O chatter é o principal problema de instabilidade nos processos de usinagem, e é causado pelas ondulações deixadas na superfície durante cortes sucessivos, ou chamado processo de regeneração, e é caracterizado pelo ruído e qualidade superficial ruim nas superfícies usinadas. Portanto, a comunidade científica tem se preocupado em desenvolver ações, tanto para a predição do fenômeno, como para desenvolver estratégias para sua redução. Neste trabalho avalia-se numérica e experimentalmente, a utilização de pastilhas piezelétricas acopladas no suporte da ferramenta, e aplicando estratégias de controle passivo e ativo, procurando a redução do chatter em processos de torneamento. A solução passiva consiste em conectar os terminais das pastilhas piezelétricas a um circuito elétrico dissipador de energia. A solução ativa propõe usar uma das pastilhas como sensor e a outra como atuador para aplicar leis de controle de realimentação. Na avaliação numérica foi considerado um modelo eletromecânico de parâmetros distribuídos usando a teoria de viga engastada de Euler-Bernoulli, e as equações constitutivas elétricas e mecânicas do material piezelétrico. A comparação das funções de resposta em frequência (FRFs) do sistema, obtidas numericamente, mostra uma adição de amortecimento ao sistema quando é usado um circuito de dissipação com uma resistência e uma indutância como solução passiva. A avaliação numérica da solução ativa indica que o controle de realimentação de velocidade adiciona amortecimento do sistema. A melhora da estabilidade no processo de torneamento destas duas estratégias é comprovada num diagrama de lóbulos de estabilidade. Na parte experimental foram obtidas as funções de resposta em frequência do sistema suporte da ferramenta, usando um sistema de aquisição de dados, com o fim de comparar as magnitudes da resposta, e foram feitos testes de torneamento com o fim de comparar qualitativamente as qualidades superficiais obtidas nas peças usinadas. A medição das FRFs com circuitos de dissipação indicou uma atenuação da resposta para um sistema com circuito em série, estratégia que foi avaliada em testes de torneamento, e mostrando uma melhora no acabamento superficial. / Chatter is the main problem of instability in machining processes, caused by the modulations left on the surface during the successive cuts, called regeneration process, and is characterized by violent vibrations, noise and poor surface quality on machined surfaces. Thus, the scientific community has been concerned with developing actions for both the phenomenom prediction, and developing strategies to reduce them. This work evaluates numerically and experimentally the use of piezoelectric layers embedded to the tool-holder, and applying active and passive strategies trying to reduce the chatter in turning processes. For the passive case, the conductive electrode pairs of the piezoelectric layers are connected to a shunt circuit which modifies the system dynamics. The active solution proposes to use one of the piezoelectric layers as sensor an the other one as actuator, in order to apply feedback control laws. A numerical evaluation considers an electromechanical distributed parameter model based on Euler- Bernoulli cantilever beam theory, and the electrical and mechanical constitutive equations of the piezoelectric material. A comparison of the system frequency response functions (FRFs), numerically obtained, shows an increase of system damping when a resistive-inductive shunt circuit is used as a passive solution. The numerical evaluation of the active solution shows that the velocity feedback control increases the system damping. The turning process stability improvement using both strategies, is shown in a stability lobe diagram. Frequency response functions of the tool-holder system were obtained experimentally using a data acquisition system, in order to compare the response amplitudes. Turning tests were performed in order to compare surface qualities obtained of machined parts. Measurement of FRFs using series resistive-inductive shunt circuits shows a system response attenuation, later this strategy was evaluated in turning tests, showing an improvement in surface finish.

Este trabalho trata da avaliação do desempenho de máquinas de usinagem cujas arquiteturas se baseiem em estruturas cinemáticas paralelas planas. Inicialmente analisa dois tipos distintos de arquiteturas paralelas, avaliando as suas mobilidades, possíveis formas de atuação, além de apresentar seus modelos teóricos cinemáticos e dinâmicos correspondentes. A seguir, descrevem-se no texto algumas simulações realizadas em oito modelos propostos, de modo a se observar os comportamentos das arquiteturas consideradas, quando da execução de possíveis trajetórias da ferramenta em movimento plano (2D). A seleção dos modelos e a discussão dos resultados são guiadas por índices de desempenho presentes na literatura e outros propostos ou adaptados. O trabalho discute ainda as melhores soluções, com foco nas trajetórias prédefinidas e em critérios importantes para os mecanismos de arquitetura paralela. / This dissertation concerns the performance evaluation of machine-tool with architectures based on planar parallel kinematic structures. The text starts analyzing two distinct types of parallel architectures, their mobility, feasible schemes of actuation and presents their kinematic and dynamic models. From this point, simulations are described to figure out some characteristics of chosen architectures, in eight different models, focused on execution of tool trajectories in plane motion (2D). The model selection and the discussion about obtained results are guided by performance indexes from the literature and others either proposed or adapted. The work also discusses the best solutions, for pre-defined tool trajectories and important points for mechanisms with parallel structures.

