Orientador: Alessandro Roger Rodrigues / Coorientador: Juno Gallego / Banca: Hidekasu Matsumoto / Banca: Otávio Villar da Silva Neto / Resumo: A microusinagem produz microcomponentes especialmente para as áreas microeletrônica, médica e aeroespacial, e encontra-se em contínua evolução com o surgimento de materiais com propriedades melhoradas, ferramentas de dimensões reduzidas e máquinas mais rígidas e precisas, porém o estudo da integridade superficial das peças, visando aprimorar o desempenho dos componentes miniaturizados, ainda é um campo de pesquisa incipiente. Este trabalho objetivou correlacionar os principais indicadores de integridade superficial à energia específica de corte no micro e macrofresamento de canais usinados no aço ABNT 1045. Foi determinada a influência do avanço por dente (f z) e da profundidade de usinagem (ap) na energia específica de corte, microdureza, microestrutura, temperatura de corte, formação de rebarbas e rugosidade da peça. Os ensaios foram conduzidos sem aplicação de fluido lubrirrefrigerante em um centro de usinagem CNC Hermle C800U, adotando simultaneamente corte concordante e discordante. Utilizou-se fresas de carbeto de tungstênio revestidas de TiNAl, 0,8 e 2,0 mm com duas arestas, aplicadas em micro e macrofresamento, respectivamente. Análise de Variância (ANOVA) foi empregada para a determinação de significâncias dos fatores de controle nas variáveis de resposta. Os resultados revelaram que a integridade superficial decorrente do microfresamento, mesmo com parâmetros de corte brandos, é mais afetada se comparada à do macrofresamento, pois, em média, a energia específica de corte foi superior 75%, a microdureza superficial 75%, a camada encruada 5x, a deformação microestrutural 60%, a temperatura de corte 3x e o tamanho da rebarda alcançou a largura do microcanal para avanços por dente inferiores a 1/3 do raio de aresta da ferramenta. Apenas a rugosidade diminuiu em média 16%, porém qualitativamente apresentou... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Micromachining produces microcomponents mainly for areas such as microelectronics, medical and aerospace, and it is continually evolving due to the release of new materials with improved properties, tools with reduced dimensions and machines more rigid and accurate, wherefore studies relating surface integrity of workpieces aiming at improving the performance of miniaturized components are still an incipient field of research. This research correlated the main surface integrity indicators to the specific cutting energy in the micro and macromilling of channels machined in ABNT 1045 steel. The effects of feed per tooth (f z) and depth of cut (ap) upon the specific cutting energy, microhardness, microstructure, cutting temperature, burr formation and workpiece roughness were determined. The experiments were carried out without coolant in a CNC machining center Hermle C800U by adopting simultaneously up and downmilling. 0.8 and 2.0 mm diameter endmills with two flutes, coated with TiNAl were used in tests for micro and macromilling, respectively. Analysis of Variance (ANOVA) allowed determining statistical significances of control factors on the response variables. The results revealed that surface integrity from micromilling, even with gentle cutting parameters, is more affected when comparing to that from macromilling, since specific cutting energy was superior on average 75%, surface microhardness 75%, work hardened layer 5 times, microstructure deformation 60%, cutting temperature 3 times and burr size reached the microchannel width for feeds per tooth lower than a third of tool edge radius. Only roughness reduced around 16%, but qualitatively caused microcracks, cavities and delamination. It is concluded that the choose appropriate of machining parameters concerning tool edge radius in micromachining is... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho analisa a influência dos métodos de interpolação utilizados em máquinas de usinagem de alta velocidade para usinagem de superfícies complexas. O método tradicional de interpolação linear foi comparado ao método de interpolação circular e polinomial para três diferentes tolerâncias CAM. Os resultados foram analisados em termos do comportamento dinâmico da máquina ferramenta, através da aquisição em tempo real da velocidade de avanço efetiva nos eixos x e z, do erro dimensional de contorno, da qualidade superficial e da deflexão da haste da ferramenta. Para uma mesma condição de corte, observa-se que a interpolação polinomial apresenta um maior ganho no tempo de usinagem e uma pequena melhora no acabamento superficial. A decisão da escolha do método de interpolação tem que considerar o valor de tolerância programada no software CAM em função do qual avalia-se a redução de tempo de usinagem, o controle dimensional e o acabamento. Ao optar pelo uso da interpolação linear o programador tem que usar tolerância aberta devido ao reduzido tamanho do programa NC e seu conseqüente tempo de processamento. Quando o programador CAM decidir pelo uso da interpolação polinomial a tolerância CAM deve ser a mais apertada possível devido ao maior ajuste da equação da curva polinomial ao perfil da superfície.

