Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-07-17T20:14:00Z No. of bitstreams: 1 472389 - Texto Completo.pdf: 3567307 bytes, checksum: 701ea7ad45fd2a973390e2755f3d5161 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-17T20:14:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 472389 - Texto Completo.pdf: 3567307 bytes, checksum: 701ea7ad45fd2a973390e2755f3d5161 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / This work presents the influence of the heat treatment parameters of austempering carried out in a zinc aluminum bath on the mechanical properties of a ductile cast iron (ADI). Samples were extracted from as-cast standard blocks for the austempering heat treatment. The material was heated to 900?C for 60 minutes for austenitization and cooled in a zinc-aluminum bath, to a temperature of 400?C, for 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes. The samples were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, and mechanical tests (Brinell hardness, Micro Vickers hardness, Izod Impact Test and Tensile Test). The results, comparing the mechanical properties and microstructural characteristics in all cycles, present results compatible with the two stages of the material process window, confirming the effectiveness of the zinc-aluminum bath in getting the ADI. / O presente trabalho apresenta a influ?ncia da varia??o de par?metros do tratamento t?rmico de aust?mpera realizado usando um banho de zinco fundido, e os efeitos nas propriedades mec?nicas do ferro fundido austemperado (ADI). Corpos de prova foram extra?dos de blocos fundidos padronizados para aplica??o dos tratamentos t?rmicos de aust?mpera. O material foi aquecido a 900oC durante 60 minutos para austenitiza??o, e ent?o resfriado em um banho de zinco-alum?nio fundido a 400oC por 30 minutos, 60 minutos e 90 minutos. Os corpos de prova foram analisados por microscopia ?ptica, microscopia eletr?nica de varredura e ensaios mec?nicos (dureza Brinnell, microdureza Vickers, testes de Impacto Charpy e Resist?ncia ? Tra??o). Os resultados, comparadas as propriedades mec?nicas e caracter?sticas microestruturais em todos os ciclos, apresentam resultados compat?veis com os dois est?gios previstos pela janela de processo do material, confirmando a efetividade do banho de Zinco-Alum?nio na obten??o do ADI.

Este trabalho trata da usinagem em verde aplicada ao projeto de corpos cerâmicos, quanto a sua morfologia e propriedades requeridas e inclui estratégia de usinagem para seleção do processo, parâmetros de corte e ferramentas. A usinagem em verde é uma técnica estruturada na filosofia do near-net-shape e vem sendo amplamente aplicada na fabricação de peças cerâmicas de formatos variados e complexos, a exemplo de implantes ósseos. Por ser aplicada em compactos de baixa resistência mecânica exige precauções e controle sobre as forças aplicadas na usinagem. O trabalho objetiva a elaboração de uma matriz de decisão para estratégia de usinagem em verde para a seleção e tomada de decisões, que baseada em um produto, possa direcionar aspectos relativos à formulação de ligantes cerâmicos, tratamentos pós-conformação, ferramentas, equipamentos e parâmetros de usinagem. Foram preparados grânulos de aluminas, baseados em ligantes PVAl, PVB e acrílicos B-1022 e B-1007, compactados na forma de cilindros, blocos e de cones. Na usinagem foram empregadas ferramentas com abrasivos de diamante, CBN e alumina eletrofundida com ligante metálico, resinoide e vitrificado. Operações representativas da usinagem foram selecionadas e aplicadas na geração de cilindros, barras e furos. Seletivamente foram realizadas medidas de torque de usinagem e forças tangenciais desenvolvidas durante o corte em verde. A resistência mecânica à flexão foi medida em verde e após sinterização, enquanto a rugosidade foi medida após a sinterização. Os resultados mostram uma forte correlação entre resistência em verde dos compactados brutos e esforços de corte e foram observadas particularidades para cada ligante cerâmico aplicado e para cada tipo de abrasivo e ligante utilizado nas ferramentas. Como melhores resultados, de peças usinadas com rebolo de alumina eletrofundida, foram encontradas resistência mecânica em verde de 7,8 MPa em peças com ligante acrílico B-1022, resistência mecânica após sinterização de 342,6 MPa em peças com ligante de PVB, potência consumida de 192,2 W em peças com ligante PVAl, rugosidade de 0,761 μm em peças com o ligante acrílico B-1007, e com ferramenta de diamante uma força de corte de 0,222 N foi obtida em peças com ligante PVAl. É concluído que há um forte compromisso entre todas as variáveis estudadas e que o formato e dimensão do produto, bem como seu acabamento e propriedades requeridas, podem ser fortemente influenciadas pelas condições do compactado e da usinagem empregada. Como solução mais notável, se tem o uso do ligante acrílico