Orientador: Alessandro Roger Rodrigues / Resumo: A microusinagem é um dos processos de fabricação capaz de produzir produtos ou geometrias de precisão e complexidade com detalhes menores que 1 mm. Contudo, para um melhor desempenho do processo de usinagem associado à qualidade do produto, entender a interação peça-ferramenta é fundamental. Esta pesquisa determinou a influência do tipo de corte e do avanço da ferramenta no desgaste da fresa (ferramenta), na energia específica de corte (processo) e na rugosidade (peça), ao empregar a operação de microfresamento de topo no aço COS AR60 de grãos ultrafinos. Os ensaios foram realizados em um centro de usinagem Romi D600 com a adaptação de um cabeçote de alta rotação (60 krpm) sem aplicação de fluido de corte. Microfresas de topo reto (Ø 800 µm) com substrato de metal duro e revestidas com TiAlN foram aplicadas nos testes. A profundidade de usinagem e a velocidade de corte foram mantidas constantes em 160 µm e 60 m/min, respectivamente. Foram variados o avanço por dente (3 e 10 µm/z) e o tipo de corte (simétrico em cheio e em face e assimétrico concordante e discordante). Análise de Variância (ANOVA) com intervalo de confiança de 95% foi aplicada a cada uma das três réplicas. Os resultados indicaram que os níveis de desgaste e a redução do diâmetro da microfresa são influenciados pelo avanço da ferramenta e tipo de corte. As maiores reduções no diâmetro (≈11%) foram devido ao impacto periódico da aresta de corte na peça e não pelo efeito de sulcamento (≈4%). Além disso, para o pe... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Micro-machining is one of the processes feasible for generating geometries or parts with precision and complexity regarding dimensions smaller than 1 mm. However, the achievement of enhanced machining performance and product quality requires a prior understanding on the tool-workpiece interface. This research detemined the influence of cutting type and cutting feed on wear (tool), specific cutting force (process) and surface roughness (workpiece) when cutting the ultrafine-grained steel COS AR60 under end milling strategy. Machining tests were performed in a CNC machining centre Romi D600 provided with a high-speed spindle (60kpm) without cutting fluid application. TiAlN coated carbide endmill (Ø 800 μm) was used for straight cut with 60 m/min cutting speed, 160 μm depth of cut and feed per tooth of 3 and 10 μm. Analysis of Variance (ANOVA) with confidence interval of 95% was applied to the three runs of each cutting sets. The results have shown that tool wear levels and tool effective diameter are influenced by tool feed and cutting type. Hence, intermittent impact of tool’s cutting edges into the workpiece (≈11%) during cutting revealed to be the major cause of tool wear when compared to cutting mechanism dominated by ploughing (≈4%). Regarding experimental sets with cutting length of 98,018 m there was a predominance of tool edge chipping over abrasion and adhesion when performing face cutting with ploughing at 4.2%. On the other hand, if ploughing increases to 14.3% the m... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Flávio Henrique Manarelli (flaviomanarelli@gmail.com) on 2018-11-01T23:57:49Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Flávio Henrique Manarelli.pdf: 2986064 bytes, checksum: edc4536a4c2ec5e96e1c49c52019885f (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-11-08T19:00:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 manarelli_fh_me_ilha.pdf: 2986064 bytes, checksum: edc4536a4c2ec5e96e1c49c52019885f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-08T19:00:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 manarelli_fh_me_ilha.pdf: 2986064 bytes, checksum: edc4536a4c2ec5e96e1c49c52019885f (MD5) Previous issue date: 2018-09-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A microusinagem é um dos processos de fabricação capaz de produzir produtos ou geometrias de precisão e complexidade com detalhes menores que 1 mm. Contudo, para um melhor desempenho do processo de usinagem associado à qualidade do produto, entender a interação peça-ferramenta é fundamental. Esta pesquisa determinou a influência do tipo de corte e do avanço da ferramenta no desgaste da fresa (ferramenta), na energia específica de corte (processo) e na rugosidade (peça), ao empregar a operação de microfresamento de topo no aço COS AR60 de grãos ultrafinos. Os ensaios foram realizados em um centro de usinagem Romi D600 com a adaptação de um cabeçote de alta rotação (60 krpm) sem aplicação de fluido de corte. Microfresas de topo reto (Ø 800 µm) com substrato de metal duro e revestidas com TiAlN foram aplicadas nos testes. A profundidade de usinagem e a velocidade de corte foram mantidas constantes em 160 µm e 60 m/min, respectivamente. Foram variados o avanço por dente (3 e 10 µm/z) e o tipo de corte (simétrico em cheio e em face e assimétrico concordante e discordante). Análise de