Análises ecotoxicológicas vêm sendo amplamente empregadas no monitoramento de amostras ambientais, efluentes industriais e substâncias complexas. Com o objetivo de avaliar a toxicidade de fluidos de usinagem usados na indústria de peças metálicas, foram feitos ensaios de toxicidade aguda com espécies de três diferentes níveis tróficos: Vibrio fischeri, Daphnia similis, Daphnia laevis e Danio rerio. As amostras dos fluidos foram também analisadas quanto aos valores de DQO, fenol, pH, cor, densidade e surfactantes. Os parâmetros físicos e químicos encontram-se dentro dos limites da legislação CONAMA 357 (D.O.U., 2005). Os resultados dos bioensaios revelaram que os fluidos de usinagem apresentaram toxicidade aos organismos empregados neste estudo, e que o tratamento das amostras com radiação gama não foi eficiente na diminuição da toxicidade dessas matrizes. Foi observado que a radiação gama potencializou o efeito tóxico dos fluidos estudados. A biodegradação em solo demonstrou ser efetiva para os fluidos de usinagem e bactérias endêmicas foram identificadas e isoladas para possível utilização no tratamento de áreas contaminadas com fluidos de usinagem. O monitoramento e gestão dos resíduos de fluido de usinagem são necessários para a preservação dos organismos aquáticos devido a sua toxicidade elevada. / Ecotoxicological analyses have being used to monitor environmental samples, industrial effluents and complex substances. With the objective to analyze the toxicity of cutting fluids used in the machinery industry, acute toxicity test with species of three different throphic levels: Vibrio fischeri, Daphnia similis, Daphnia laevis e Danio rerio, were performing. The samples of fluids were analyzed by COD, phenol, pH, color, density and surfactants. The physical and chemical parameters are the according with the brazilian law, CONAMA 357 (D.O.U. 2005}. The results of the toxicity tests showed that the cutting fluids have high toxicity to the organisms used in this study and the gamma radiation treatment was not efficient to decrease the matrix. The biodegradation in soil demonstrated be effective to the cutting fluids and the indigenous bacteria were identified and isolated to possible treatment of soils contaminated with these kinds of substances. The monitoring and management of residues of cutting fluids are necessary to preservation of aquatic live, in consequence of their high toxicity.

O presente trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre o processo de serramento por serra de fita, abordando fatores relativos ao desempenho de corte nas diversas operações deste processo. Na seqüência, apresentam-se os seguintes estudos específicos: características da madeira que exercem influência nas operações de serramento por serra de fita: o processo de serramento e; ferramentas de corte. A fim de se verificar os aspectos teóricos especificados na literatura para adequação do processo de serramento, efetuou-se um estudo de caso em uma serraria, usinando-se a espécie de madeira Pinus oocarpa em operação de desdobro com serra de fita vertical. Neste estudo, realizou-se a medição da potência consumida durante o corte com aquisição de dados em tempo real, a qual possibilitou calcular a potência de corte média. / The present work shows a bibliographical review on band sawing, in respect to the factors related to cutting performance during the several operations of such process. Moreover, the following studies are presented: wood characteristics influencing the band sawing; sawing process itself; and cutting tools. In order to check the theorical aspects encountered in the literature to adequate the sawing process, a case study in a sawmill plant has been carried out. Pinus oocarpa wood species has been machied by unfolding using a vertical bandsaw. The consumed power during the cutting process was measured by a data acquisition system in real time, what allowed the calculation of the average cutting power.

