Processos de torneamento, muitas vezes na condição de corte interrompido, estão presentes em diversas operações na manufatura de componentes mecânicos, seja quando uma geometria específica é necessária como função deste componente ou quando ela é resultante de uma etapa anterior no processo produtivo, como no caso de peças forjadas. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação da severidade de perfis irregulares durante o processo de torneamento. Esta avaliação é realizada principalmente sob o enfoque de esforços de corte e vibração, utilizando para tanto um dinamômetro e um acelerômetro. São estudados dois casos de torneamento apresentando geometria irregular: barras de seção transversal quadrada e barras cilíndricas contendo rasgos de chaveta. O material utilizado em ambos os casos foi o aço SAE 52100. Os sinais de forças e vibração foram obtidos em diferentes etapas do torneamento, sendo cada etapa representada por uma taxa de contato diferente. As velocidades de corte utilizadas foram de 60 m/min e 120 m/min, com avanço constante e igual a 0,2 mm/volta e profundidade de corte de 1 mm. Para a medição dos esforços foi instrumentado um porta-ferramentas equipado com extensômetros. Neste porta-ferramentas foi fixada a pastilha de metal duro (TPUN 160304) utilizada nos ensaios, buscando-se assim a condição de corte ortogonal. Como análises secundárias foram realizadas medições de rugosidade nas peças e medição dos cavacos obtidos durante o processo, assim como fotografias das ferramentas utilizando microscopia óptica. Os resultados obtidos mostraram relações entre a taxa de contato e as forças médias e máximas, além de diferenças significativas nos valores de rugosidade em função da geometria da peça, permitindo assim validar a metodologia empregada para análise de torneamento em condições de corte interrompido. Portanto, é possível relacionar forças e vibrações à geometria do material por meio do aparato experimental desenvolvido. / Interrupted cutting conditions often occur in the manufacturing of many mechanical components during turning processes. For instance, if a specific geometry feature is required or even if the geometry of the work piece is a result of a previous process, like in forged parts. This work presents a method to evaluate the severity during the turning process of irregular shape work pieces. This evaluation was carried out mainly analyzing the cutting forces and vibration signals by using a dynamometer and an accelerometer, respectively. Two different irregular geometries were studied during turning: square section bar and cylindrical bar with longitudinal key beds. The samples were made of the SAE 52100 steel for both geometries. Forces and vibration signals were recorded during different turning steps; each turning step was indicated by a different contact ratio. The cutting speeds used in the tests were 60 m/min and 120 m/min, with 0.2 mm/turn of feed rate and 1 mm of cut depth. A strain gage instrumented tool-holder was used to measure the cutting forces. The cemented carbide tool (TPUN 160304) used in the tests was fixed in the tool-holder device and the turning tests were carried out near the orthogonal cutting conditions. Complementary analysis of surface quality, chips size and shape and optical microscopy photos of the tools after the tests were also conducted. The results showed a relationship between the contact ratio and the cutting forces (average and maximum), and significant differences in the surface quality (roughness) as a function of work piece geometry. These results allow validating the proposed methodology to evaluate interrupted cutting conditions in turning operations. Therefore, it is possible to relate the forces and vibrations signals to the geometry of the material by the use of the experimental apparatus developed.

A flexão da ferramenta, em operações de fresamento de topo, é responsável por interferir negativamente na qualidade superficial da peça a ser usinada e, muitas vezes, pela quebra prematura da mesma. O presente trabalho tem como objetivo estudar experimentalmente os efeitos da flexão de fresas de topo com 0,8 mm de diâmetro no processo de microfresamento. Os ensaios experimentais foram realizados com o intuito de identificar quais parâmetros de corte apresentam maior influência na flexão da ferramenta. Os parâmetros de corte escolhidos para estudo foram: velocidade de corte, velocidade de avanço, profundidade de usinagem e penetração de trabalho. Os ensaios investigam, além das faixas de parâmetros recomendados pelo fabricante da ferramenta, uma condição 25% acima e outra 25% abaixo para todos os parâmetros estudados. O monitoramento de forças de corte foi realizado em todos os ensaios. As forças obtidas se mostraram diretamente relacionadas com a área de secção de corte, conforme teoria básica. Para fins comparativos, a força máxima obtida experimentalmente foi aplicada na simulação com elementos finitos (FEM - Finite Element Method) da ferramenta e indicou um comportamento similar ao de uma viga engastada. A análise microscópica do aspecto superficial da usinagem mostrou que menores avanços por dente resultam em um melhor acabamento confirmando resultados do processo convencional. O conhecimento do efeito dos parâmetros de corte no processo de microfresamento tem o intuito de oferecer informações às empresas do setor no sentido de melhorar o planejamento e processo de fabricação. / The tool deflection, in end milling operations, is responsible to intervene negatively on the workpiece surface quality and can also cause a premature tool failure (breakage).The present work aims at studying experimentally the effects of tool deflection when end milling with 0,8 mm diameter in microoperations. The experimental tests had intended to identify which parameters of milling show more influence in tool deflection. The chosen milling parameters for the study were: cutting speed, feed rate, depth of cut and step over. The tests aim to investigate, beside the recommended parameters from tool manufacturer, a 25% higher and 25% lower conditions. The force acquisition was made in all tests. The measured forces shown that they are directly related to the uncut chip cross section, in accordance with theory. For comparative purpose, the maximum experimental force value was applied in the finite elements method (FEM) simulation of the tool and indicates a similar behavior of an encastré beam. The microscopic analysis of the superficial aspect of the milling showed that smaller feed per tooth results in better finishing, as observed in the conventional process. The knowledge of the effect of the cutting parameters in the micromilling process has the intention of offering information for industries to improve the planning and process of manufacturing.