B-1007 prensado a 200 MPa, ferramenta com abrasivo de diamante de granulometria #80 mesh com ligante metálico, onde foi observado o compromisso de alta resistência em verde (para suportar os esforços), baixo empastamento de rebolo, baixa força de corte, baixa potência consumida, acabamento superficial e integridade das bordas. A matriz de decisão para estratégia de usinagem em verde desenvolvida foi aplicada na fabricação de um implante dentário conceitual free-form e foi validada pelo sucesso da obtenção desta peça. / This paper deals with the green machining applied to the project of ceramic parts, specifically with its morphology and required properties and includes machining strategy to the selection of the process, cutting parameters and tools. Green machining is a structured near-net-shape technique philosophy and has widely been applied in the ceramic parts manufacturing with varied and complex shapes such as bone implants. For being applied in low mechanical strength compacts parts it requires precautions and control over the forces used during the machining process. This work aims the development of a decision matrix for a machining green strategy to provide a selection and a decision-making that, based on a product, will direct aspects relating to the ceramic binders formulation, post-forming treatments, tools, required equipment and machining parameters. Alumina granules were prepared based on binders such as PVAl, PVB, acrylics B-1022 and B-1007, compacted in the form of cylinders, blocks and cones. In the machining itself it was applied tools with diamond, CBN and eletrofused alumina abrasives with metal, resinoid and vitrified binders. Representing machining operations were selected and applied in order to form cylinders, bars and holes. Were made selectively measures of machining torque and tangential forces, developed during the green cutting. The flexural mechanical strength was measured in green and after sintering while the surface roughness was measured after the sintering. The results demonstrate a strong correlation between only the green strength of the rough compacted parts and the cutting forces and it was observed the particularities of each ceramic binder applied and each kind of the abrasive and binder used in the tools. As best results, machining using eletrofused alumina grinding wheel obtained green strength up to 7.8 MPa in parts with B-1022 acrylic binder, mechanical strength after sintering up to 342.6 MPa in parts with PVB binder, power consumption up to 192.2 W in parts with PVAl binder, surface roughness up to 0.761 μm in parts with B-1007 acrylic binder and with diamond tool a cutting force up to 0,222 N was obtained in parts with PVAl binder. As a conclusion, it can be said that there is a strong commitment between all the studied variables and the format and size of the product, as well as its finishing and required properties can be strongly influenced by the conditions of the compacted parts and the machining used. The most remarkable solution, has been the use of B-1007 acrylic binder compacted at 200 MPa, diamond abrasive tool with grain size of #80 mesh with metal binder, where was observed a high green strength commitment (to withstand the stresses), low grinding wheel clogging, low cutting force, low power consumption, surface finishing and edges integrity. The developed decision matrix for the strategy of a green machining was applied for a free-form conceptual dental implant manufacturing and has been validated by the obtainment of this part with success.

Dissertação (mestrado) - Univesidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:01:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 83535.pdf: 2527295 bytes, checksum: 89df6520bab6e8bd66b74fab4212fed5 (MD5) Previous issue date: 1988 / Este trabalho apresenta um macro de auxílio ao programador em sua tarefa de confecção do programa CN, no que se refere este à parte geométrica do programa CN. O presente macro denominado "cavidade" tem a função de desbastar automaticamente uma área delimitada por um contorno externo fechado, dado por segmentos de reta e arcos de circunferência. Nesta dissertação são apresentados os fundamentos matemáticos e computacionais deste processador geométrico. O software produzido tem a opção de entrada própria ou através de um sistema CAD, no caso o CADTEC ou AUTOCAD. A saída de dados, que dá o caminho da ferramenta (fresa) é simulada no vídeo, tendo-se também a opção de gerar o programa CN na linguagem da norma DIN 66025, através de um pós-processamento. Como exemplo, foi desenvolvido um que pós processa para um Centro de Usinagem da Thyssen Huller Nbh65 com Comando Numérico Siemens 7M, disponível na UFSC. A solução teórica geométrica obtida é eficaz, isto significará a base de um CAM auto-programável a duas dimensões com a usinagem do interior para o exterior da cavidade.