Como seguir com o crescimento da indústria, da economia e do consumo de energia de forma sustentável? No setor manufatureiro as máquinas-ferramentas são peças-chave nos processos de fabricação. Como saber se uma bomba, um motor ou outro elemento acessório é adequado para uma máquina-ferramenta específica? Normalmente, fabricantes se baseiam em sugestões dos fornecedores para selecionar tais elementos, o que resulta em um projeto ajustado pela experiência e por estimativas subjetivas, às vezes superestimando as dimensões do projeto por segurança. O objetivo deste trabalho é monitorar o consumo da energia elétrica durante a fase de uso da máquina-ferramenta, com o fim de explicar a demanda de energia em cada uma de suas tarefas, sugerindo diretrizes para o aperfeiçoamento do projeto desta nos seus componentes críticos. Esta dissertação apresenta uma cuidadosa revisão de livros e pesquisas anteriores, os quais direcionaram a etapa experimental. Assim, elegeu-se trabalhar em um centro de usinagem, o qual foi monitorado por um analisador de qualidade de energia. A metodologia experimental iniciou-se com a avaliação da eficiência energética da máquina-ferramenta em termos de fator de potência, a fim de trabalhar dentro dos parâmetros da legislação brasileira, e finalizou-se com o monitoramento do consumo de energia elétrica. Tal monitoramento foi feito em três cenários de usinagem: em vazio, a seco e com fluido, utilizando um mesmo plano de trabalho em todas as situações. Conclui-se que prognósticos de consumo de energia são possíveis se tempos e constantes do modelo apresentado são conhecidos para uma máquina-ferramenta específica, parâmetros que são influenciados pela experiência do operador. A medição do consumo de energia da máquina em vazio e com remoção permitiram conhecer o consumo de energia pela usinagem propriamente dita. Observou-se também que apenas a máquina-ferramenta consome 59% da energia total quando está usinando; as mudanças de velocidade não afetam o consumo de energia diferentemente da taxa de remoção de material; elementos auxiliares à usinagem não deterioram a eficiência energética da máquina, embora possam representar uma boa taxa percentual de gasto no consumo total; e a troca de ferramentas é mais eficiente na usinagem do que em vazio. / How to follow the growth of industry, economy and energy consumption in a sustainable way? In the manufacturing sector, the machine tools are key-parts in the processes. How can we know if a pump, an electric motor or another accessory element is adequate to a specific machine tool? Usually, the manufacturer relies on suggestions from suppliers to select those elements, resulting in a project adjusted by experience and subjective estimations, sometimes overestimating for security. The objective of the present work is to monitor the consumption of electric power during the useable phase, in order to map the energy demand in each of its tasks, thus suggesting guidelines for the improvement of the project to its critical components. This dissertation presents a thorough review of books and previous research, which has guided the experimental phase. Accordingly, it was chosen to work in a machining center, which was monitored by a power quality analyzer. The experimental methodology began with the evaluation of the energetic efficiency of the machine tool in terms of power factor, in order to work within the parameters of the Brazilian legislation, and ended up with electric energy consumption monitoring. Such monitoring was made in three machining scenarios: cutting air, cutting dry and with coolant, sing the same CNC workplan in all situations. The conclusions include that forecasting of energy consumption is possible if time and constants of the proposed model are known for a specific machine tool, parameters which are influenced by the experience gathered by the operator. The measurement of energy consumption during air cutting and removing material allowed to know the energy consumption of the machining operation itself. It was also observed that: the machine alone consumes 59% of the total energy when in operation; the energy consumption is not affected by speed changes, but by the material removal rate; auxiliary elements to the machining do not negatively affects the energy efficiency of the machine, although may represent considerable expenditure in total consumption; and, the exchange of tools is more efficient when removing material, than when air machining.

Corpos de prova de ferro fundido foram usinados com altíssima velocidade de corte. Tiveram diversos parâmetros de sua rugosidade medida e os valores foram descritos em gráficos de rugosidade versus profundidade de corte. Pode-se verificar uma dependência entre estes valores, mas não o clássico aumento da rugosidade conforme o aumento da profundidade de corte. Realizou-se ainda a inspeção metalográfica dos corpos de prova na busca de mudanças de fase na estrutura ferro carbono que indiquem temperaturas elevadas no local, causadas pela alta velocidade de corte. / Cast iron test parts were high-speed machined. They had several roughness parameters measured and these values were plotted on roughness versus depth of cut charts. It could be noticed a relation between these values, but not the classical roughness increase due to the increase of depth of cut. Moreover, the metalographical analisys was performed for these test parts, in a search for phase changes on the carbon-iron structure which indicate high temperatures at the region, caused by the high cutting speed.