Este trabalho apresenta resultados de testes com processo de usinagem para diferentes ferramentas de torneamento. Foram realizados ensaios para avaliar a diferença de comportamento quantoa esforçosde cortee acabamentosuperficialem operaçãode torneamento para um mesmo tipo de ferramenta, com variação na superfície de saída, sendo uma com quebra cavaco com outra de superfície de saída lisa. O material usinado foi aço ao carbono 1045 recozido, testado para duas diferentes velocidades, variando-se também a profundidade de corte e avanço para cada ensaio. Os testes foram executados em um torno mecânico convencional, onde as variáveis do processo foram coletadas com um sistema de aquisição de dados, através de um dinamômetro piezoelétrico para avaliação das forças de corte e um rugosímetro portátil para medida da rugas idade superficial. Observou-se nos resultados, uma forte diminuição dos esforços quando aplicada a ferramenta sinuosa com quebra-cavaco, bem como melhoria nas características do cavaco. Em relação à rugas idade superficial houve uma pequena melhora quando utilizada a ferramenta com superfície de saída lisa, situação decorrente das condições de remoção do cavaco. / This wark presents the results af machiningpracess tests with different turning tools. Tests were done to evaluate behaviors differenceson cutting efforts and surface finishing in turning operations to a same type of tool, with a variation on rake face, where one had a chipbreaker groove and the other are flat. The machining material was 1045 annealed carbon steel, tested to two different cutting speeds, changing also the depth of cut and the feed rate for each case. The tests were done in a conventionallathe, where the process variances were collected by a data acquisition system, through a piezoelectric dynamometer to evaluate the cut efforts and a portable rugosimeter to measure the surface roughness. The results show a strong reduction of the efforts when grooved tools with chip-breaker were applied as well an improvement on the chip characteristics. In relation to the surface roughness, it was observed a slight improvement when the tlat tool was used, because ofthe conditions of chip remova!.

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T14:51:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pires_BrunoJorge_M.pdf: 4048093 bytes, checksum: 91ac8c1d8bef0f7903675a183371c8bc (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Ligas de titânio já apresentam um papel de grande importância na indústria aeroespacial, petroquímica e de biomateriais. A combinação de alta resistência mecânica, baixa densidade, resistência à corrosão, biocompatibilidade, boa tolerância tecidual e manutenção de suas características em altas temperaturas, configuram o titânio como um material excepcional para projetistas de diversas áreas. Infelizmente, estas boas qualidades não se refletem na sua usinabilidade. Uma vasta lista de problemas devem ser contornados durante a usinagem de ligas de titânio dentre os quais, altas temperaturas e pressões de corte, baixo módulo de elasticidade (incentivador de vibrações), alta afinidade química com os materiais das ferramentas e problemas com integridade superficial das peças usinadas. Com o objetivo de aprimorar o entendimento da usinagem de ligas de titânio, em especial do processo de fresamento frontal da liga Ti-6Al-4V, o presente trabalho teve como enfoque tecnológico a influência do material do porta-ferramenta (haste de aço e de metal duro) e a geometria do inserto de corte (ângulo de saída neutro e positivo) sobre a vida da ferramenta e forças de usinagem (Força Radial, Tangencial e Axial). Análises de espectrometria de energia dispersiva foram conduzidas a partir de microscopia eletrônica dos insertos desgastados, permitindo a identificação dos elementos químicos presentes e avaliação dos mecanismos de desgaste predominantes. O principal resultado obtido indica que a utilização de ferramentas com haste de metal duro não representou benefícios em termo de vida da ferramenta, apresentando desempenho muito próximo das ferramentas com haste de aço / Abstract: Titanium alloys play a major role in the aerospace, petrochemical and biomaterials industry. The combination of mechanical strength, low density, corrosion resistance, biocompatibility and maintenance of these characteristics at high temperatures, shape titanium as a exceptional material for designers from different areas. Unfortunately, these impressive qualities reflect negatively on its machinability. A substantial list of problems must be overcome during the machining of titanium alloys, among them high temperatures and pressures of cut, low elasticity modulus (which is a motivational factor for vibrations), high chemical affinity with almost all tools materials and problems with surface integrity of machined parts. In order to improve the understanding of titanium alloys machining, in particular front milling of