O presente trabalho trata do projeto e da fabricação de uma mini máquina para usinagem de esferas cerâmicas verdes. Esferas de cerâmicas avançadas encontram grande aplicação em componentes de alta precisão como rolamentos híbridos ou como a cabeça de próteses de quadril. A grande demanda pelas esferas de cerâmicas avançadas nesses componentes se deve à combinação única de suas propriedades tais como: alta estabilidade dimensional, alta dureza, baixo coeficiente de expansão térmica, biocompatibilidade (bioinerte) e alta resistência mecânica à compressão. No entanto o alto desempenho só será alcançado se as esferas tiverem tolerâncias estreitas (dimensão e forma) e acabamento superficial ultrafino. Esse trabalho objetiva o projeto e a fabricação de um protótipo de mini máquina para usinagem de esferas cerâmicas prensadas de até 30 mm de diâmetro. O desenvolvimento do projeto foi dirigido por uma metodologia de projeto mecânico e após definição do conceito foi gerado um pré-projeto virtual seguido da fabricação de um protótipo, o conceito é composto por três rebolos, sendo dois de arraste que, tendo velocidades e direções de giro variáveis, promovem a variação do eixo de giro das esferas, parâmetro necessário para atingir baixo desvio de esfericidade. Blanks esféricos em zircônia foram conformados por prensagem isostática e usinados no protótipo construído. As esferas passaram pela caracterização metrológica através da medição de esfericidade, circularidade e acabamento superficial. / This work deals with the design and manufacturing of a mini machine for grinding of green ceramic balls. Balls of advanced ceramics find wide application in high-precision components such as hybrid bearings or as bearings of hip prostheses. The large demand for advanced ceramic balls in these components is due to their unique combination of properties such as high dimensional stability, high hardness, low coefficient of thermal expansion, biocompatibility (bio inert) and high compressive strength. However the high performance can only be achieved if the balls have narrow tolerances (size and shape) and ultra-fine surface finish. This work aims to design and manufacture a mini prototype machine to obtain a green ceramic balls up to 30 mm in diameter. The project development was driven by a mechanical design methodology and after the concept generation a virtual pre-design has been generated followed by manufacturing a prototype, the initial concept is composed of three wheels, two of drag that having variables turning speeds and directions, promote a random orbital effect in the balls necessary to reduce the sphericity error. Spherical zirconia blanks were shaped by isostatic pressing and machined in the built prototype. The balls were characterized by measuring sphericity error and surface roughness.