O objetivo deste trabalho é avaliar a influência sobre o número de swirl e desempenho do motor diesel a partir de cabeçotes fabricados com variação no posicionamento relativo dos dutos de admissão em duas direções perpendiculares. Inicialmente definiu-se que o valor a ser deslocado seria de 1 milímetro, e então para cada combinação entre os dutos de admissão curto e longo deveria ser fabricado um número mínimo de seis cabeçotes para posteriores ensaios em bancada com dinamômetro. Após a fundição fabricar as nove combinações definidas, sendo uma delas com os eixos em suas condições nominais, isto é, sem o deslocamento de um milímetro, obtiveram-se um total de 60 cabeçotes. Os cabeçotes foram então controlados em máquina tridimensional, usinados e montados todos os seus componentes e enviados para a medição do número de swirl em máquina desenvolvida especialmente para este teste. Para cada cabeçote mediu-se o número de swirl duas vezes, e em seguida cada uma das nove combinações foram ensaiadas no mesmo dinamômetro e avaliados os respectivos parâmetros: consumo específico de combustível, curva de torque e emissão de poluentes. Para cada combinação mediu-se a curva de torque duas vezes e mediu-se três vezes o ciclo de emissões com treze pontos (ESC). Nos resultados de swirl, três combinações apresentaram-se fora dos limites da tolerância, uma abaixo do mínimo da tolerância em 22,7% e as outras duas além do máximo da tolerância em respectivamente 18,2% e 17,8%. Nos resultados de dinamômetro, nenhuma combinação se apresentou fora dos limites estabelecidos para o modelo de motor ensaiado nos seguintes parâmetros: consumo específico de combustível, torque e emissões de CO, HC, MP e NOx. / The main purpose of this work is to evaluate the influence on the swirl number and the engine diesel performance based on cylinder heads produced with variation on relative positioning of inlet ports in two perpendicular directions. Firstly, it was defined that the value to be displaced would be 1 millimeter, and then for each combination between the short and the long inlet ports should be produced a minimum of six cylinder heads for further testing on the dynamometer. After the foundry production of the defined nine combinations, one of them having the axis in their nominal positions, i.e. without the displacement of 1 millimeter, a total of 60 cylinder heads were obtained. These cylinder heads were measured in a tridimensional machine, machined and all of their components were assembled and their swirl number were measured in the machine developed specially for this method. For each cylinder head the swirl number was measured twice and after that all nine combinations were performed at the same dynamometer and the following parameters were evaluated: fuel consumption, torque curve and pollutants emission. For each combination the torque curve was measured twice and the thirteen point\'s emissions cycle (ESC) was measured three times. Concerning the swirl results, three combinations ended up out of the tolerance limits, one of them as 22,7% below the minimum tolerance and the other two as 18,2% and 17,8% respectively over the maximum tolerance. Regarding the dynamometer results, no combination ended up out of defined tolerances for the kind of engine tested in the following parameters: fuel consumption specific, torque and emissions of CO, HC, PM and NOx.

Neste trabalho verificou-se o efeito da ferroxidação a vapor, aplicada antes e após operações de usinagem de acabamento final, na resistência ao desgaste de um ferro sinterizado, utilizado na fabricação de bielas usadas em mancais de deslizamento de compressor hermético. Ensaios micrográficos, de dureza e microdureza, ensaios de perfil e circularidade, testes de vida acelerados em um compressor hermético doméstico de refrigeração e ensaios de microdesgaste, usando-se o mesmo tipo de óleo aplicado em compressores, ou abrasivos com diferentes granulometrias, foram realizados em peças e amostras com e sem a camada ferroxidada. Verificou-se que a camada ferroxidada apresentou valores de durezas superiores ao do substrato em 130%. No caso das amostras ferroxidadas, os resultados indicaram significativa melhora na resistência ao desgaste tanto no teste de aplicação direta no compressor, demonstrado nos testes de perfis e de circularidades, como nos ensaios de microdesgaste, evidenciando a grande efetividade desse tratamento no aumento da resistência ao desgaste nas condições testadas neste trabalho. / The intent of this work was to verify the effect of steam treatment applied before and after finishing machining operations on wear resistance of sintered steel used in the manufacturing of connecting rod applied in sliding bearings of hermetic compressor. Micrographic tests, hardness and micro hardness, test profile and roundness, accelerated endurance test in domestic refrigeration hermetic compressor and micro wear test using the same oil used in the compressor or abrasive with different grain size were made on parts and samples with and without oxide layer. It was verified that the oxide layer indicated hardness values over 130% than that of the substrate. In the case of layer oxide, the results showed significant improvement on wear resistance in the direct compressor application shown by test profile and roundness as well as micro wear test, showing the high efficiency of treatment increasing the wear resistance in the conditions tested in this work.

