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.

Esta tese tem por objetivo estudar a precisão de uma nova estrutura robótica para operações de fresamento, em substituição às convencionais maquinas-ferramentas seriais, especialmente as fresadoras e os centros de usinagem CNC. A estrutura proposta está baseada no conceito da cinemática paralela, tendo a análise da precisão sido realizada em função do mapeamento dos erros de posicionamento da ferramenta de corte dentro do espaço de trabalho disponível, durante operação de fresamento de acabamento, aplicando modelagem matemática. A motivação está na busca por altos desempenhos e as estruturas robóticas paralelas possuem diversas vantagens perante as estruturas seriais: construção modular, massa reduzida, altas velocidades/acelerações. Por outro lado, há ainda problemas a serem solucionados, como: garantia da precisão, otimização do espaço de trabalho e redução/eliminação de singularidades. A metodologia aplicada no desenvolvimento deste trabalho compreende quatro etapas: a proposta de uma nova estrutura robótica desenvolvida a partir de métodos de síntese existentes; o desenvolvimento de modelos matemáticos para caracterizar o seu comportamento cinemático; a identificação das fontes de erro que influenciam no desvio de posição da ferramenta; a elaboração de modelos matemáticos e algorítmos computacionais para analisar o grau de influência de cada fonte de erro identificada. Desenvolvemos uma estrutura robótica de topologia assimétrica 2UPS+PRP, com as seguintes características: mobilidade 3 com três translações no espaço, reduzido número de componentes e movimento na direção z independente dos movimentos nas direções x e y. Apresentamos os algoritmos computacionais para mapear os erros cinemáticos, geométricos e elásticos através da discretização do espaço de trabalho disponível, baseado nas matrizes Jacobianas e no princípio do trabalho virtual. Com relação aos mapeamentos dos desvios de posição da ferramenta obtidos, chegamos a algumas conclusões. Os maiores erros cinemáticos ocorreram quando as imprecisões impostas aos dois membros motores laterais tinham sinais contrários. Os erros geométricos com tolerâncias dimensionais na classe de trabalho IT5, foram os mais relevantes dentre os erros considerados. Os erros elásticos, considerando forças de usinagem de acabamento, foram os menos relevantes entre os erros considerados, sendo expressiva a influência da rigidez das juntas universais e esféricas. A utilização do princípio do trabalho virtual, com parâmetros de rigidez concentrados, mostrou ser eficaz e eficiente, comparado ao SMA (análise da matriz estrutural) e ao FEM (método dos elementos finitos), devido ao menor trabalho para o desenvolvimento da sua formulação e ao tempo computacional reduzido para o seu processamento. / This thesis has the purpose to study the precision of a new robotic structure for milling operations, in substitution to the conventional serial machine-tools, specialy the CNC milling machines and cutting centers. The proposed structure is based on the parallel kinematics concept and the precision analysis was realized, applying mathematical models, to obtain the positioning errors mapping of the cutting tool in the available workspace, during finishing milling operations. The motivation is on the search higher performances and the parallel robotic structures have several advantages to the serial structures: modular construction, lightness, high velocities/acelerations. Otherwise, there are still problems to be solved, like: guaranty of precision, workspace optimization and reduction/elimination of singularities. The methodology applied for the development of this work involves four steps: the proposal of a new robotic structure developed using existing synthesis methods; the development of mathematical models to characterize its kinematic behavior; the error sources identification that influences the deviation of the tool position; the elaboration of mathematical models and computer algorithms to analyse the influence level of each identified error source. We developed one assymmetric robotic structure 2UPS+PRP, with the following characteristics: mobility 3 with three translations in the space, reduced number of componentes and displacement in z direction independent from the displacents in the x and y directions. We presented the computer algorithms to map the kinematic, geometric and elastic errors, throw the discretization of the available workspace, based on the Jacobian matrices and the virtual work principle. With regard to the tool position deviation mappings obtained, we reach to some conclusions. The major kinematic errors occurred when the imprecisions imposed to the two lateral actuatores had opposed signals. The geometric errors with dimensional tolerances in the IT5 work class, were the more relevant among the considered errors. The elastic errors, considering finishing manufacturing forces, were the less relevent among the considered errors, being expressive the influence of the rigidity of the universal and spherical jounts. The utilization of the virtual work principle and concentrated rigidity parameters, showed to be efficacious and efficient, compared to the SMA (astructural matrice analisis) and the FEM (finite elements methode), because of the minor work to develop its formulations end the reduced computer time to its prosecution.

