Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_AlexRibeiro_M.pdf: 2293693 bytes, checksum: caa9d8f6af4223d62d73e63f9aa4df3b (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientador : Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-09-11T20:59:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Neves_Davi_M.pdf: 25053488 bytes, checksum: bda9d2a09a22f4eadad0e174ab1cf92e (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A tecnologia de alta velocidade de corte se destaca nas operações de fresamento de moldes e matrizes. Este trabalho está localizado na região delimitada entre os processos de fresamento que utilizam altas velocidades de corte para materiais endurecidos. A primeira etapa dos experimentos consistiu na avaliação da influência dos parâmetros de usinagem (ap, ae, fz e sentido de corte mantendo a velocidade de corte constante), nas três componentes da força de usinagem e na vibração da ferramenta, medida através de sensores de deslocamento colocados na direção de avanço e na sua perpendicular. Posteriormente foi avaliada a influência do balanço da ferramenta na vibração. As análises da vibração da ferramenta, do desgaste e de seu mecanismo gerador, da temperatura e da morfologia do cavaco foram realizadas durante os ensaios. Uma análise da influência da velocidade de corte e do balanço da ferramenta na sua vida complementa os resultados. As principais conclusões deste trabalho foram: o corte concordante sempre apresentou menores resultados em termos de força; a velocidade de corte tem uma influência muito maior na vida da ferramenta que o balanço da ferramenta; o parâmetro mais influente nos esforços de corte é a penetração de trabalho (ae) e na vibração da ferramenta é o seu balanço / Abstract: The application of high speed cutting technology is being extensively used mainly in milling operations of complex parts and, more specifically, in the area of dies and molds manufacturing. In this context, this work can be placed among those which uses high cutting speeds for the milling of hard materials. The first stage of the experiments consisted of the evaluation of the milling parameters influence (ap, ae, fz and climb milling or down milling, keeping constant the effective cutting speed), in the three components of the cutting force and in the tool vibration, measured by two displacement sensors placed on the feed direction and in the direction perpendicular to the feed. Later, the influence of the tool overhang in the vibration was evaluated. In the last Stage of the experiments, the analysis of the evolution of tool vibration, tool wear and its generating mechanism, the temperature and the morphology of the chips through the visual observation were made along the whole tool lives. Finally, an analysis of variance about the influence of cutting speed and tool overhang in tool life complements the results. The main conclusions of this work are: down milling always presented lower forces than climb milling; cutting speed has a much stronger influence on tool life than tool overhang; the most influent parameter in cutting forces is the radial depth of cut and in tool vibration is the tool overhang / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo de estruturação a laser em superfícies internas de componentes mecânicos com geometria cilíndrica que são de uso comum em máquinas e motores. A estruturação de superfícies com laser consiste da gravação na superfície do componente, de um grande número de micro-cavidades ordenadas que atuem como micro-reservatórios de lubrificante e como micro-armadilhas de resíduos de desgaste. É um método efetivo para reduzir o atrito e o desgaste de superfícies de contato em movimento. As micro-cavidades formam obtidas neste trabalho com a técnica de ablação a laser utilizando um laser de Nd-YAG bombeado por diodos em modo de chaveamento Q-switched e que emite pulsos curtos (~ 100 ns) de radiação visível (532 nm) com taxas de repetição de pulsos de até 20 kHz. O laser foi caracterizado espacial e temporalmente em uma vasta gama de taxas de repetição de pulsos e correntes de bombeamento. Observou-se que o diâmetro do feixe de laser e a duração temporal do pulso podiam ser descritos como função da energia de pulso do laser. Desse modo, os parâmetros mais importantes que controlam o processo de ablação a laser, i.e., fluência e intensidade foram estimados com uma medição simples da energia de pulso do laser. As micro-cavidades foram então geradas na superfície interna de cilindros de aço AISI 1070 com 30 mm de comprimento e 40 mm de diâmetro variando-se a energia de pulos do laser entre 0,2 mJ e 5 mJ. Um sistema de lentes tripleto f/2 foi projetado para focalizar o feixe multi-modo do laser com um diâmetro de 100 mm. Um dispositivo mecânico desenvolvido no IEAv permitiu posicionar com precisão o feixe de laser focalizado na superfície interna do cilindro com uma resolução inferior a 2,5 mm. O diâmetro e a profundidade das micro-cavidades foram medidas por microscopia óptica e através de um método não destrutivo baseado na réplica em acrílico da superfície estruturada. Foi estabelecida uma carta prática de processo correlacionando a energia e o número de pulsos com as dimensões das micro-cavidades o que permitiu um controle preciso do diâmetro das mesmas no intervalo entre 30 mm e 120 mm e profundidade entre 2 mm e 50 mm.