As exigências atuais do mercado de manufatura mundial levam as corporações a buscarem novas soluções para os desafios emergentes. A redução do tempo de produção e o aumento de produtividade tornam-se, desta forma, requisitos essenciais para manter a empresa competitiva. Neste contexto, o processo de usinagem HSC apresenta um potencial considerável para aumento de produtividade, porém mostra-se limitado pelo surgimento de instabilidades dinâmicas, sobretudo pela presença de vibrações regenerativas. Diante dessa realidade, este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento dinâmico de diferentes conjuntos compostos por ferramenta, sistema de fixação e eixo-árvore, por meio de um método experimental, e aplicar os resultados para reduzir o tempo de usinagem do processo de fresamento a altas velocidades de corte de um componente típico da indústria aeronáutica. É analisado o processo de fresamento de ligas de alumínio 7075-T6 com duas fresas de metal duro de topo reto. As características dinâmicas dos sistemas são determinadas por testes de impacto e a estabilidade do processo é avaliada a partir da textura da superfície, da análise do sinal de áudio e de deslocamento do processo. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que as taxas de remoção de material do processo de fresamento de topo reto são limitadas pelas vibrações regenerativas. As rotações que permitem as maiores profundidades de corte axial variam de acordo com o engajamento radial e número de dentes da fresa. A redução de tempo do processo atingiu 74%, aumentando consideravelmente sua produtividade. Os resultados obtidos podem facilmente ser estendidos para o chão de fábrica de uma empresa da área de manufatura de componentes em alumínio, podendo constituir ganhos diretos para a sociedade.

A proposta de desenvolvimento deste trabalho é a utilização da liga de titânio Ti-6Al-4V, que tem como característica principal a facilidade de ser trabalhado, e ótimas propriedades mecânicas, resistente a corrosão, leveza e dureza. Foi estudado o ferramental fresa/pastilha, material e método. Quanto ao método, foi feita toda a descrição da metodologia, desde o corte inicial até a parte de análises física e química. Para a etapa inicial foi retirado o corpo de prova, tendo sido feita a descrição do ferramental utilizado e, durante o processo, onde houve várias tentativas de facilitação do trabalho, acolhendo o melhor resultado. Após as análises químicas, ainda desenvolvendo a parte prática, em uma outra etapa, foram feitos ensaios de usinagem e exploradas todas as possibilidades, tanto do ferramental quanto do material, verificando a melhor possibilidade de trabalho, considerando a taxa de desgaste do equipamento/material e tempo de trabalho. Terminados os ensaios, o material foi submetido a testes de metalografia e microdureza. São apresentados laboratoriais dos testes metalográfica e de microdureza do corpo de prova e os resultados. Quanto ao ferramental, foi feito teste de desgaste de pastilha, por meio de microscopia eletrônica de varredura - MEV, apresentando os resultados. Também foi feito teste de rugosidade de superfície, a fim de verificar o comprometimento da qualidade de acabamento e, consequentemente, possíveis fissuras no material. Numa conclusão geral, o método de trabalho desenvolvido para usinagem de titânio visando à confecção de pequenas peças de reposição na área aeronáutica está dentro dos padrões de norma internacional, tanto de usinagem quanto de segurança.