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.

Um dos métodos de fabricação de engrenagem em grande escala é baseado na usinagem por ferramentas de corte denominadas Cortador Hob ou Fresa Caracol. Esse método permite agilidade e precisão. A máquina e a ferramenta destinadas a esse processo são para aplicação específica na fabricação de dentados em engrenagens e eixos, fazendo-se necessário portanto um aprofundamento na otimização, melhor utilização dessas ferramentas. A não substituição da ferramenta no momento correto implica em dois problemas: ou ela poder ser trocada antes do término da vida ou ela pode ser usada em excesso e formar o chamado desgaste excessivo, o que reduz o número de afiações do cortador. O ponto a ser estudado o qual se trata essa dissertação é poder estimar a quantidade de peças a ser produzida com cada uma dessas ferramentas. Entretanto, sabe-se que uma mesma ferramenta pode ser aplicada a diversos tipos de peças, com variação de diâmetro e espessura, o que caracteriza a complexibilidade desse processo. Para isso foram coletados dados de usinagem e de desgaste da ferramenta em função das dimensões do par peça/ferramenta. Depois foram determinada curva padrão de desgaste em relação ao par peça/ferramenta e a partir dessa curva padrão, determinar a vida dos cortadores em quantidade de peças a serem fabricadas. Em seguida, os testes realizados puderam comprovar a efetividade dessa correlação. / The method of manufacture of gear on a large scale is based on process that use cutting tools, called Hob or “Caracol”. This method allows the speed and accuracy. The machine and tool designed for this process are specific for application in the manufacture of toothed gears and shafts. This making it necessary insight into the optimization of these tools. Failure to replace the tool at the right time involves two problems: or it can be exchanged before the end of life, or it can be overused and form the so-called excessive wear, which reduces the number of cutter sharpenings. The point of study from which it comes this work is to determine the quantity of parts to be produced with each of these tools, it know that the same tool can be applied to various types of pieces, ranging in diameter and thickness, which characterizes the complexity of this process. Therefore data about machining tool wear depending on the size of the pair part / tool were plotted collected. After that, standard curves of wear in relation to the pair part / tool and by this standard curve, to determine the life of the cutters in quantities of parts to be manufactured. Soon after, the tests performed could proved the effectiveness of this correlation.

O uso de assentos personalizados para cadeiras de rodas é recomendado para a prevenção de deformidades posturais, lesões cutâneas e limitação funcional de pessoas com deficiência. Esses assentos buscam aumentar a área de contato, diminuindo os picos de pressão sobre a pele e a deformação de tecidos profundos. Dado que cada usuário possui uma estrutura óssea particular, propõe-se desenvolver um processo de personalização desde a captura da geometria do paciente até a fabricação de um produto final. O método proposto ocorre através de Digitalização Tridimensional, utilização de sistemas de CAD/CAM para a reconstrução digital da geometria do usuário e posterior Usinagem CNC diretamente de espumas flexíveis de poliuretano. A metodologia aplicada partiu da análise dos processos de digitalização tridimensional, avaliando precisão, tempos e custos. Foram avaliados os métodos de Digitalização a Laser por Holografia Conoscópica, Digitalização a Laser por Triangulação, Digitalização com Luz Branca (Luz Estruturada), Digitalização Baseada em Fotografia e Digitalização por Contato. Analisaram-se espumas flexíveis de poliuretano de densidades 20 a 60 kg/m³, aprofundando o estudo na de 50kg/m³. Foram realizados ensaios de usinabilidade e determinados parâmetros de corte para as espumas. Após, usinaram-se protótipos e realizaram-se estudos de caso, com o acompanhamento de profissionais da saúde, utilizando as técnicas de mapeamento de pressão e termografia. Os resultados permitiram maior entendimento do comportamento das espumas flexíveis de poliuretano, bem como indicaram a viabilidade de sua usinagem CNC por meio de equipamentos e ferramentas convencionais. Puderam também ser observadas características específicas da digitalização de assentos, sugerindo a necessidade do uso de