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of computer resources for machinery programming with Computer Numeric Control (CNC) has become increasingly more necessary in manufacturing companies. The objective is to reduce unproductive time, to optimize programming process, to decrease possibility of error caused by manual programming and to decrease the time that the machine is not being used. Softwares employed for the programming of CNC machines, known as CAM, are programs that, among other functions, enable the automatic generation of CNC programs, through the calculus of the tool path, from the geometric representation of the available part in computer systems presented virtually. When their integration occurs, we obtain CAD/CAM systems that currently, due to the great advance of technologies, help the creation of shapes and the handling of dimensions, thus enabling the programming of several kinds of numerically-driven equipment. Due to a great array of resources offered by these programs, its cost is high. Therefore, the purchase of these programs by companies is impracticable. In addition, these companies do not need all the great array of resources to deal with low complexity geometry. By considering these aspects, the objective of this study is to develop a low-cost CAD/CAM integrated methodology to apply in fixed cycles for milling and drilling, existing in the numeric comand of machine tools. In order to analyze the technique, a system using a CAD software was designed. Through its optimization resources, routines for programming fixed cycles of a machine tool (milling) with three-axle programmable CNC were created. The results demonstrated viability of this proposal as it was possible to obtain a CAD/CAM system for specific application. / A utilização de recursos computacionais para a programação de máquinas com Comando Numérico Computadorizado (CNC) tem se tornado cada vez mais necessária nas empresas de manufatura. Esses recursos permitem a redução dos tempos improdutivos, a otimização do processo de programação, a diminuição da possibilidade de erro causado pela programação manual e do tempo de máquina parada. Os softwares utilizados para a programação de máquinas CNCs, conhecidos pela sigla CAM (Manufatura assistida por computador), são programas que, entre outras funções, possibilitam a geração automática de programas CNC através do cálculo do caminho da ferramenta, a partir da representação geométrica da peça disponível na forma virtual em sistemas computacionais de auxilio ao projeto CAD (desenho assistido por computador). Da integração desses sistemas, têm-se os sistemas CAD/CAM, que hoje, devido ao avançado grau de desenvolvimento das tecnologias, auxiliam na criação de formas e manipulação de dimensões possibilitando a programação de diversos tipos de equipamentos comandados numericamente. Devido à gama de recursos oferecida por esses programas, seu custo é elevado, o que torna sua aquisição inviável para pequenas empresas, que, muitas vezes, não necessitam de todos esses recursos por trabalharem com geometria de pouca complexidade. Levando em consideração esses aspectos, o objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia de integração CAD/CAM de baixo custo para aplicação de ciclos fixos para usinagem em fresamento e furação, existentes no comando numérico de máquinas-ferramenta. Para analisar a técnica, foi desenvolvido um sistema utilizando um software de CAD, a partir do qual, através de seus recursos de otimização e automatização, foram criadas rotinas para programação dos ciclos fixos de uma fresadora CNC de 3 eixos programáveis. Os resultados demonstraram a viabilidade dessa proposta, pois foi possível obter um sistema CAD/CAM para aplicação específica.

Analisaram-se os parâmetros tecnológicos mais significativos que influem na Usinagem por Eletroerosão (UEE). Foram desenvolvidos e comentados ensaios de usinagem de aço-carbono com eletrodos de cobre. Apresenta-se também um método de dimensionamento da ferramenta e da avaliação do tempo de usinagem, baseado nos dados obtidos. Foram confrontados os principais processos não-convencionais de usinagem, constatando-se que a UEE é um eficiente processo de fabricação. / The most important EDM technological parameters have been analyzed. Experiments on carbon-steel workpiece machined with copper tool-electrode have been developed and discussed. Based on the obtained data, this work suggests a method for designing the tool-electrode and evaluating the total machining time. Others usual non-traditional machining processes have been compared and it has been observed that EDM is an efficient manufacturing process.

