4017619 bytes, checksum: 195b1efb500e0a9e990e86751db2f759 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-10T12:41:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago Vacaro.pdf: 4017619 bytes, checksum: 195b1efb500e0a9e990e86751db2f759 (MD5) / This dissertation presents an application of genetic algorithms in the optimization of cutting parameters on a ball end milling operation of inclined planes, considering four machining strategies and two different materials of the workpieces (ABNT P20 and ABNT H13). The objective of the optimization was to minimize the machining time, and the main technical restriction was the roughness of the machined surfaces. The proposed application presented satisfactory results in the optimization of cutting parameters, but significant differences occurred between the roughness results obtained with the mathematical model and in the experimental validation. An analysis of the machined surfaces has shown that the formation of the surfaces did not occur on a regular and homogeneous way, and no clear trends with respect to different strategies and materials were observed. The significant influence of dynamic instabilities during machining was also observed, whose effects are not considered in the mathematical model applied to the optimization problem, which explains the differences observed between the results of computational and experimental roughness.

Esta dissertação apresenta uma aplicação de algoritmos genéticos na otimização de parâmetros de corte em uma operação de fresamento de topo esférico de planos inclinados, considerando quatro estratégias de usinagem e dois diferentes materiais dos corpos de prova (ABNT P20 e ABNT H13). O objetivo da otimização foi minimizar o tempo de usinagem, e a principal restrição técnica foi a rugosidade das superfícies usinadas. A aplicação proposta apresentou resultados satisfatórios na otimização dos parâmetros de corte, mas houve diferenças significativas nos resultados de rugosidade obtidos no modelo matemático e nos ensaios experimentais de validação. Uma análise das superfícies usinadas demonstrou que a formação das mesmas não ocorreu de forma regular e homogênea, e não foram observadas tendências claras de comportamento com relação às diferentes estratégias e materiais. Também foi observada a significativa influência de instabilidades dinâmicas durante a usinagem, cujos efeitos não são considerados no modelo matemático aplicado no problema de otimização, o que explica as diferenças observadas entre os resultados de rugosidade computacionais e experimentais. / This dissertation presents an application of genetic algorithms in the optimization of cutting parameters on a ball end milling operation of inclined planes, considering four machining strategies and two different materials of the workpieces (ABNT P20 and ABNT H13). The objective of the optimization was to minimize the machining time, and the main technical restriction was the roughness of the machined surfaces. The proposed application presented satisfactory results in the optimization of cutting parameters, but significant differences occurred between the roughness results obtained with the mathematical model and in the experimental validation. An analysis of the machined surfaces has shown that the formation of the surfaces did not occur on a regular and homogeneous way, and no clear trends with respect to different strategies and materials were observed. The significant influence of dynamic instabilities during machining was also observed, whose effects are not considered in the mathematical model applied to the optimization problem, which explains the differences observed between the results of computational and experimental roughness.