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:18:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Suyama_DanielIwao_D.pdf: 19824608 bytes, checksum: 42328aa3d238d31db30a82c3afb12889 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A usinagem de materiais endurecidos, com dureza acima de 45 HRC, surge como alternativa à retificação na década de 70, com a disponibilidade comercial de ferramentas de Nitreto Cúbico de Boro (cBN). Porém, a baixa tenacidade deste tipo de ferramenta a torna muito sensível a avarias causadas por vibrações, que são críticas nas operações as quais a peça ou a ferramenta são suscetíveis a grandes deflexões. Este trabalho busca contribuir com o estudo de vibrações no torneamento interno de furos do aço AISI 4340 endurecido, em condições de acabamento. Foram testadas diferentes condições de usinagem, diferentes suportes (aço, metal duro e equipada com amortecedor de partículas) e foram avaliados o acabamento, os sinais de aceleração (vibração) da ferramenta e o desgaste dos insertos de cBN. Os resultados obtidos mostram que as vibrações podem assumir papel secundário no acabamento superficial, que a usinagem com ferramentas de geometria definida pode substituir a retificação em alguns casos e que a utilização de amortecedores passivos pode ser uma solução simples para a usinagem de furos mais longos / Abstract: The machining of hardened materials with hardness over 45 HRC, emerges as an alternative to grinding in the 70s, with the commercial availability of Cubic Boron Nitride (cBN) tools. However, the low toughness of this type of tool makes it very sensitive to damage caused by vibrations, which are critical in the operations which the part or tool are susceptible to large deflections. This work aims to contribute to the study of vibrations in internal turning of holes in hardened AISI 4340 steel in finishing conditions. Different machining conditions and different tool holders (steel, carbide and equipped with particle damper) were tested. The surface finish, the acceleration (vibration) signals and tool wear of cBN inserts were evaluated. The results show that the vibration can take a secondary role in the surface finish, the machining with defined geometry tools can replace grinding in some cases, and the use of passive dampers can be a simple solution for machining longer holes / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

O estudo das forças de corte em usinagem tem várias aplicações, tais como definir a melhor geometria da ferramenta e sua interação com a peça. Este trabalho apresenta os resultados de simulações do processo de torneamento utilizando o método dos elementos finitos no corte ortogonal em aço AISI 4340 usando insertos de metal duro, comparando-os com resultados experimentais. As simulações foram realizadas no programa comercial Abaqus/Explicit TM considerando os efeitos térmicos do processo oriundos tanto da deformação do material quanto dos atritos nas interface peça-ferramenta-cavaco. As variáveis do processo estudadas foram a velocidade de corte e o avanço. Os resultados da força de corte simulada mostraram-se bem próximos daqueles obtidos experimentalmente, com erro médio em torno de 5%, enquanto que os da força de avanço apresentaram erro médio de cerca de 27%. / Cutting force is a very important parameter, which can be used to determine tool geometry and its interaction with the workpiece. This work presents some orthogonal cutting simulations using Abaqus/Explicit TM finite element methods code with carbide tool on an AISI 4340 hardened steel workpiece. Comparison with experimental results are also carried out. The simulation considers the thermal effect caused by material deforming and friction between tool, workpiece and chips. The main parameters changed during the simulations are the cutting speed and the feed rate. As results, the simulated cutting forces showed an error around 5% and the simulated feed forces about 27% when compared to the experimental values.

Vários fatores, tais como custos, qualidade, flexibilidade e tempo de resposta, levam a vantagens competitivas. Nas indústrias do ramo metal mecânico, os fatores custos e qualidade estão intimamente ligados ao surgimento de novos materiais de difícil usinagem (cujos comportamentos ainda são desconhecidos), e como conseqüência o surgimento de novos e caros materiais de ferramentas juntamente com as exigências de alta produção, lotes variados, faixas de tolerâncias cada vez mais estreitas e baixos custos de produção, o que têm extrapolado os limites e habilidades de operadores de máquinas. Quanto aos fatores flexibilidade e tempo de resposta, as indústrias têm apontado uma grande necessidade de informações confiáveis sobre desempenho da produção e informações sobre parâmetros tecnológicos das máquinas-ferramenta. Sistemas de apontamentos manuais mostram-se deficientes, quanto à confiabilidade, velocidade de atualização, detecção de não conformidades e outros fatores prejudiciais à produção, além de gerarem redundância de trabalho na coleta e alimentação de bancos de dados. O sistema proposto contribui para a satisfação dessas necessidades, utilizando-se de tecnologias de comunicação e de aquisição de dados, que propicia o monitoramento e supervisão de processos de torneamento. Permite o monitoramento da qualidade dimensional e indiretamente do desgaste de ferramentas, e ainda o compartilhamento de informações de chão de fábrica, em tempo real, para qualquer localidade via intranet e/ou internet, auxiliando na integração do sistema de manufatura. / Several factors, such as costs, quality, flexibility and response time, influence the competitive advantages. In the metal working industries, the factors cost and quality are closely linked to the appearance of new materials difficult to machine (whose behaviors are still ignored). As a consequence, the appearance of new and expensive tool materials, together with the demands for high production, varied batches, range of tolerances more and more narrow and low production costs, what have been extrapolating the limits and abilities of operator’s machine. With regards to the factors flexibility and response time, industries have been pointing to a need for reliable information about production performance and about machine-tools technological parameters. Systems of manual appointments are subject to lack of reliability, up date, detection of non conformities and other factors affecting negatively the production system. Additionally, they can generate work redundancy in the acquisition and database feeding. The proposed system contributes to achieve that need using communication and data acquisition technologies, that allows the monitoring and supervision of turning processes. It allows the monitoring of the dimensional quality and indirectly tools wear, as well as sharing shop floor information, in real time, with any place through intranet and/or Internet, aiding the integration of the manufacturing system.