A fabricação de um molde de injeção ou matriz nos dias de hoje é uma tarefa que exige da cadeia de produção, desde o fabricante do aço ferramenta ao polidor do molde, um alinhamento de conceitos e uma integração cada vez maior, no que diz respeito ao controle de inclusões durante a fabricação do aço ferramenta, ao processo de abertura da cavidade por fresamento ou microfresamento, até o próprio processo de polimento e os requisitos de acabamento superficial a serem alcançados. O objetivo deste trabalho é descrever a influência de variações metalúrgicas, como carbonitretos de titânio e sulfetos de manganês, sobre a usinagem com ferramentas convencionais e microferramentas no processo de fresamento. Além disso, o processo de polimento é analisado tendo como entradas as mesmas variações metalúrgicas e também sob o efeito de diferentes condições de usinagem das etapas anteriores. Com a finalidade de aprimorar a fabricação de moldes e matrizes, este trabalho apresenta uma revisão sobre a influência dos elementos de liga sobre a usinabilidade e polibilidade de aços ferramenta, e estudos práticos sobre a influência das variações metalúrgicas sobre a usinabilidade, microusinabilidade e polibilidade. Além disso, variações nos parâmetros de usinagem e no estado de desgaste das ferramentas de corte são analisados nos processos de desbaste e acabamento. Nestas análises são considerados os esforços de corte, o acabamento e a integridade superficial e como estes influenciam no processo de polimento. Por sua vez, as superfícies usinadas resultantes do processo de polimento são caracterizadas por uma ampla gama de parâmetros de rugosidade. Foram conduzidas análises práticas sobre fresamento, torneamento e microfresamento em centros de usinagem. Foram construídos para análises de desgaste e polimento, um tribômetro tipo pino-sobre-disco e uma politriz automática, respectivamente. Como resultados, esta tese apresenta um conjunto de requisitos metalúrgicos e de processo visando a obtenção de uma solução de compromisso entre usinabilidade e polibilidade em aços ferramenta utilizados na confecção de moldes e matrizes.

O controle de vibrações em processos de usinagem tem se mostrado um método eficiente para o aumento da produtividade. Melhorias significativas podem ser obtidas em termos de qualidade das superfícies usinadas, vida de ferramentas e uma melhora nos parâmetros de corte. No entanto, informações sobre vibrações no processo de geração de engrenagens (hobbing) são escassas, o que indica uma necessidade de investigação específica sobre o assunto. A partir desse contexto, nota-se uma oportunidade de verificação da aplicabilidade dos princípios de análises de vibrações em processos de fresamento de topo para o hobbing a fim de obter condições que proporcionem estabilidade no processo. Este trabalho apresenta uma proposta de análise de vibrações do comportamento dinâmico de um processo de geração de engrenagens de dentes retos utilizando o método do martelo de impacto e acelerômetro para determinar a função resposta em frequência do sistema e uma análise do espectro de frequência da usinagem por meio de um microfone unidirecional para determinar os melhores parâmetros de corte. Foram avaliadas duas máquinas geradoras de engrenagens cilíndricas de dentes retos, (aqui chamadas de A e B) e avaliadas duas ferramentas de corte. A análise de vibração na máquina A possibilitou a identificação e uma oportunidade de melhoria no sistema de fixação da ferramenta proporcionando um aumento de peças produzidas, em torno de quatro vezes mais do que produzia anteriormente. Foi possível, portanto, identificar os limites de estabilidade das máquinas para o processo hobbing e, dessa forma, determinar os parâmetros limites de usinagem. Com a mudança de ferramenta e parâmetros de corte foi obtida uma redução no tempo total de fabricação de cada peça estimada em 14%. Foi elaborado um procedimento baseado nas características do processo hobbing, consolidando uma proposta de procedimento para análises e melhorias do processo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:15:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344643.pdf: 2892377 bytes, checksum: ee55c6e3f7662352a0cc1ef693ce44ea (MD5) Previous issue date: 2016 / O aumento da população, juntamente com a crescente escassez dos recursos naturais, vem aumentando a intensidade dos impactos ambientais. Estes fatores têm gerado um aumento na consciência social, forçando os órgãos reguladores a encorajar a diminuição do consumo de energia, cuja geração está intimamente ligada a diversas questões ambientais. Este encorajamento se tornou um incentivo às pesquisas de métodos para a redução do consumo de energia, principalmente nos setores onde os maiores consumos são observados, que inclui o setor de manufatura. Especificamente o processo de usinagem, é responsável por grande carga ambiental associada tanto ao consumo de energia, quanto aos fluidos de corte utilizados e outros fatores. Uma forma de tornar os processos de usinagem mais sustentáveis é mediante a redução do consumo de energia, que pode ser obtida reduzindo-se o caminho percorrido pela da ferramenta de corte. Este trabalho fornece uma avaliação do consumo de energia durante o processo de fresamento de cavidades com duas ferramentas para diferentes trajetórias. A geração das trajetórias foi realizada utilizando-se um software CAM (Manufatura Assistida por Computador) e três tipos trajetórias foram geradas para comparação, sendo elas: paralela ao contorno, ziguezague e uma combinação de trajetória trocoidal e paralela ao contorno. As trajetórias estudadas apresentaram uma variação significativa no consumo total de energia ativa para cada uma das ferramentas. Os resultados comprovam a importância de gerar trajetórias que diminuam o caminho percorrido pela ferramenta e o tempo de usinagem, além de destacar a necessidade da seleção adequada dos parâmetros de corte e das demais variáveis envolvidas na usinagem, de maneira a tornar o processo mais sustentável.