moldes de gesso para adequação postural do usuário. Tais moldes foram avaliados, apresentando variações de 3 a 4mm, devido ao processo manual. Os desvios ocorridos durante o processo de secagem, estabilizados em 24h, apresentaram a mesma ordem de grandeza. Os processos de digitalização tridimensional apresentaram precisões desde menores que 0,2 até cerca de 1mm, sendo que a usinagem CNC também correspondeu a este patamar. Foram recomendadas diretrizes para o fresamento das espumas flexíveis de poliuretano, as quais apresentaram comportamento contrário aos clássicos materiais de usinagem, de maior dureza. Sugere-se o uso de altas rotações (18000 a 24000 rpm), velocidades de avanço na ordem de 2000mm/min, com grandes profundidades de corte e grandes penetrações de trabalho. Os estudos de caso permitiram otimizar e validar o processo, gerando também diretrizes para a moldagem em gesso, visto que os assentos produzidos são cópias da geometria dos moldes. As análises termográficas ficaram em consonância com os ensaios de mapeamento de pressão, demonstrando a eficiência dos assentos personalizados. Tais assentos mostraram distribuir mais homogeneamente tanto a pressão quanto a temperatura, sugerindo menores riscos de lesão de pele para os usuários de cadeira de rodas. Espera-se que o processo proposto oportunize o tratamento de alto nível para pessoas com deficiência e que os assentos personalizados possam de fato levar ao usuário final a adequação postural, bem como o aumento do conforto e da qualidade de vida. / The use of custom seating for wheelchairs is recommended for prevention of postural deformities, skin lesions and functional limitations of people with disabilities. These seats intend to increase the contact area, reducing both the pressure peak on skin and the deep tissues deformation. Since each user has a particular bone structure, it is proposed the development of a customization process from the capture of patient geometry to the manufacture of a final product. The suggested method occurs through the three-dimensional scanning, the use of CAD/CAM systems for the digital reconstruction of user's geometry and later the CNC machining directly on flexible polyurethane foams. The applied methodology was based on the analysis of three-dimensional scanning processes, evaluating time, accuracy and costs. Methods of Laser Scanning by Conoscopic Holography, Laser Scanning by Triangulation, White Light Scanning (Structured Light), Photo-Based Scanning and Scanning by Contact were evaluated. Flexible polyurethane foams of densities from 20 to 60 were analyzed, making a profound study of the 50kg/m³ one. Machinability tests were performed and cutting parameters for foams were determined. Thereafter, prototypes were machined and case studies were accomplished, with health professionals assistance, using techniques of pressure and thermography mapping. Obtained results allowed a greater understanding of flexible polyurethane foams behavior and indicated the viability of its CNC machining by using conventional equipment and tools. Specific features of seats scanning could also be observed, suggesting the need of using plaster molds for the adjustment of user posture. These molds were evaluated, showing variations from 3 to 4 mm, due to the manual process. Occurred deviations during the drying process, which were stabilized in 24 hours, showed the same order of magnitude. Three-dimensional scanning processes showed accuracies from less than 0.2 to about 1 mm, and CNC also corresponded to this level. Some guidelines for flexible polyurethane foams milling, which behaved contrary to classical materials (tougher) machining, were recommended. The use of high spindle speeds (18000 - 24000) is suggested, feed rates in order of 2000 mm/min, as well as high depths of cut. Case studies allowed to optimize and validate the process, generating also plaster molding guidelines, since produced seats are copies of molds geometry. Thermographic analyses were consistent with the pressure mapping tests, demonstrating indeed that custom seats increase the contact area with the user. Such seats showed evenly distribute both pressure and temperature, suggesting lower risks of skin injury for wheelchair users. It is expected that the proposed process offers a high-level treatment for people with disabilities and that custom seats can actually lead an appropriate posture to the end user, as well as increase comfort and quality of life.