Ti-6Al-4V, the present thesis focused the influence of the tool holder material (steel and carbide) and the cutting insert geometry (neutral and positive rake angle) on the tool life and machining forces (Radial, Axial and Tangencial Forces). Analysis of energy dispersive spectroscopy were also conducted from scanning electron microscopy of wear inserts, allowing the identification of chemical elements and evaluation of wear mechanisms predominate. The main result indicates that the use of carbide tool holders not represent benefits in terms of life tool, with performance very close to the steel tool holders / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T21:04:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antonialli_ArmandoItaloSette_M.pdf: 4713382 bytes, checksum: def6e55af0d1c4dc5c508bbe6440464c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: As ligas de titânio apresentam baixa usinabilidade devido à reduzida condutividade térmica, à manutenção de suas propriedades mecânicas em altas temperaturas, à elevada afinidade química com os materiais de ferramentas e ao baixo módulo de elasticidade. Esta última característica promove instabilidade da espessura de corte, o que se traduz em altos níveis de vibração, especialmente em processos de usinagem caracterizados por corte interrompido. Este trabalho trata da otimização do fresamento frontal da liga de titânio Ti-6Al-4V a partir da minimização da vibração da ferramenta através de variações do ângulo de posição da ferramenta e do ângulo de contato entre o inserto e o corpo de prova. Os resultados mostram que a utilização de um ângulo de posição reduzido prolonga a vida da ferramenta por associar a maior parte do carregamento radial a freqüências muito baixas, nas quais a ferramenta se comporta como um corpo rígido. O emprego de um ângulo de contato reduzido, por outro lado, é extremamente danoso à vida da ferramenta, pois a entrada do inserto no corpo de prova se dá em condições adversas. Attrition seguido de microlascamentos da aresta, nas condições em que houve vibração excessiva ou intenso choque na entrada do inserto, e difusão, nas condições dinamicamente mais estáveis, foram os principais mecanismos de desgaste de ferramenta verificados neste trabalho / Abstract: Titanium alloys present poor machinability because of their low thermal conductivity, their ability to keep good mechanical properties at high temperatures, their high chemical affinity to tool materials and their low Young modulus. This last characteristic generates instabilities of cutting thickness, which means high vibration levels, especially in machining processes involving interrupted cutting. This work studies Ti-6Al-4V titanium alloy face milling optimization by tool vibration reduction using different tool entering angles and different radial immersion angles between tool and workpiece. Results show that using low entering angle do extends tool life due to associating most radial load with very low frequencies, in which tool behaves like a rigid body. On the other hand, using low radial immersion angle extremely impairs tool life, as tool insert enters the workpiece on adverse conditions. Attrition followed by cutting edge microchipping, on experiments in which high vibration levels or intense shock on tool insert enter where found, and diffusion, on experiments dynamically more stable, were the main tool wear mechanisms observed in this work / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

O estudo trata da medição da força de usinagem a verde de corpos de provas cerâmicos e sua correlação com as propriedades mecânicas após a sinterização. A usinagem a verde é empregada em compactos brutos para conferir formatos sem extremo compromisso com precisão dimensional ou para obter uma pré-forma antes da usinagem de acabamento após sinterização; é extensivamente empregada na usinagem de cerâmicas avançadas. Durante o processo de usinagem a verde os esforços de corte determinam a introdução de defeitos críticos na superfície e são geralmente estes defeitos que governam as propriedades mecânicas das cerâmicas após a sinterização. O trabalho objetiva a elaboração e montagem de um sistema de aquisição de dados das forças de usinagem, e procura identificar o limite de agressividade de corte na manutenção da integridade do corpo de prova com produção econômica. As medidas de torque de usinagem e velocidade periférica do rebolo podem representar um modelo para predizer a associação das forças de usinagem. Corpos de prova cilíndricos foram conformados a 100 e 200 MPa, tratados termicamente após a prensagem e usinados com diferentes parâmetros de corte, sinterizados e ensaiados quanto à resistência mecânica através de compressão e flexão a quatro pontos. Os resultados mostraram a importância do tratamento térmico antes da usinagem acima da temperatura de transição vítrea do ligante para peças prensadas a 100 e 200 MPa. Peças prensadas a 200 MPa e tratadas