O objetivo do trabalho foi fabricar ferramentas de corte para usinagem a partir de materiais em gradação funcional (Functionally Graded Materials FGM), fazendo uso da técnica de sinterização por plasma pulsado (Spark Plasma Sintering SPS), a qual permite taxa de aquecimento e resfriamento maior do que as técnicas tradicionais, menor temperatura e tempo de operação, melhor controle energético e alta repetibilidade. Os materiais utilizados foram pós cerâmicos a base de alumina (Al2O3-ZrO2 e Al2O3-TiC) e metal duro (WC-Co), de modo que dois insertos foram desenvolvidos, um de cerâmica branca (Al2O3-ZrO2) em gradação com metal duro e outro de cerâmica mista (Al2O3-TiC) em gradação com metal duro. A metodologia experimental levou em conta a aplicação de um modelo termomecânico para estimar a tensão residual térmica ao longo da espessura da ferramenta, estudo da influência dos parâmetros de sinterização por SPS (Temperatura e Pressão) sobre a qualidade do sinterizado (caracterização da propriedade física, densidade), com base nesses dados foi escolhida a melhor condição de operação para fabricar corpos de prova (CPs) para os ensaios mecânicos de resistência à flexão, dureza e tenacidade à fratura, além de insertos em FGM para os ensaios de usinagem em ferro fundido cinzento fazendo uso da operação de torneamento. Os resultados mostraram que o parâmetro de máquina que mais influenciou a densidade foi a Temperatura, os FGMs de AlTiC e AlZr obtiveram um aumento de 126 e 73% na resistência à flexão em relação às suas respectivas cerâmicas homogêneas, seguindo a sequência dos materiais, a dureza foi avaliada em 13,8 e 15,8 GPa, enquanto a tenacidade à fratura em 4,91 e 5,04 MPa.m1/2. Quanto aos ensaios de usinagem, as ferramentas de FGM AlZr apresentaram menor desgaste do que as de FGM AlTiC, as forças de corte foram influenciadas pelas variáveis Avanço e Velocidade de corte, finalmente, o Avanço foi a variável que mais influenciou os resultados de rugosidade. / The aim was fabricating cutting tools from functionally graded materials (FGM) by spark plasma sintering method (SPS), which allow heating and cooling rates higher than traditional methods, lower temperature and shorter time sintering, better energy control and high reproducibility. The materials used were ceramic powders based on alumina (Al2O3-ZrO2 and Al2O3-TiC) and cemented carbide (WC-Co), so that two inserts were developed, one of white ceramic (Al2O3-ZrO2) graded with cemented carbide and the other of mixed ceramic (Al2O3- TiC) graded with cemented carbide. The experimental methodology was developed from thermo-mechanical model application to estimate thermal residual stress along with tool thickness, study into the influence of SPS sintering parameters (Temperature and Pressure) over sintered quality (physical properties characterization, density), on the basis of these data, the best operating condition was chosen to fabricate workpieces for mechanical tests of flexural strength, hardness and fracture toughness, besides FGM inserts to machining tests in grey cast iron using turning operation. The results showed the machine parameter that mostly influenced density was Temperature; the AlTiC and AlZr FGMs got an increase of 126 and 73% in flexural strength in relation to their homogeneous ceramics. Following the materials sequence, the hardness was evaluated at 13.8 and 15.8 GPa, whereas the fracture toughness was 4.91 and 5.04 MPa.m1/2. For the machining tests, FGM AlZr cutting tools showed lower wear than FGM AlTiC ones; the cutting forces were influenced by Feed Rate and Cutting Speed. Finally, the Feed Rate was the variable that mostly influenced the roughness results.