A crescente necessidade de fabricação de moldes com prazos e custos cada vez menores exige das ferramentarias a personalização e melhoria de seus processos de fabricação. Uma das maneiras de atingir isso é através da melhoria na usinagem dos eletrodos, já que esse processo afetará diretamente a precisão dimensional e tempo de produção de um molde. O uso de grafite como matéria-prima para esses eletrodos é altamente satisfatório, pois esse material apresenta a vantagem de ser usinado mais rapidamente e permitir uma grande variedade de formas geométricas, contudo, sua principal desvantagem é o alto poder abrasivo o que ocasiona desgastes elevados nas ferramentas. Os processos de tratamentos de gume são aplicados a fim de reduzir o efeito deste problema, aumentando a durabilidade das ferramentas. Com isso em vista, este trabalho realizou o estudo sobre o efeito de tratamentos de gume no desgaste de ferramentas com revestimento de diamante policristalino (PCD), no fresamento de eletrodos em grafite. Foram realizados ensaios experimentais com fresas sem tratamento, com tratamentos pelo método de polimento com cerdas abrasivas e por acabamento por arraste. Os testes consistiram em usinar eletrodos com parâmetros definidos e verificar o desgaste gerado nas fresas a cada 200 metros de comprimento usinado. Foram realizados também, análises de rugosidade e caracterização das fresas após os tratamentos, caracterização da mídia e da esponja utilizadas nos polimentos e caracterização do grafite usinado. Os resultados apontam que os tratamentos de gume resultam em alterações na superfície do revestimento, reduzindo o valor da rugosidade em média de 23%, e, no caso do processo de acabamento por arraste, uma redução na variação dos valores, já que este processo é considerado mais confiável e reprodutível. A caracterização da mídia e da esponja utilizadas indicou a presença de Silício como material abrasivo, o que provavelmente pode caracterizar um material de carbeto de silício. Com relação ao desgaste das ferramentas, pela curva de vida das mesmas, foi evidente ganhos como redução do desgaste de flanco e um aumento no comprimento usinado de até 63% em comparação com as ferramentas originais. Todas as ferramentas passaram pelos Estágios I e II da curva de desgaste e não chegaram ao Estágio III, conhecido como Desgaste Catastrófico. O mecanismo de desgaste, aparentemente, mais presente no processo foi a abrasão, apresentando como características os desgastes de flanco, cratera e entalhe. De forma geral, os dois processos de polimento apresentaram ganhos e demonstraram seus potenciais para serem aplicados em ferramentas de produção. / The rising need for manufacturing molds with increasingly smaller deadlines and costs is demanding from the toolmakers to customize and enhance their fabrication processes. One of the ways to achieve that is by improving their electrode machining, since this process will affect directly in the result of the dimensional precision and production time of the mold. The usage of graphite as raw material for electrodes is known to be highly satisfactory since the graphite has the advantage of machining faster and allowing a great variety of geometrical forms, however, its main disadvantage is that the graphite also has a high level of wearing during the machining process. The cutting edge preparations are used in order to reduce the effects of this problem, increasing the durability of the tools. In that interest, this paper has researched the effect of edge preparations on the wear of tools with polycrystalline diamond coating (PCD), in the milling of graphite electrodes. Therefore, experimental tests were performed with untreated tools, tools polished with abrasive brushes and tools treated by the polishing method with drag finishing. The tests consisted in machining electrodes with defined parameters and checking the wear generated on the cutters every 200 meters of machined length. Analysis of roughness, characterization of the tools after the treatments, characterization of the media and the brush used in the polishes and characterization of the machined graphite were also performed. The findings indicate that the edge preparation results in modifications on the coating surface, reducing the roughness value by a mean of 23%, and in the case of drag finishing process, a variation of the values reduction, since this process is more reliable and reproducible. The media and brush characterization indicated the silicon presence as an abrasive material, which may characterize a silicon carbide material. With regard to the tools wear, due to their life curve, gains such as reduction of flank wear and a length-machined increase of up to 63% were noticed, in comparison to the original tools. All tools passed through Stages I and II of Wear Curve, and did not reach Stage III, known as Catastrophic Wear. Abrasion was, apparently, the most present wear mechanism in the process, presenting as characteristics the flank wear, crater wear and notch wear. In conclusion, the two polishing processes showed gains and demonstrated their potential to be applied in tools production.

