Este trabalho traz uma avaliação da influência das características de continuidade geométrica na composição de curvas que serão guias e seções na construção de superfícies, sobre a suavidade do processo de fresamento em 5 eixos simultâneos. Nesse processo a orientação da ferramenta é determinada pelo vetor normal local da superfície-guia (que normalmente é a usinada) e, por esse motivo, descontinuidades geométricas nas superfícies fazem com que a operação de usinagem transcorra de maneira não suave, ficando sujeita a solavancos, marcas na peça, e até trazendo o risco de colisão. O objetivo deste trabalho é saber até que ponto a preocupação com continuidade geométrica na composição de curvas que, posteriormente, comporão as superfícies a serem usinadas, influenciam na suavidade do processo de fresamento em 5 eixos simultâneos. Para tal são usinadas uma superfície complexa e uma pá de turbina, obtidas através dos dados originais de um software específico para o desenvolvimento de turbinas. Superfície e pá são compostas por curvas construídas a partir de segmentos de splines concatenados com continuidades: geométrica entre G0 e G2, e paramétricas entre C1 e C2.

Este trabalho teve como objetivo o estudo, desenvolvimento e caracterização de ferramentas de corte nacionais a base de nitreto de silício, aditivado com ítria, céria e nitreto de aluminio, em quantidades dissimilares, sinterizadas utilizando-se dois processos distintos: sinterização sem pressão e prensagem uniaxial a quente. Foram primeiramente confeccionados corpos de prova, caracterizadas em seguida através de medidas do tamanho médio de partículas, massa específica, identificação de fases por difração de raios-X, determinação de valores de microdureza Vickers, tenacidade à fratura por indentação e avaliação microestrutural por microscopia eletrônica de varredura. Este estudo mostrou que as características físicas e mecânicas dos compactos são fortemente influenciados tanto pelas composições das misturas como pelos processos de sinterização. Os materiais prensados a quente apresentam maiores valores de microdureza e massa específica, em função de uma etapa de controle mais efetiva no mecanismo de solução reprecipitação, durante a sinterização via fase líquida. Os materiais sinterizados sem pressão apresentam maior tenacidade à fratura, em função de relações de aspecto mais altas nos grãos beta, operacionalizando um mecanismo baseado na deflexão ou ramificação de trincas. Após a caracterização dos corpos de prova, foram confeccionadas ferramentas de corte para torneamento, de acordo com normas pré-estabelecidas para este tipo de produto, utilizando-se sinterização sem pressão como rota de processamento. Efetuou-se em seguida ensaios de usinagem em ferro fundido cinzento, utilizando-se as ferramentas desenvolvidas neste trabalho, e, para análise comparativa, uma ferramenta de nitreto de silício importada e uma de metal duro. Nas ferramentas cerâmicas desenvolvidas no CTA/IAE/AMR, não ocorreu quebra de aresta cortante, possibilitando usinagem bem sucedida com altas velocidades de corte (332m/min). A ferramenta de metal duro reagiu com o material usinado formando uma aresta postiça de corte. A referida aresta alterou a geometria da ferramenta, gerando um acabamento extremamente irregular na superfície usinada.

Um dos grandes desafios do processo de usinagem é a necessidade de abordar expectativas de desempenho, saúde operacional e meio ambiente durante a escolha do fluido de corte. Um agravante ambiental do fluido é sua má administração (uso incorreto, armazenamento e direcionamento). Para a redução dos riscos ambientais o uso de fluido de corte de base vegetal é uma alternativa biodegradável. Cada vez mais utilizados pela indústria, o óleo vegetal comparado com o óleo mineral possui vantagens não só ambientais, mas também podem aumentar o desempenho de corte, aumentar a vida útil da ferramenta e a qualidade de acabamento da peça usinada. O objetivo do trabalho é identificar os requisitos básicos do óleo vegetal para produção do fluido de corte para melhor selecionar dentre a biodiversidade de oleaginosas existentes no mercado. Neste trabalho utilizou-se a ferramenta Mapas Cognitivos do método SODA - Strategic Options Development and Analysis da Pesquisa Operacional Soft, para identificação dos critérios que viabilizam o óleo vegetal para produção, com a colaboração dos especialistas que trabalham na concepção, produção e descarte de fluidos. O mapeamento do problema possibilitou identificar as principais bases de vulnerabilidade técnica, econômica e ambiental na produção do fluido de corte biodegradável. As conclusões da avaliação coletiva abordam as variáveis que incluem o campo de viabilidade produtiva, suporte tecnológico e contribuição aos aspectos de sustentabilidade do produto.