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

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The main objective of the present work is to study the effect of the input variables: mechanical properties of the workpiece (tensile strength, hardness and elongation) and cutting conditions (cutting speed, feed rate, depth of cut and lubri-cooling system) over the output variables: cutting forces, power consumption, cutting temperature, surface roughness (Ra, Rz and Rq parameters) and toolholder vibration in turning of aluminum alloys: 1350-O, 6082-T4, 6262-T6,7075-T73 e 7075-T6. This set of alloys covers a large range of properties of the aluminum alloys. A 2k factorial planning and a Central Composite Design (CCD) were used to determine the machining test conditions. After ANOVA and Regression analysis of the results, 2nd order models were generated, relating the input and the output variables for each aluminum alloy and also globally (considering the properties of the alloys). Surface Response Method SRM, level curves and gradient vector generated after the models were used to present and analyze the influence of the input variables and their interactions on the output parameters. Validated models used in a multi-response optimization process (genetic algorithm) identified the levels of the input variables that simultaneously optimize all the output parameters. The most important contribution of this work on the machining of aluminum alloys lies on its efficiency of describing the behavior of each machining characteristic (output variable) as a function of the input variable interactions within the range studied. Many researches on machining of aluminum alloys describe, in an isolated form, the behavior of the machining characteristics (output parameters) as functions of a few or only one factor, limiting the conclusions about the machinability of these alloys. In the present work it was observed that generally the machining output parameters varied individually according to the literature, however, new behavior, due to the interaction of the input variables, so far not described by previous work was presented. / Este trabalho objetiva estudar o efeito das variáveis de entrada: propriedades mecânicas da peça (resistência mecânica, dureza e alongamento) e condições de corte (velocidade de corte, avanço, profundidade de corte e sistema de lubri-refrigeração) sobre as variáveis de saída (respostas): forças de usinagem; potência de usinagem; temperatura de corte; parâmetros de rugosidade: Ra, Rz e Rq e vibração do suporte da ferramenta no torneamento das ligas de alumínio: 1350-O, 6082-T4, 6262-T6, 7075-T73 e 7075-T6. Estas ligas cobrem uma larga faixa de propriedades das ligas de alumínio. Para este estudo foi utilizado o planejamento fatorial 2k completo e o planejamento composto central (PCC), para determinar as condições de ensaios de usinagem. A partir de análise de variância e de regressão dos resultados foram gerados modelos de 2ª ordem, relacionando, em cada liga de alumínio, e também de forma global (considerando as propriedades das ligas), as respostas com as entradas. Superfícies de respostas, curvas de níveis e vetor gradiente gerados a partir desses modelos foram utilizados para apresentar e analisar as influências das entradas, por interação entre fatores, sobre as respostas. Modelos validados foram utilizados em um processo de otimização multiresposta (algoritmo genético), que identificou os níveis das entradas que otimizassem, simultaneamente, todas as respostas. A grande contribuição deste trabalho, relacionado com a usinabilidade das ligas de alumínio, repousa em sua capacidade de descrever o comportamento da característica de usinabilidade (resposta) em função das interações das entradas em sua região de variação. Muitas pesquisas envolvendo a usinagem das ligas de alumínio descrevem de forma isolada o comportamento das características de usinabilidade em função de alguns fatores ou apenas um único fator, o que limita grandemente as conclusões sobre a variação das características de usinabilidade. Neste trabalho se observou, de maneira geral, que as características de usinabilidade variaram de forma isolada com os fatores, de acordo com o registrado na literatura, mas novos comportamentos das características de usinabilidade, ainda não descritos na literatura, devido à interação entre fatores foram presenciados. / Doutor em Engenharia Mecânica

Analisaram-se os parâmetros tecnológicos mais significativos que influem na Usinagem por Eletroerosão (UEE). Foram desenvolvidos e comentados ensaios de usinagem de aço-carbono com eletrodos de cobre. Apresenta-se também um método de dimensionamento da ferramenta e da avaliação do tempo de usinagem, baseado nos dados obtidos. Foram confrontados os principais processos não-convencionais de usinagem, constatando-se que a UEE é um eficiente processo de fabricação. / The most important EDM technological parameters have been analyzed. Experiments on carbon-steel workpiece machined with copper tool-electrode have been developed and discussed. Based on the obtained data, this work suggests a method for designing the tool-electrode and evaluating the total machining time. Others usual non-traditional machining processes have been compared and it has been observed that EDM is an efficient manufacturing process.