termicamente foram usinadas sem danos a taxas de remoção de 10.000 \'MM POT.3\'/min com potencia consumida de 1700 W. Com o emprego de um cabeçote com mancais aerostáticos de alta potência e baixo ruído não se detectou a introdução progressiva de defeitos críticos na superfície devido à ação do rebolo, porém se identificou um limite de velocidade de 400 mm/min em função da profundidade de corte que excedeu a resistência mecânica dos corpos de prova comprimidos a 100 MPa, levando a ruptura. A correlação entre potência consumida e taxa de remoção, forneceu informações muito importantes para o projeto de uma máquina de usinagem á verde de produtos cerâmicos em alumina. / The present study deals with the measurement forces of green machining ceramics and their correlation with the mechanical properties after sintering. The green machining is employed in crude compacts either to check raw formats without compromising the extreme dimensional accuracy or to obtain a preform prior to finish machining after sintering, extensively used in the machining of advanced ceramics. During the process of the green machining, cutting forces determine the introduction of the critical defects in the surface, which generally govern the mechanical properties after the sintering of ceramics. The study aims at the development and installation of a system of machining forces data acquisition and also the identification of the limit of cutting aggression to maintain the integrity of the ceramics with economic production. The torque measurements of machining and grinding wheel peripheral speed can represent a model to predict the association of the machining forces. Cylindrical bodies were conformed at 100 and 200 MPa, heat-treated after pressing and machined with different cutting parameters, sintered and tested concerning strength by compression and bending at four points. The results showed the importance of the heat treatment before machining above the glass transition temperature of the binder for the parts pressed at 100 and 200 MPa. Parts pressed at 200 MPa and heat-treated were machined without damage at 10.000 \'MM POT.3\'/min removal rates with power consumption of 1700 W. With the use of a spindle with aerostatic bearings for high power and low noise the gradual introduction of critical defects into the surface was not detected due to the action of the wheel. However a speed limit was identified in function of the depth of the cut, which exceeded the strength of the ceramics compressed at 100 MPa, leading to rupture. The correlation between power consumption and rate of removal provided very important information for the design of a green machining of ceramic products in alumina.

Dans l’optique de maîtriser l’industrialisation des pièces complexes, les efforts de coupe sont une source riche d’informations. Bien que la prédiction des efforts de coupe soit un sujet largement traité par la communauté scientifique, quelques verrous subsistent. Les travaux de cette étude visent à enrichir les modèles existants sous deux principaux aspects : une étude approfondie de l’influence des conditions de contact en dépouille associées à la géométrie de pièce et l’effet de l’usure de l’outil sur l’évolution des efforts de coupe au cours du temps. Pour ce faire, plusieurs expérimentations instrumentées sont réalisées afin de déterminer les paramètres influents à introduire dans les modélisations. S’appuyant sur ces observations, des modélisations, selon une approche phénoménologique, sont développées pour estimer respectivement le niveau d’usure de l’outil, les efforts de coupe et leur évolution fonction au cours du temps. Ces développements sont conduits pour les techniques de fraisage, de tournage intérieur et de tournage extérieur appliquées à l’usinage de l’alliage de titane aéronautique Ti6Al4V. Les méthodologies présentées dans cette étude sont transposables vers d’autres nuances d’alliages de titane afin de couvrir un domaine d’application large en industrie. / In order to control complex parts industrialization, cutting forces can be relevant data. Although cutting force prediction is a well-known subject by the scientific community, it still exists some ways of improvement. This research work focuses on the cutting force modelling enhancement according to two main points. Firstly, an analysis of clearance face contact conditions, linked to part geometry, effect on cutting forces. Secondly, the effect of flank wear on cutting force evolution with respect to the time. Based on experiments, in order to highlight relevant parameters to introduce in the new model, cutting force and flank wear models are formulated according to mechanistic approach. These developments are applied in milling, turning (boring, cylindrical turning and face turning) onTi6Al4V titanium alloy. Methodologies presented in this study can be easily adapted to others titanium alloys shades in order to cover large industrial range of applications.

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:55:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KullNeto_Henrique_M.pdf: 6161142 bytes, checksum: 4f755b77cb291982660eff8091931b82 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O titânio e suas ligas são considerados materiais de baixa usinabilidade devido a diversas propriedades inerentes ao material. Dentre elas pode-se citar a alta resistência mecânica em altas temperaturas, a baixa condutividade térmica, a alta reatividade química com os materiais de ferramentas e o baixo módulo de elasticidade (que é um fator incentivador de vibrações). Devido à alta tendência à vibração que a usinagem (principalmente o fresamento) de titânio tem para se usinar da maneira mais produtiva possível ligas de titânio, há que se lidar com a vibração da ferramenta e/ou da peça. O presente trabalho busca aprofundar o estudo do fresamento frontal da liga Ti-6Al-4V, tendo como objetivos: encontrar material de haste da ferramenta que diminua a vibração no processo de usinagem, para com isso aumentar a vida da ferramenta de corte, e encontrar condições de usinagem (velocidade de corte e avanço por dente) que proporcionem maior vida da ferramenta. As hastes de aço furada e preenchida com poliuretano proporcionaram aumento da frequência natural do porta-ferramentas. Entretanto, foi verificada uma redução da rigidez do porta-ferramentas, que gerou grande variação dos esforços de corte e maior carregamento radial. Os resultados mostraram que quando se utiliza baixas rotações, portanto baixa frequência de entrada de dentes, a deflexão da ferramenta passa a ser o fator de maior contribuição para o fim de vida da ferramenta e, portanto, as hastes de aço furada e preenchida com poliuretano proporcionaram menores vidas da ferramenta que as hastes comerciais de aço maciça e de metal duro. O principal mecanismo de desgaste verificado em todos os testes foi o attrition, com microlascamento da aresta de corte. Quando se verificou a influência da velocidade de corte, do avanço por dente e do material da haste da fresa (aço ou metal duro) na vida da fresa medida em volume de cavaco removido por aresta, constatou-se que o único parâmetro que influenciou a vida da ferramenta foi à velocidade de corte / Abstract: Titanium and its alloys are known as difficult to machine materials because of their unique combination of properties, such as high strength at elevated temperatures, low thermal conductivity, high chemical reactivity with almost all tool materials and low modulus of elasticity (which favors vibration). Because of the high tendency of vibration in titanium milling, it is necessary to keep vibration under control in order to achieve high productivity. This work focused on the study of tool life, cutting forces and work piece roughness in the end milling of Ti-6Al-4V alloy. The main objectives were to find a tool holder material that provides reduction of vibration in the milling process, increasing tool life, and to find cutting parameters (cutting speed and feed per tooth) that provide longer tool lives. The bored tool holder and the tool holder filled with polyurethane exhibited higher natural frequency. However, it was noticed a decrease in the tool holder stiffness, which caused variation of cutting force and higher axial load. Results showed that at low cutting speeds (with low cutting frequency), tool holder deflection is the main factor affecting tool life and, therefore, the bored and the polyurethane filled tool holders generated shorter tool lives than the commercial tool holders of steel and cemented carbide. Attrition was the main wear mechanism in all tests. The influence of cutting speed, feed per tooth and tool holder material (steel and cemented carbide) on the tool life (measured in terms of volume of chip removed per cutting edge) was analyzed. It could be seen that the only parameter which had any influence on tool life was the cutting speed / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

This internship's objective is to implement modeling of uncut chip thicknesses and milling forces in 3-axis milling, and apply it to orbital drilling. The goal is to understand deeper the process, and develop a tool which permits to model a wide range of end-mill tool geometries, and most of 3-axis milling operations.In this report, the following axis will be developed: • The modeling of the complex tool geometry • The modeling of uncut chip thicknesses in slot milling, and for any 3-axis milling operation • The strategy which has been chosen to identify cutting forces coefficients, and their use. • The obtained results and prospects for development.

General perspective of this diploma thesis was aimed at machining of hard-to-machine materials. Theoretical part contains division and specification of these types of materials. Ways of classification and evaluation were also listed. Causes of worsened machinability were defined with the design of possible technological solutions, which eliminates these features. The main target of experimental part was turning nickel-based superalloy Inconel® 718 with the purpose of increase process productivity. Knowledge about appropriate types of cutting tool material and his coating were necessary for process optimization. It was achieved by replacing reference cutting tool material (coated carbide inserts) with SiAlON ceramic. Cutting tool edge was tested with an intention to discover appropriate deal between tool life and volume of material removed. Measured cutting forces, generated by machining of reference and optimize technology, were processed by using simulation software. Total deformation of workpiece material was statistically evaluated. The conclusion of diploma thesis is technical-economic evaluation of both options.