Variância (ANOVA) com intervalo de confiança de 95% foi aplicada a cada uma das três réplicas. Os resultados indicaram que os níveis de desgaste e a redução do diâmetro da microfresa são influenciados pelo avanço da ferramenta e tipo de corte. As maiores reduções no diâmetro (≈11%) foram devido ao impacto periódico da aresta de corte na peça e não pelo efeito de sulcamento (≈4%). Além disso, para o percurso de corte adotado de 98,018 m, com 4,2% da usinagem em sulcamento ou inexistente no corte em face, houve predominância de avarias por lascamento e, para o mesmo percurso, porém, com aproximadamente 14,3% do corte em sulcamento, os fenômenos predominantes no desgaste foram abrasão e adesão. O efeito do sulcamento fez com que os fatores tipo de corte e avanço, bem como suas respectivas interações, fossem significativos sobre a energia específica de corte. Os cortes em cheio e corte concordante com avanço de 3 µm/dente proporcionaram condições mais favoráveis para o microfresamento frontal, com melhor acabamento da peça e menores níveis de desgaste da ferramenta de corte. / Micro-machining is one of the processes feasible for generating geometries or parts with precision and complexity regarding dimensions smaller than 1 mm. However, the achievement of enhanced machining performance and product quality requires a prior understanding on the tool-workpiece interface. This research detemined the influence of cutting type and cutting feed on wear (tool), specific cutting force (process) and surface roughness (workpiece) when cutting the ultrafine-grained steel COS AR60 under end milling strategy. Machining tests were performed in a CNC machining centre Romi D600 provided with a high-speed spindle (60kpm) without cutting fluid application. TiAlN coated carbide endmill (Ø 800 μm) was used for straight cut with 60 m/min cutting speed, 160 μm depth of cut and feed per tooth of 3 and 10 μm. Analysis of Variance (ANOVA) with confidence interval of 95% was applied to the three runs of each cutting sets. The results have shown that tool wear levels and tool effective diameter are influenced by tool feed and cutting type. Hence, intermittent impact of tool’s cutting edges into the workpiece (≈11%) during cutting revealed to be the major cause of tool wear when compared to cutting mechanism dominated by ploughing (≈4%). Regarding experimental sets with cutting length of 98,018 m there was a predominance of tool edge chipping over abrasion and adhesion when performing face cutting with ploughing at 4.2%. On the other hand, if ploughing increases to 14.3% the main wear mechanism observed were abrasion and adhesion. Therefore, there was a significant interaction between specific cutting force and the input parameters of feed per tooth and cutting type. As a result, down-milling and channel-milling at the tool feed of 3 μm/tooth leaded to a valuable cutting performance with better workpiece surface roughness and tool wear at low levels.

Trata do estudo experimental da energia específica de corte e sua relação com parâmetros de usinagem, características geométricas e tribológicas das ferramentas, e material da peça usinada. Dentre as variáveis investigadas são destaques a profundidade de usinagem, velocidade de corte, raio de ponta, geometria de quebra-cavaco, tipo de revestimento das ferramentas, dureza, microestrutura e composição química do material da peça. Os seguintes materiais foram empregados nos ensaios: aços SAE 1213, 1020, 1045, ASTM H13 recozido e temperado, e liga de alumínio 2024. As medições de energia específica foram realizadas em uma máquina Charpy instrumentada por meio de um dinamômetro piezelétrico e um encoder ótico rotacional. Vários resultados puderam ser comparados aos obtidos em torno e centro de usinagem CNC devidamente instrumentados. Testes na condição HSM foram implementados nas máquinas-ferramentas. Todas as variáveis pesquisadas mostraram exercer influência sobre a energia específica. O aumento da profundidade de usinagem em 2,3 vezes causou diminuição da energia específica em 21%, na usinagem da liga de alumínio 2024. A elevação da velocidade de corte em torno de 70% conduziu a uma queda da energia específica de 24% para o aço SAE 1020. A geometria da ferramenta influiu mais decisivamente na energia específica sob velocidades de corte convencionais que na condição HSM. Pequenas variações na geometria do quebra-cavaco dos insertos causaram diminuição da energia específica de até 29%, para velocidade de corte convencional, e de 14% para HSM, na usinagem do aço H13 temperado. Diversos resultados de energia específica de corte medidos pelo ensaio Charpy proposto por este trabalho apresentaram boa concordância com os valores equivalentes fornecidos pela literatura científica / This thesis presents an experimental study about the specific cutting energy and its relation with cutting parameters, geometrical and tribological characteristics of tools, and workpiece