Este trabalho discute as alterações micro-estruturais superficiais nos aços usinados por torneamento duro. Uma estrutura não aceita metalurgicamente, chamada de Camada Branca (\"White Layer\" - WL), é freqüentemente encontrada na superfície torneada. A presença desta camada branca depende dos parâmetros do processo de corte, especialmente do desgaste da ferramenta e da velocidade do corte. A formação da camada branca foi investigada no presente trabalho na face plana inferior de um anel de rolamento fabricada com o aço DIN 100Cr6, usinada por torneamento duro no estado temperado e revenido (dureza 60HRC). A profundidade foi medida usando as técnicas padrões metalográficas. As propriedades mecânicas da camada superficial (módulo de rigidez, E, e microdureza Vickers, HV) foram estimadas pelo método de microidentação instrumentada em uma amostra isenta da camada branca e em duas outras amostras, com camadas brancas de diferentes espessuras (respectivamente 7 e 12 mm de espessura). De acordo com a literatura a profundidade da camada branca aumenta de acordo com o desgaste da aresta da ferramenta. Este por sua vez aumenta com a velocidade de corte, mas atinge a saturação. Em outras palavras, a profundidade de corte tem pouco efeito sobre a profundidade da camada branca; porém aumentando o avanço da ferramenta de corte ocorre o aparecimento da mesma. Os presentes resultados confirmam um efeito do avanço da ferramenta sobre a espessura da WL, tal que quanto menor o avanço, maior é a espessura, porém não confirmam o efeito do desgaste da ferramenta. A formação desta camada é discutida no contexto da sua influência sobre a rugosidade das peças. / This work deals with the microstructural changes in the surface of steels machined by hard turning. A non-acceptable microstructure, called White Layer - WL, is usually found in the hard turned surface. The presence of the white layer depends on hard turning parameters, especially on the wear of the machining tool and cutting speed. The formation of the white layer was investigated in the present work by hard turning the inferior face of a roller-bearing ring fabricated with DIN 100Cr6 steel quenched and tempered (60 HRC hardness). The depth of the WL was measured by standard metallographic procedures. The mechanical properties (stiffness modulus, E, and Vickers hardness) of the surface layer were measured by intrumented indentation in three samples: one with no WL, and two containing a WL of respectively 7 and 12 mm. According to the literature the depth of the WL increases with the wear of the machining tool. This increased with cutting speed, but reaches saturation. The presentresults confirm an effect of tool advance upon the depth of the WL, such that decreasing the advance leads to an increase in its depth, but an effect of tool wear could not be recognized. The formation of the WL is discussed in the context of its effect on surface roughness.

Este trabalho analisa a influência dos métodos de interpolação utilizados em máquinas de usinagem de alta velocidade para usinagem de superfícies complexas. O método tradicional de interpolação linear foi comparado ao método de interpolação circular e polinomial para três diferentes tolerâncias CAM. Os resultados foram analisados em termos do comportamento dinâmico da máquina ferramenta, através da aquisição em tempo real da velocidade de avanço efetiva nos eixos x e z, do erro dimensional de contorno, da qualidade superficial e da deflexão da haste da ferramenta. Para uma mesma condição de corte, observa-se que a interpolação polinomial apresenta um maior ganho no tempo de usinagem e uma pequena melhora no acabamento superficial. A decisão da escolha do método de interpolação tem que considerar o valor de tolerância programada no software CAM em função do qual avalia-se a redução de tempo de usinagem, o controle dimensional e o acabamento. Ao optar pelo uso da interpolação linear o programador tem que usar tolerância aberta devido ao reduzido tamanho do programa NC e seu conseqüente tempo de processamento. Quando o programador CAM decidir pelo uso da interpolação polinomial a tolerância CAM deve ser a mais apertada possível devido ao maior ajuste da equação da curva polinomial ao perfil da superfície.