Neste trabalho foram investigadas as influências de alguns dos principais fatores do torneamento sobre o acabamento da superfície, rugosidade, tensões residuais e microdureza em um conjunto de amostras. Foram analisadas barras de aço ABNT 1045 torneadas e utilizou-se a técnica de planejamento de experimentos (DoE) para formar trinta e duas diferentes combinações de fatores, analisar suas interações e sua influência no acabamento de cada amostra. Os fatores de usinagem investigados foram: (1) avanço, (2) velocidade de corte, (3) raio de quina, (4) ângulo de saída e (5) posição axial. Analises fatoriais foi avaliaram a influência dos cinco fatores na rugosidade média (Ra) e a eficácia de cada conjunto de fatores em obter o acabamento alvo (Ir). Utilizou-se a técnica de difração de raios-X para medir as tensões residuais em sete das dezesseis amostras. As tensões foram medidas na superfície e em profundidades de 5, 10, 20, 50 e 75 μm com auxílio de ataque eletrolítico. Por fim foi realizada análise metalográfica da superfície usinada e perfil de microdureza. Os resultados mostraram que o avanço e o raio de quina possuem elevado efeito padronizado em ambas as análises. Porém, para ambos, enquanto que a aplicação de um menor avanço (ou maior raio de quina) produziu superfícies com baixo Ra, por outro lado também prejudicou a eficácia do torneamento pois contribuiu para obtenção de rugosidade significativamente maior que a teórica. Já o fator velocidade de corte quando teve seu valor elevado foi benéfico ao processo em ambas as análises. Não foi encontrada relevância da região de medição da rugosidade sobre Ra. As tensões residuais sofreram elevada influência dos fatores avanço e velocidade de corte, enquanto o ângulo de saída e o raio de quina mostraram pequeno efeito. A qualidade do acabamento da superfície, regular ou irregular, apresentou relação direta com o mecanismo de geração das tensões residuais. O perfil de microdureza medido mostrou valores de dureza elevados nas amostras com superfície regular e em regiões com maior tensão residual. / This paper investigated the influence of some of the main turning parameters in surface finishing, roughness, residual stress and microhardness of turning samples. Design of experiments (DoE) approach controlled the machining factors of the 0.45%C (ABNT 1045) steel bars samples. DoE also were applied to organize a total of thirty-two parameters combination, analyze its interactions and influences in each sample’s surface finish. Machining parameters investigated were: (1) feed rate, (2) cutting speed, (3) nose radius, (4) rake angle and (5) region of roughness measurement. Factorial analysis evaluated the influence of those five parameters in the average roughness (Ra) and the accuracy of each parameters combination to achieve the expected surface finish (Ir). The X-ray diffraction technique was used to measure the residual stresses in seven out of sixteen samples. The tensions were measured at their surface and at depths of 5, 10, 20, 50 and 75 μm by means of electrochemical material removal. In addition metallographic analysis of the machined surface and microhardness profile were conducted. Results showed that parameters as feed rate and nose radius have strong standardized effect in both factorial analysis. Results shown that reduction of the feed rate (or increase in nose radius) were able to produce lower roughness average (Ra) but, on the other hand, it also contribute to generate a surface roughness significant higher than theoretical roughness. The increase in cutting speed was beneficial to both, achieving a lower roughness average and improving process accuracy. The region of roughness measurement was found not significant to influence Ra. The residual stresses were strongly influenced by the feed rate and cutting speed factors, while the rake angle and nose radius showed small effect. The quality of the surface finish, regular or irregular, was directly related to residual stresses generation mechanism. The microhardness profile shown higher microhardness in samples with regular surface finish and in depths with higher residual stress.

Este trabalho trata da avaliação do desempenho de máquinas de usinagem cujas arquiteturas se baseiem em estruturas cinemáticas paralelas planas. Inicialmente analisa dois tipos distintos de arquiteturas paralelas, avaliando as suas mobilidades, possíveis formas de atuação, além de apresentar seus modelos teóricos cinemáticos e dinâmicos correspondentes. A seguir, descrevem-se no texto algumas simulações realizadas em oito modelos propostos, de modo a se observar os comportamentos das arquiteturas consideradas, quando da execução de possíveis trajetórias da ferramenta em movimento plano (2D). A seleção dos modelos e a discussão dos resultados são guiadas por índices de desempenho presentes na literatura e outros propostos ou adaptados. O trabalho discute ainda as melhores soluções, com foco nas trajetórias prédefinidas e em critérios importantes para os mecanismos de arquitetura paralela. / This dissertation concerns the performance evaluation of machine-tool with architectures based on planar parallel kinematic structures. The text starts analyzing two distinct types of parallel architectures, their mobility, feasible schemes of actuation and presents their kinematic and dynamic models. From this point, simulations are described to figure out some characteristics of chosen architectures, in eight different models, focused on execution of tool trajectories in plane motion (2D). The model selection and the discussion about obtained results are guided by performance indexes from the literature and others either proposed or adapted. The work also discusses the best solutions, for pre-defined tool trajectories and important points for mechanisms with parallel structures.