A furação orbital é um processo de usinagem com a finalidade de abrir furos através de um duplo movimento circular, acompanhado de um deslocamento linear na direção de furação. Uma ferramenta de corte girando em alta velocidade é colocada em movimento numa orbita excêntrica e simultaneamente deslocada contra a superfície do material a ser furado. Esta excentricidade define o diâmetro final do furo, sendo que o efeito de fresar a peça reduz o esforço de furação e acarretando num furo com bom acabamento superficial e isento de rebarbas, em comparação a processos convencionais de furação. Para promover estes movimentos, um dispositivo automático de furação orbital foi projetado e desenvolvido para ser acoplado no punho de um robô manipulador industrial. O processo de desenvolvimento deste dispositivo, seus requisitos, funções e módulos funcionais são apresentados neste trabalho, culminando na construção do sistema EFORB ou Efetuador de Furação Orbital Robotizado, sendo seu desenvolvimento e construção o tema central desta tese. Os resultados obtidos atestam o funcionamento do dispositivo desenvolvido, atendendo as tolerâncias e requisitos de processo exigidos para aplicações no setor aeroespacial.

Fluidos de corte são compostos utilizados na indústria por sua capacidade de lubrificação e refrigeração nos processos de usinagem. Por serem ricos em compostos orgânicos sofrem ataques constantes de microorganismos que danificam peças, máquina-ferramenta e a saúde humana. Este trabalho se propôs a estudar o ciclo de vida dos fluidos de corte, considerando aspectos mecânicos, químicos e biológicos que, juntos, contribuem para uma análise holística dos aspectos de sustentabilidade industrial. Para atingir esta meta foi necessário estabelecer os requisitos e restrições para decisão do uso de óleos de base mineral, vegetal e sintética, para controlar as alterações das características mecânicas (condições de lubrificação e de refrigeração), químicas e biológicas. Como um dos resultados deste trabalho, foram definidos os requisitos e restrições para o uso da água resultante dos tratamentos de efluentes originários de fluidos de corte usados, pois, a partir destes dados, poder-se-á reutilizar esta água em máquina-ferramenta. Além disto, o estudo do ciclo de vida de fluidos de corte possibilitou o desenvolvimento de um novo fluido de corte vegetal de base óleo de pinhão manso. Este fluido serviu como protótipo para aplicação e demonstração do método de qualificação de fluidos de corte solúveis para processos de usinagem em liga de alumínio e ferro fundido cinzento. Finalmente, como resultado principal do estudo do ciclo de vida dos produtos observou-se que o fluido de corte solúvel dependendo da sua composição e destinação de seus efluentes, podem ter um ciclo de manufatura sustentável.

O carbeto de silício (SiC) pode ser destacado como um ótimo candidato a substrato para espelhos, devido às suas propriedades térmicas e mecânicas superiores quando comparado aos materiais ópticos convencionais. A tecnologia de materiais refratários como a do SiC, disponível hoje no país, está voltada estritamente para a produção de fornos, material para corte e material para acabamento. O presente trabalho é um estudo sobre a viabilidade do desenvolvimento de acabamento superficial em componentes cerâmicos de SiC, utilizando técnicas de manufatura aplicadas aos materiais ópticos convencionais, para a diminuição da rugosidade superficial e do erro de forma. A aplicação dos métodos desenvolvidos durante este trabalho possibilitaram obter superfícies com baixa rugosidade, Ra < 4 nm, e com erro de forma melhor que 8, verificada por meio de interferometria, com laser de He-Ne, = 632,8 nm.

A considerable amount of research has focused on machining dynamics due to the impact it lays upon productivity and quality. Models have been developed with an ever-increasing accuracy in order to predict the dynamic behavior of cutting tools under different circumstances. However, workpiece behavior during machining is also a current limiting factor which is dealt with by means of restricting product designers of using features with thin characteristics. For this reason, designed products will be often oversized due to machining technology restrictions related to dimensions of thin walls. The main objective of this work is to investigate the behavior of thin walls during milling in order to identify the challenges imposed by the process. Different strategies are tested and evaluated through force signals, finite element analysis (FEA), analytical models, and analysis of the machined parts. Cantilever walls with varying dimensions are tested and the height-to-thickness (H/t) ratio often found in literature as a guideline is discussed. Waterline, low stock, constant force, and passive damping strategies are evaluated and their applicability, advantages, and restrictions are discussed. The effect of cutting speed on cutting force is investigated from a force and excitation frequency standpoint. A method for prediction of resonance based on a frequency chart is proposed, for which variable speed tests are conducted. This variable speed approach is based on prediction of stable paths as machining progresses by means of the proposed chart. Validation of the frequency chart construction method is presented along with its applicability and restrictions considering a more complex geometry. Results indicate that the frequency chart method can be used to predict and explain the occurrence of instability but limiting factors still lie in implementing and improving the proposed method.

Na usinagem, visando a processos produtivos com menor geração de resíduos, maior eficiência e mais sustentáveis, são desenvolvidas novas técnicas, como a usinagem com mínima quantidade de lubrificantes (MQL) ou mesmo a seco. A inserção de novas tecnologias também implica investimento financeiro e alterações no consumo de energia. O presente trabalho tem por objetivo avaliar as dimensões técnico-econômica, social e ambiental do fresamento de Ferro Fundido Vermicular (CGI - Cast Grey Iron) utilizando as técnicas de Lubri-refrigeração a seco, MQL e inundação. O ambiente de estudo foi eleito conforme seu nível de criticidade, pois o CGI possui alta taxa de grafita e o fluido de corte de base vegetal de Pinhão-manso (Jatropha curcas) contém alta taxa de matéria orgânica em sua composição. Como critério técnico-econômico estudou-se o consumo energético da máquina-ferramenta e de equipamentos auxiliares específicos, além da quantificação do volume de fluido de corte gasto e seu gerenciamento. Na dimensão ambiental, estudou-se a qualidade do ar (fungos ambientais) e os resíduos gerados. Por fim, na dimensão social, foram estudados indicadores relacionados à saúde do operador. Avaliando a quantidade de óleo presente em suspensão (névoa) no ambiente de trabalho e a poluição sonora gerada com a aplicação de cada técnica. Levando em consideração os aspectos técnico-econômicos, ambientais e sociais analisados, concluiu-se que a técnica de Lubri-refrigeração a seco é a mais indicada para o fresamento de CGI. Os custos envolvidos provaram ser menores para essa condição, que produz resíduos de tratamento mais facilitado. Os resultados também indicam menores problemas de saúde ocupacional. Adicionalmente, conclui-se que o ambiente de trabalho estudado não está apto a trabalhar com o processo de Lubri-refrigeração por MQL, pois ainda faltam projetos de máquinas a serem melhorados.