A alta demanda das indústrias, aliada a necessidade de alta eficiência, fomenta avanços tecnológicos na área de usinagem. Os revestimentos para recobrimento de ferramentas de usinagem vêm para atender essa necessidade, aumentando a durabilidade, e a confiabilidade das ferramentas. Este trabalho analisou o efeito de três diferentes revestimentos de ferramentas de usinagem (TiN, TiAlN e CrAlN) sobre o desgaste da ferramenta no processo de geração de engrenagens por hobbing. Para isso foram realizados ensaios experimentais utilizando uma única ferramenta hob, que após passar por processo de afiação recebeu os diferentes revestimentos. Os ensaios consistiram em medir o desgaste máximo de flanco (Vbmax) da ferramenta após a usinagem de um corpo de prova de um total de cinco, esses corpos de prova passaram por tratamento térmico de austenitização a fim de acelerar o desgaste. Além disso, a textura e a rugosidade dos corpos de prova foram analisadas em diferentes estágios da vida da ferramenta. Os resultados apontaram que o revestimento de TiAlN apresentou os menores valores de desgaste, estatisticamente igual ao CrAlN, e superiores ao TiN. O CrAlN apresentou os menores valores de rugosidade, e juntamente com o TiAlN foram os que apresentaram maior estabilidade para esta grandeza. Além disso, o TiAlN e o CrAlN em um comparativo econômico foram os apresentaram menor custo por corpo de prova usinado. / The high demand of the industries, together with the need for high efficiency, promotes technological advances in the area of machining. Machining tool coverings come to meet this need, increasing the durability, and reliability of the tools. This work analyzed the effect of three different machining tool coatings (TiN, TiAlN and CrAlN) on the wear of the tool in the process of generating gears by hobbing. For this, experimental tests were performed using a single hob tool, which after undergoing a sharpening process received the different coatings. The tests consisted in measuring the maximum flank wear (Vbmax) of the tool after machining a test piece of a total of five, these specimens underwent thermal treatment of austenitization in order to accelerate wear. In addition, the texture and roughness of the specimens were analyzed at different stages of tool life. The results indicated that the TiAlN coating had the lowest wear values, statistically equal to CrAlN, and higher than TiN. The CrAlN presented the lowest values of roughness, and together with the TiAlN were the ones that presented greater stability for this greatness. In addition, the TiAlN and CrAlN in an economic comparison were the lower cost per machined test specimen.

Este trabalho dedica-se à caracterização das superfícies geradas durante as diferentes etapas do processo de polimento com rodas flap e buffing. O mesmo foi concebido tendo como base uma situação real de substituição de um processo de manufatura manual por um processo mecanizado. A mecanização do processo é importante, uma vez que os custos envolvidos de mão de obra e material são elevados, assim como os custos relacionados à rejeição de um componente nesta etapa de fabricação, devido ao valor já agregado ao mesmo. Devido à pouca informação disponível na literatura especializada sobre esses processos, foi constatado que a verificação dos elementos que compõem as superfícies geradas pelos processos é de fundamental importância para o entendimento dos mesmos. Com base nisso, foram estudadas as superfícies geradas durante as diferentes etapas que compõem o processo de polimento, de forma manual e mecanizada. As etapas consistem no polimento com o uso sequenciado de rodas flap com granulometria mesh P180, P240 e P320 e, por último, a etapa de buffing. Foram utilizados para a caracterização da superfície usinada: microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-EC), medição de rugosidade e medição de parâmetros de área superficiais (tridimensionais). Os resultados possibilitaram a identificação dos elementos que compõem a superfície, bem como a identificação das modificações da mesma durante cada etapa do processo de polimento. As medições dos parâmetros indicam diminuição da rugosidade a cada etapa do processo de polimento por rodas flap. Também sugerem que a superfície passou a apresentar picos mais agudos e vales mais rasos com a progressão do processo. Também foi possível comparar as superfícies geradas de forma manual e mecanizada. A última apresentou uma menor dispersão dos parâmetros medidos. A superfície final, gerada pelo processo de buffing, é equivalente para os processos mecânico e manual. No entanto, a medição dos parâmetros não apontou diferenças entre a superfície gerada por buffing e rodas flap 320, apesar de haver diferença visual entre ambas. Os resultados sugerem que isso esteja relacionado com a escala de atuação do processo de buffing, que atua numa escala inferior à detectável pelos métodos de medição utilizados. / This work was aimed to the characterization of surfaces generated during the different stages of the polishing process with flap wheels and buffing. The process was designed based on a real situation of replacing a manual manufacturing process by a mechanized process. The mechanization of the process is important, due the high costs involved with labor and material, as well as costs related to the rejection of a component in this manufacturing stage, due to already added value to it. Due to the limited information available in specialized literature, it was found that the verification of the elements that compose the surfaces have a fundamental importance for the understanding of these processes. Based on this, the surfaces generated during the different stages that compose the manual and mechanized polishing process were investigated. The steps consist of polishing with the use of sequenced flap wheels with mesh P180, P240 and P320, ending with the buffing process. It was used for characterization: Field Emission Scanning Microscopy (FESEM), roughness measurement and surface area measurement parameters (three-dimensional). It was possible to identify the surface details, as well as changes of the same during each step of the polishing process. The parameters measurement indicates a decrease in roughness at each stage of the flap wheels polishing process. They also suggest that the surface began to show sharper peaks and shallower valleys with the progression of the process. It was also possible to compare the surfaces generated manually and mechanically. The latter exhibited a lower dispersion of the measured parameters. The final surface, generated by the buffing process is equivalent to the mechanized and manual processes. However, measurement of the parameters showed no differences between the surfaces generated by buffing and flap wheels 320 mesh, although there are differences between them. The results suggested that this difference it is related to the buffing process operation scale, which operates on a lower scale than detectable by measuring methods used.