Empreendimentos industriais requerem o completo e preciso acompanhamento de dados de máquinas em tempo real, integrando as atividades do chão de fábrica com a engenharia, suporte e de negócios. É reconhecido que sistemas de monitoramento são fundamentais para melhorar a qualidade do produto, reduzir os tempos e para a adaptação rápida às mudanças de produção. Os sensores de processos possuem altos custos, não são compactos e são de difícil implementação. Portanto, seria estratégico desenvolver sistemas de monitoramento que utilizem ao máximo os recursos já existentes nas máquinas ferramentas e que não representem custos adicionais de implementação. O uso de CNC´s de arquitetura aberta nas indústrias é crescente. Estes se mostram como potenciais ferramentas para atender a estas exigências. Possuem os recursos necessários para a aquisição de informações administrativas e tecnológicas e para o desenvolvimento de sistemas de monitoramento. O objetivo do presente trabalho é pesquisar arquiteturas de monitoramento e supervisão para processos de usinagem que tenham como base informações disponíveis em CNC´s de arquitetura aberta. Tais sistemas, apesar de todo o potencial existente, ainda não tem sido explorados nem desenvolvidos adequadamente para os processos de usinagem. O presente trabalho é multidisciplinar nas áreas de automação e usinagem. Está dividido em partes em que são analisados tanto os elementos tecnológicos dos CNC´s abertos, bem como os processos de monitoramento e supervisão da usinagem. São apresentadas propostas no sentido de integrar as duas áreas pelo desenvolvimento de arquiteturas de software dedicadas. Os sistemas desenvolvidos foram testados em laboratório e também nas empresas parceiras. Os resultados mostram que o uso de CNC´s abertos para monitoramento e supervisão de processos é viável e proporciona funções de monitoramento/supervisão que não eram possíveis com os sistemas convencionais e sem a necessidade de recursos adicionais, como hardware, sensores e instalação. A implementação de protótipo em empresa parceira foi bem sucedida e deverá ser expandida no futuro. / Manufacturing enterprises require complete real time and accurate monitoring of machine tool data for integrating the shop floor with other company activities, as engineering, maintenance and business. It is acknowledged that monitoring systems capabilities are unavoidable to improve product quality, to reduce production time, and to the rapid adaptation in the changes of production. The use of external sensors gives high costs and do not have the advantages of compactness and the ease of use. Therefore, it is extremely advantageous to develop monitoring systems maximizing the use of the resources already existent in the machine tools and without additional costs of implementation. The use of open CNC\'s on industries is growing. This kind of control has been a great tool to attend these present requirements. It has the necessary resource to get managerial and technological information, and to develop monitoring systems. The objective of this work is to research monitoring and supervision architectures for machining process, based on information already available in open CNC\'s. Such systems, in spite of the whole existent potential, have not still been explored nor developed appropriately for the machining processes. The present work is multidisciplinary in the automation and machining areas. It is divided in parts where the technological elements of open CNC\'s are analyzed, as well as the monitoring and supervision systems of the machining processes. An architecture is proposed in the sense of integrating both monitoring and supervision. The developed systems were tested in laboratory and also in the partner companies. The results show that the use of open CNC\'s for monitoring and supervision of processes is viable and provides monitoring/ supervision functions which were not possible with the conventional systems and without the need of additional resources, as hardware and sensor installation. The prototype tested in a partner company succeeded and should be expanded in the future.

O objetivo do presente trabalho é analisar a influência de alguns parâmetros de usinagem na qualidade geométrica e superficial da peça. O brochamento é uma operação de usinagem antiga, a qual se desenvolveu com a indústria automobilística, mas que atualmente pode ser encontrada em diversos segmentos industriais. O processo consiste em uma remoção progressiva do material pela ação de uma ferramenta de corte multi-arestas. Este processo é capaz de, em um único ciclo, realizar as operações de desbaste e acabamento da peça em virtude da combinação de uma geometria adequada da ferramenta, tornando esta uma importante característica deste processo. Para o trabalho em questão, foi analisado um processo brochamento de acabamento na usinagem de blocos fabricados em ferro fundido. Este material foi escolhido por estar bastante presente na indústria de transformação devido à boa usinabilidade. Os resultados foram obtidos em medições com aparelhos eletrônicos e através de análise estatística foi avaliado o grau de interferência dos fatores para as características estudadas. Os resultados mostraram que os fatores e suas combinações interferem de forma diferente para cada característica analisada. Na maioria das situações analisadas, os fatores que individualmente apresentam significância para determinada característica, quando combinados entre si também podem interferir no resultado, este fato fica evidenciado com a análise dos resultados obtidos com as ferramentas diamantadas. / The objective of the present paperwork is to analyze the influence of some machining parameters on the geometrical and surface qualities of the work piece. The broaching is an old machining operation, which was developed with the automobile industry, but which nowadays can be found in diverse industrial segments. The process consists on a progressive removal of the material by a multi-edge cutting tool. This process is able of, in a single cycle, do the operations of the part\'s looping and finishing because of a peculiar geometrical configuration of the tool, what is an important characteristic of this process. For the paperwork on proposal, it was analyzed a process broaching of finishing in the machining of blocks made of cast iron. This material was chosen for being very present in the transformation industry due to its machinability. The results were obtained on measurements with electronic devices, and through statistical analysis it was analyzed the degree of interference of the factors to the studied characteristics. The results showed which the factors and its combinations interfere on a different way for each analyzed characteristic. In the most of the analyzed situations, the factors which individually present significance for determined characteristic, when combined among themselves, can interfere in the result too. This fact becomes evident with the analysis of the obtained results with the diamonded tools.