A eficiência energética nos processos de usinagem e nos sistemas de manufatura flexíveis (FMS) em usinagem é essencial para aumentar a competitividade das empresas. Esse tema não está apenas diretamente ligado à era da sustentabilidade, mas também a procedimentos que possibilitam grande redução de custos. Atualmente, a sustentabilidade não se refere somente à área ambiental ou a utilizar os recursos disponíveis com consumo consciente, mas também está ligada à sobrevivência da empresa em um mercado globalizado e competitivo. A sobrevivência de uma empresa aumenta pela diminuição de seus custos energéticos, que já são maiores que o custo de manutenção da ferramenta de corte no setor metalomecânico de usinagem. Na era da sustentabilidade, uma forma de avaliar se a empresa é sustentável é pela sua política de eficiência energética. A norma ABNT/ISO 50001, que trata do assunto de eficiência energética, orienta a empresa a cumprir vários requisitos, entre os quais, a necessidade de indicadores para avaliá-la e de um método para aumentá-la. A norma, porém, não informa quais são esse indicador e método. Para suprir essa lacuna, possibilitando que empresas tenham maior eficiência energética e se tornem mais competitivas, essa tese apresenta um método sistemático para avaliar e aumentar a eficiência energética em sistemas flexíveis de manufatura discreta em usinagem. Esse método baseia-se na avaliação de FMS pela eficiência da produção, do processo e redução de custeio que são avaliações complementares, e um método de aumento da eficiência energética em equipamentos e outro em processo de usinagem. O método foi aplicado em 3 FMS em usinagem em uma indústria automotiva, que resultou na redução de 10% do consumo de energia elétrica nos seis primeiros meses e mais 10% no ano posterior. Nesse período da aplicação do método, foi possível identificar as maiores perdas em energia elétrica no FMS e, posteriormente, criar mais de 250 ações de aumento da eficiência energética em energia elétrica. Assim, todos os estudos feitos e apresentados nesta tese foram aplicados aos equipamentos e processos em sistemas flexíveis de manufatura em uma indústria automotiva. Como resultado da aplicação do método da tese desenvolvido na fábrica, a equipe que o aplicou recebeu inclusive um prêmio mundial de inovação em gestão de meio ambiente da Renault, Palmarès ICP Monde 2014 - Maîtrise de l'Environnement. Outro resultado da tese, com a aplicação da metodologia desenvolvida, foi a criação de uma patente FR14-60338, depositada inicialmente na França.

A fabricação de ultraprecisão - com suas dimensões atingindo níveis submicrométricos - tem-se mostrado um campo de trabalho que exige combinação do que há de mais avançado nas áreas de materiais, metrologia e controle. Para alcançar tais níveis de precisão, é necessário que se garanta excelente desempenho de cada um dos componentes e/ou subsistemas das máquinas. Sendo o par tribológico mancal - eixo-árvore elemento vital para o desempenho de uma máquina ferramenta, e baseado em estudos recentes que mostram que mancais convencionais de rolamento estão rapidamente atingindo seu limite, o estudo dos mancais pressurizados externamente se impõe. Com a crescente demanda por rigidez e precisão de giro, tais mancais tem-se tornado solução convencional ao contrário de condição especial. Os mancais aerostáticos, em particular, apresentam alta precisão de giro, baixa geração de calor, ausência de desgaste, alto amortecimento e limpeza. Essas características os tornam bastante atrativos em ambientes de fabricação de ultraprecisão, especialmente na indústria óptica e eletrônica, como por exemplo, na fabricação de semicondutores. O presente trabalho objetiva a comparação entre os comportamentos de dois mancais aerostáticos, com restritor do tipo orifício e com material cerâmico poroso, em relação as capacidades de carga e rigidez. Os resultados indicam a superioridade do mancal com restritor poroso quanto a capacidade de carga e também em relação à rigidez. / Ultra-precision machining - whose dimensions can reach sub-micrometric levels - has been shown to be an area of work requiring a combination of the best of materials, metrology and control. To achieve such accuracy levels, it is necessary to guarantee excellent performance of every component and/or machine subsystems. Being the tribological associated pair bearing/spindle a vital element for the performance of a machine tool, and based on recent researches that show that rolling bearings are reaching their limit very quickly, there has been an increasing demand for aerostatic bearings. These present good characteristics of stiffness, radial and axial accuracy, low heating generation, wear resistance and cleanliness. These features make them quite attractive in ultra-precision manufacturing environments, specially in the optics and electronics industries, such as in the manufacturing of semiconductors. The present work compares the stiffness and load carrying capacity of orifice restrictor and porous ceramic aerostatic bearings. The results show the superiority of porous aerostatic bearings as to loading capacity as well stiffness.