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.

Orientador: Amauri Hassui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T19:30:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ventura_CarlosEijiHirata_M.pdf: 5734965 bytes, checksum: 2b91710d6113e0caaa9313bbc9b54acf (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A manufatura de um grande número de componentes na indústria depende de moldes e matrizes para processos como forjamento, metalurgia do pó, estampagem, fundição e injeção de plástico. Uma das principais operações para a fabricação destas peças corresponde à abertura da cavidade inicial, a partir da qual geometrias mais complexas são usinadas a fim de se obter o negativo do produto final. Sendo esta uma operação de desbaste, verificam-se altos esforços de corte e desgaste significativo da ferramenta. A fim de se reduzir tais grandezas, além de melhorar o acabamento (diminuindo-se o tempo necessário para semi-acabamento e acabamento final), diversas estratégias de entrada da ferramenta e de corte interno têm sido propostas. Neste contexto, o trabalho irá avaliar três diferentes estratégias para abertura de cavidades pelo método HSM em um aço AISI D2, sendo cada uma delas caracterizada pela ferramenta utilizada (I: fresa de alto avanço, II: fresa toroidal e III: fresa de mergulho), parâmetros de corte, estratégia de entrada (I: rampa, II: hélice e III: mergulho) e de corte interno (I: espiral, II: ziguezague, III: não há). Em cada uma delas serão analisados estática e dinamicamente os esforços de corte em cada trecho da cavidade e a vida da ferramenta. Além disso, é proposto ainda um modelo de forças para as diferentes formas de entrada da ferramenta na peça, que leva em conta as peculiaridades de cada estratégia. Verificou-se que o principal mecanismo de desgaste associado a todas as estratégias corresponde à adesão, fenômeno intimamente ligado à vibração do processo, excitado principalmente nos trechos em que a ferramenta tangencia as paredes menos rígidas da cavidade. Já em relação ao modelo, comprovou-se sua utilidade na avaliação prévia dos esforços médios / Abstract: The manufacturing of a great number of components in the industry depends on molds and dies used in processes like forging, powder metallurgy, deep drawing, casting and plastic injection. One of the main operations for manufacturing of these parts corresponds to the opening of the initial pocket, from which more complex geometries are machined in order to obtain the negative face of the final product. As this is a rough operation, it is characteristic of the process high cutting forces and a significant tool wear. Aiming to reduce such variables and to improve the finishing (decreasing the time for semi- and end finishing), many entry- and internal cutting strategies have been proposed. In this context, the work will evaluate three different strategies for pocket milling by HSM method in AISI D2 steel, which are characterized by the used tool (I: high-feed mill, II: torus mill and III: plunge mill), cutting parameters, entry strategy (I: ramp, II: helical and III: plunge) and internal cutting strategy (I: spiral, II: zigzag and III: no cutting). In each of the mentioned strategies not just the tool life, but also the cutting forces in each interval of the pocket will be analyzed statically and dynamically. Moreover, it is also proposed a cutting force model for the different entry strategies, taking into account their peculiarities. It was noted that the main wear mechanism associated with all strategies corresponds to adhesion, which is closely related to the vibration in the process, excited mainly in the intervals where the tool touch the less rigid walls of the pocket. Considering the model, its usefulness in the evaluation of the average cutting forces was proved / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica