The meaning of the diploma thesis is to create a new mold plunger for injection mold using a suitable method according to the original mold plunger. The final mold part should meet the required surface parameters. The work is focused on the analysis of the original mold plunger and the experimental verification of suitable methods of production of the equivalent mold plunger.

Electrical discharge wire machining, which represents non-conventional machining technology is up on very high technological level. However, due to this type of machining many of defects are set on the material and the quality of machined surface is changed according to set parameters of machine. Complex study was created with the aim of optimization these parameters according to final quality of surface and right wire speed. This study include experiment with 33 samples, every of these samples was machined with different parameters, results of these machining were analyzed.

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<p>Electrical discharge machining (EDM) is a non-conventional machining process utilizing a series of electrical discharges to melt and vaporize workpiece material. In a wire EDM configuration wire breakage is a limiting factor in the machining productivity during the machining of workpieces with varying heights. Present methods of estimating workpiece height on-line in an effort to optimize machining parameters monitor the electrical signals for changes which may not be completely indicative of a change in workpiece height. This thesis intends to utilize acoustic emission (AE) sensors as a method for mapping the discharge location in order to estimate the workpiece height. This represents a novel approach as acoustic emission testing, while prevalent in the process monitoring of numerous conventional machining processes has yet to be significantly studied in combination with EDM.</p> <p>Another useful application of AE sensors with the EDM process under consideration is during the fast hole EDM process, where excessive wear is seen in the electrode causing true electrode length to remain uncertain. By using acoustic emission sensors to determine the true length of the electrode it could be possible to aid in the breakout detection of the electrode.</p> / Master of Applied Science (MASc)

Heat transfer technologies based on boiling refer to applications like heat pumps, waste heat recovery systems, power plants and electronic components cooling. The widespread use of boiling as the heat transfer mode is due to high heat transfer coefficients associated with the phase change from liquid to vapor. Boiling heat transfer coefficients can be further enhanced by modifying the texture or chemical composition of the interface at which boiling occurs. The objective of this research is to fabricate textured surfaces with electrical discharge machining (EDM) and investigate the enhancement in pool boiling heat transfer, concerning machining and surface characterization parameters. It is complemented by a qualitative analysis of bubble dynamics with high-speed imaging, to provide insights into the differences in boiling performance associated with the changes in surface topography. Sink electrical discharge machined surfaces demonstrated ten times higher heat transfer coefficient compared to a polished surface during these studies. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

This master’s thesis deals with technology of wire electrical discharge machining in theoretical and practical level. Theoretical part of the thesis explains in detail the principle of electrical discharge machining, describes functional parts and settings of a current wire EDM machines and also the possibility of using method for production of specific parts. Practical part of the thesis solves manufacturing of gearing on pinion manufactured by wire cutter EXCETEK V650 and statistically evaluates precision parameters on surfaces of the carriers taken by specific technological conditions with the same machine.

Um modelo computacional autoconsistente para a cinética da descarga em um plasma frio, fracamente ionizado, do tipo produzido em tubos de descarga, foi desenvolvido. Ele foi utilizado para investigar a dinâmica das várias propriedades do plasma, tais como temperaturas, densidades e fluxos das espécies que o compõe. Em particular, o modelo desenvolvido considera explicitamente a composição do plasma contendo várias espécies em vários estados de excitação eletrônica. Pode-se determinar a dinâmica das populações envolvidas nas transições laser do átomo de cobre, num modelo autoconsistente para lasers operando em altas taxas de repetição (-5KHz). O modelo mais completo construido considera cinco níveis para o gás tampão (Ne) e nove níveis para o átomo de cobre. O laser de cobre apresenta duas transições, uma no verde e outra no amarelo (5106 A e 5782 A), ambas terminando em estados metaestáveis de longa duração ( -270 J.LS), no átomo livre. No caso mais geral foram considerados trinta processos para determinar a dinâmica do plasma. O tratamento considera, primeiramente, somente a variação temporal e foi utilizado para estudar o plasma formado por três combinações diferentes de espécies: o gás de He puro; a mistura de He:Cu e por último a mistura Ne:Cu, correntemente utillizada em lasers a vapor de cobre. A evolução temporal da temperatura de elétrons, temperatura dos átomos e densidades das espécies, em particular a das espécies excitadas nos niveis de transição laser, pode ser determinada e os resultados comparados com resultados experimentais e de simulação reportados na literatura, mostrando boa concordância no comportamento geral. Verificou-se neste modelo que o principal mecanismo de desexcitação do nível metaestável inferior da transição laser são as colisões superelásticas e não a desativação via interação com as paredes (difusão). Após este primeiro tratamento o modelo passou a considerar também a dependência radial do plasma numa simetria cilíndrica (modelo radial). Neste caso, o efeito de penetração do campo elétrico é explicitamente considerado e o modelo pode ser aplicado tanto a tubos de pequeno como de grande diâmetro, uma vez que o diâmetro é uma grandeza fundamental para a obtenção de lasers de alta potência. Demonstrou-se que esse efeito produz uma distribuição de população dos níveis envolvidos nas duas transições laser (verde e amarela) do cobre, temporalmente distintas e crescentes da borda para o centro, o que concorda com resultados da literatura. Assim, o pulso do laser irá se iniciar com a emissão verde na borda do tubo, conforme predições de nosso modelo. Determinou-se também que existe um limite máximo para o comprimento do tubo do laser, decorrente da existência de uma janela temporal de ganho (-100 ns). / A self-consistent computational model was developed to describe the electrical discharge in a cold plasma, weakly ionized, of the kind usually produced in discharge tubes. The various properties of the species of the plasma as temperature of the electrons, its densities and fluxes could then be obtained. In particular, the model explicitly considers the plasma containing different species in different state of electronic excitation. From these quantities, one can determine the dynamics of the populations involved in the copper atomic laser transition, in a self-consistent model for lasers operation in high repetition rates (-5KHz). The most complete model developed takes into account five level for the buffer gas and nine levels for the copper atom. The copper laser shows two transitions, one in the green and other in the yellow, (5106 Å e 5782 Å), both ending in metaestable states of long duration (~270 µs), in the free atom. In the most complete case studied, thirty processes were considered in the calculations of the plasma dynamics. The formalism first considers solely the temporal dependence and it was used to study the plasma formed by three species: pure He; He and Cu; and Ne and Cu, the last one been currently used in copper vapor lasers. The time dependent populations of the electrons temperature, atoms temperature and densities, in particular the excited levels involved in the laser transitions, could be determined and the results were compared with experimental and simulated results of literature, showing a general good agreement. It was verified, in this model, that the main deexcitation mechanism of the lower metastable laser level is superelastic collisions and not deexcitation via interactions with the walls (diffusion). Therefore, the model was extended to take into account the radial dependence of the plasma in a cylindrical symmetry (radial model). In this case, the skin penetration effect of the electrical field was explicitly considered and the model can then be applied to either small and large diameters, as the diameter is a fundamental parameter for obtaining high power lasers. It is shown that this effect produces a temporally distinct population distribution in the levels of the laser transitions (yellow and green) of the copper atoms, that start in the border and goes to the center, in agreement with the literature. Therefore, the laser pulse starts with the green emission in the border, according to the prediction of our model. It was also found that there is a limit for the maximum length of the laser tube due to the existence of a time window for the positive gain of the laser (~100 ns).

Apresentamos os resultados de medidas espectroscópicas feitas em átomos de elementos contidos em uma descarga elétrica do tipo catodo oco, usando um laser sintonizável de emissão contínua. Com experiências de absorção ótica foi possível determinar a densidade populacional e a temperatura dos átomos de 238U no estado fundamental, em função dos vários parâmetros que caracterizam a descarga. Desenvolvemos um método para a determinação da potência de saturação e calculamos o valor do produto para a transição 0 16.900cm-1 do 238UI. De forma alternativa às medidas óticas oudemos estudar a interação fóton-átomo analisando o sinal optogalvânico induzido na descarga pela radiação laser, com frequência sintonizada na mesma transição atômica do urânio e em função dos parâmetros anteriormente considerados. Os resultados obtidos com as experiências de absorção ótica e espectroscopia optogalvânica / The results of spectroscopic measurements obtained with atomic species present in a hollow cathode type discharge are reported. Using laser optical absorption techniques it was possible to get the population density and the atomic temperature of the 238UI ground state as a function of some discharge parameters. A method to determine the laser saturation intensity was developed, so the value of the product for the 0 16.900cm-1 238UI transition could be calculated. It was also possible to study the photon-atom interaction through the analysis of the optogalvanic signal induced in the laser radiation as a function of the same parameters considered before. Optogalvanic spectroscopy and optical absorption experiments showed the spatial distribution of the atoms in the ground state and excited states inside the cathode. In another set of experiments, a new way of inducing optogalvanic effect was investigated without using a tunable dye laser as the axcitation source. Measurements were done with two copper hollow cathode tubes filled with different gases, that were used as excitation source radiation and as signal detector. The results suggest that it is possible to use the new spectroscopy tecnique for qualitative and quantitative material analysis.

Apresentamos os resultados de medidas espectroscópicas feitas em átomos de elementos contidos em uma descarga elétrica do tipo catodo oco, usando um laser sintonizável de emissão contínua. Com experiências de absorção ótica foi possível determinar a densidade populacional e a temperatura dos átomos de 238U no estado fundamental, em função dos vários parâmetros que caracterizam a descarga. Desenvolvemos um método para a determinação da potência de saturação e calculamos o valor do produto para a transição 0 16.900cm-1 do 238UI. De forma alternativa às medidas óticas oudemos estudar a interação fóton-átomo analisando o sinal optogalvânico induzido na descarga pela radiação laser, com frequência sintonizada na mesma transição atômica do urânio e em função dos parâmetros anteriormente considerados. Os resultados obtidos com as experiências de absorção ótica e espectroscopia optogalvânica / The results of spectroscopic measurements obtained with atomic species present in a hollow cathode type discharge are reported. Using laser optical absorption techniques it was possible to get the population density and the atomic temperature of the 238UI ground state as a function of some discharge parameters. A method to determine the laser saturation intensity was developed, so the value of the product for the 0 16.900cm-1 238UI transition could be calculated. It was also possible to study the photon-atom interaction through the analysis of the optogalvanic signal induced in the laser radiation as a function of the same parameters considered before. Optogalvanic spectroscopy and optical absorption experiments showed the spatial distribution of the atoms in the ground state and excited states inside the cathode. In another set of experiments, a new way of inducing optogalvanic effect was investigated without using a tunable dye laser as the axcitation source. Measurements were done with two copper hollow cathode tubes filled with different gases, that were used as excitation source radiation and as signal detector. The results suggest that it is possible to use the new spectroscopy tecnique for qualitative and quantitative material analysis.

Um modelo computacional autoconsistente para a cinética da descarga em um plasma frio, fracamente ionizado, do tipo produzido em tubos de descarga, foi desenvolvido. Ele foi utilizado para investigar a dinâmica das várias propriedades do plasma, tais como temperaturas, densidades e fluxos das espécies que o compõe. Em particular, o modelo desenvolvido considera explicitamente a composição do plasma contendo várias espécies em vários estados de excitação eletrônica. Pode-se determinar a dinâmica das populações envolvidas nas transições laser do átomo de cobre, num modelo autoconsistente para lasers operando em altas taxas de repetição (-5KHz). O modelo mais completo construido considera cinco níveis para o gás tampão (Ne) e nove níveis para o átomo de cobre. O laser de cobre apresenta duas transições, uma no verde e outra no amarelo (5106 A e 5782 A), ambas terminando em estados metaestáveis de longa duração ( -270 J.LS), no átomo livre. No caso mais geral foram considerados trinta processos para determinar a dinâmica do plasma. O tratamento considera, primeiramente, somente a variação temporal e foi utilizado para estudar o plasma formado por três combinações diferentes de espécies: o gás de He puro; a mistura de He:Cu e por último a mistura Ne:Cu, correntemente utillizada em lasers a vapor de cobre. A evolução temporal da temperatura de elétrons, temperatura dos átomos e densidades das espécies, em particular a das espécies excitadas nos niveis de transição laser, pode ser determinada e os resultados comparados com resultados experimentais e de simulação reportados na literatura, mostrando boa concordância no comportamento geral. Verificou-se neste modelo que o principal mecanismo de desexcitação do nível metaestável inferior da transição laser são as colisões superelásticas e não a desativação via interação com as paredes (difusão). Após este primeiro tratamento o modelo passou a considerar também a dependência radial do plasma numa simetria cilíndrica (modelo radial). Neste caso, o efeito de penetração do campo elétrico é explicitamente considerado e o modelo pode ser aplicado tanto a tubos de pequeno como de grande diâmetro, uma vez que o diâmetro é uma grandeza fundamental para a obtenção de lasers de alta potência. Demonstrou-se que esse efeito produz uma distribuição de população dos níveis envolvidos nas duas transições laser (verde e amarela) do cobre, temporalmente distintas e crescentes da borda para o centro, o que concorda com resultados da literatura. Assim, o pulso do laser irá se iniciar com a emissão verde na borda do tubo, conforme predições de nosso modelo. Determinou-se também que existe um limite máximo para o comprimento do tubo do laser, decorrente da existência de uma janela temporal de ganho (-100 ns). / A self-consistent computational model was developed to describe the electrical discharge in a cold plasma, weakly ionized, of the kind usually produced in discharge tubes. The various properties of the species of the plasma as temperature of the electrons, its densities and fluxes could then be obtained. In particular, the model explicitly considers the plasma containing different species in different state of electronic excitation. From these quantities, one can determine the dynamics of the populations involved in the copper atomic laser transition, in a self-consistent model for lasers operation in high repetition rates (-5KHz). The most complete model developed takes into account five level for the buffer gas and nine levels for the copper atom. The copper laser shows two transitions, one in the green and other in the yellow, (5106 Å e 5782 Å), both ending in metaestable states of long duration (~270 µs), in the free atom. In the most complete case studied, thirty processes were considered in the calculations of the plasma dynamics. The formalism first considers solely the temporal dependence and it was used to study the plasma formed by three species: pure He; He and Cu; and Ne and Cu, the last one been currently used in copper vapor lasers. The time dependent populations of the electrons temperature, atoms temperature and densities, in particular the excited levels involved in the laser transitions, could be determined and the results were compared with experimental and simulated results of literature, showing a general good agreement. It was verified, in this model, that the main deexcitation mechanism of the lower metastable laser level is superelastic collisions and not deexcitation via interactions with the walls (diffusion). Therefore, the model was extended to take into account the radial dependence of the plasma in a cylindrical symmetry (radial model). In this case, the skin penetration effect of the electrical field was explicitly considered and the model can then be applied to either small and large diameters, as the diameter is a fundamental parameter for obtaining high power lasers. It is shown that this effect produces a temporally distinct population distribution in the levels of the laser transitions (yellow and green) of the copper atoms, that start in the border and goes to the center, in agreement with the literature. Therefore, the laser pulse starts with the green emission in the border, according to the prediction of our model. It was also found that there is a limit for the maximum length of the laser tube due to the existence of a time window for the positive gain of the laser (~100 ns).