material. Depth of cut, cutting speed, tool nose radius, chip-breaker geometry, tool coating, hardness, microstructure and chemical composition of the workpiece material are some investigated variables. The following workpiece materials were tested: SAE 1213, 1020, 1045, annealed and tempered ASTM H13 steels, and 2024 aluminum alloy. The specific cutting energy values were measured by using a Charpy machine instrumented through piezoelectric dynamometer and incremental optical encoder. Several results could be compared to ones from instrumented CNC lathe and machining center. Tests under HSM condition were carried out in machine-tools. All researched variables have influence over specific cutting energy. The depth of cut rise in 2.3x caused a decrease of specific cutting energy around 21% when machining 2024 aluminum alloy. The elevation of the cutting speed about 70% leaded to reduction of specific cutting energy around 24% when machining SAE 1020 steel. The tool geometry present more influence on specific cutting energy under conventional cutting speed than at high speed cutting. Small variations of tool chip-breaker geometries caused diminution of the specific cutting energy up to 29% for conventional cutting speed, and 14% on average for HSM condition when machining tempered ASTM H13 steel. Various specific cutting energy results obtained from the Charpy test proposed by this work presented a good concordance with equivalent ones provided by scientific literature

Trata do estudo experimental da energia específica de corte e sua relação com parâmetros de usinagem, características geométricas e tribológicas das ferramentas, e material da peça usinada. Dentre as variáveis investigadas são destaques a profundidade de usinagem, velocidade de corte, raio de ponta, geometria de quebra-cavaco, tipo de revestimento das ferramentas, dureza, microestrutura e composição química do material da peça. Os seguintes materiais foram empregados nos ensaios: aços SAE 1213, 1020, 1045, ASTM H13 recozido e temperado, e liga de alumínio 2024. As medições de energia específica foram realizadas em uma máquina Charpy instrumentada por meio de um dinamômetro piezelétrico e um encoder ótico rotacional. Vários resultados puderam ser comparados aos obtidos em torno e centro de usinagem CNC devidamente instrumentados. Testes na condição HSM foram implementados nas máquinas-ferramentas. Todas as variáveis pesquisadas mostraram exercer influência sobre a energia específica. O aumento da profundidade de usinagem em 2,3 vezes causou diminuição da energia específica em 21%, na usinagem da liga de alumínio 2024. A elevação da velocidade de corte em torno de 70% conduziu a uma queda da energia específica de 24% para o aço SAE 1020. A geometria da ferramenta influiu mais decisivamente na energia específica sob velocidades de corte convencionais que na condição HSM. Pequenas variações na geometria do quebra-cavaco dos insertos causaram diminuição da energia específica de até 29%, para velocidade de corte convencional, e de 14% para HSM, na usinagem do aço H13 temperado. Diversos resultados de energia específica de corte medidos pelo ensaio Charpy proposto por este trabalho apresentaram boa concordância com os valores equivalentes fornecidos pela literatura científica / This thesis presents an experimental study about the specific cutting energy and its relation with cutting parameters, geometrical and tribological characteristics of tools, and workpiece material. Depth of cut, cutting speed, tool nose radius, chip-breaker geometry, tool coating, hardness, microstructure and chemical composition of the workpiece material are some investigated variables. The following workpiece materials were tested: SAE 1213, 1020, 1045, annealed and tempered ASTM H13 steels, and 2024 aluminum alloy. The specific cutting energy values were measured by using a Charpy machine instrumented through piezoelectric dynamometer and incremental optical encoder. Several results could be compared to ones from instrumented CNC lathe and machining center. Tests under HSM condition were carried out in machine-tools. All researched variables have influence over specific cutting energy. The depth of cut rise in 2.3x caused a decrease of specific cutting energy around 21% when machining 2024 aluminum alloy. The elevation of the cutting speed about 70% leaded to reduction of specific cutting energy around 24% when machining SAE 1020 steel. The tool geometry present more influence on specific cutting energy under conventional cutting speed than at high speed cutting. Small variations of tool chip-breaker geometries caused diminution of the specific cutting energy up to 29% for conventional cutting speed, and 14% on average for HSM condition when machining tempered ASTM H13 steel. Various specific cutting energy results obtained from the Charpy test proposed by this work presented a good concordance with equivalent ones provided by scientific literature