<br> / Abstract : The increase in population, coupled with the increasing scarcity of natural resources has increased the intensity of environmental impacts. These factors have led to an increase in social consciousness, forcing regulators to encourage the reduction of energy consumption, whose generation is closely linked to several environmental issues. This encouragement has become an incentive to research methods for reducing energy consumption, especially in sectors where the greatest consumption are observed, including the manufacturing sector. Specifically the machining process, is responsible for much environmental burden associated with both energy consumption, the cutting fluid used and other factors. One way to make the most sustainable machining processes is by reducing energy consumption, which can be obtained by reducing the path of the cutting tool. This paper provides an assessment of energy consumption during the cavity milling process with two tools for different paths. The generation of trajectories was performed using a software CAM (Computer Aided Manufacturing) and three types of trajectories were generated for comparison, these being: parallel to the contour, zigzag and a combination of trochoidal and parallel to the contour. The trajectories studied showed a significant variation in the total consumption of active power for each tool. The results prove the importance of generating trajectories that reduce the path taken by the tool and the machining time, and highlight the need for proper selection of cutting parameters and other variables involved in the machining process, in order to make it more sustainable.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T02:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 204480.pdf: 1740733 bytes, checksum: a66df342db5da695a0c2c2cc25e1f2ad (MD5) / O fresamento é um dos processos de usinagem mais universais. Entretanto, a possibilidade de ação simultânea de vários gumes na peça, a contínua variação da espessura do cavaco e as conseqüências do corte interrompido dificultam uma descrição teórica e genérica da influência dessas variáveis no processo. O número de variáveis envolvidas nesse processo inviabilizou, até recentemente, a tentativa de extrair dados confiáveis através da simulação numérica. Porém, com o aprimoramento de métodos adequados, juntamente com o desenvolvimento de programas e computadores, a simulação vem se tornando cada vez mais viável. Atualmente, as forças de corte presentes nos processos de torneamento e fresamento podem ser reproduzidas por diversos modelos. No presente trabalho são desenvolvidos procedimentos teóricos e experimentais para a determinação de forças no fresamento frontal. Essas forças são empregadas como dados de entrada para uma análise dinâmica por elementos finitos de peças de baixa rigidez submetidas aos esforços flutuantes do processo de fresamento, com o objetivo de determinar parâmetros de usinagem que reduzam vibrações. Assim, esses parâmetros podem ser revistos e corrigidos antes do processo ter início. Os parâmetros variados na análise dinâmica foram a profundidade de corte, o avanço e a velocidade de corte. Essa análise permite ajustar as condições de usinagem reduzindo a necessidade de determinação empírica.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T08:52:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T02:10:13Z : No. of bitstreams: 1 189939.pdf: 27032124 bytes, checksum: adcd773c9e800baf7373ea44d0742aad (MD5) / Moldes e matrizes são ferramentas utilizadas na confecção dos mais variados tipos de produtos, desde os componentes plásticos que compõem um telefone celular até as complexas peças de aço dos veículos. No atual cenário mundial, várias pesquisas têm sido orientadas à contínua otimização e racionalização dos ciclos de fabricação das ferramentas, a fim de gerar aumento de competitividade do setor. Neste sentido, pode-se enfatizar que dois fatores de influência considerável na fabricação econômica de um molde de injeção são o profundo conhecimento das principais tecnologias envolvidas no ciclo de fabricação, em especial o fresamento e a usinagem por eletroerosão, e a correta especificação de um material que proporcione uma fabricação mais rápida do molde e que simultaneamente promova o atendimento aos requisitos de projeto da peça injetada e do próprio molde. Atualmente, ligas de cobre e ligas de alumínio vêm sendo amplamente utilizadas como materiais alternativos aos aços na fabricação de certos tipos de moldes de injeção por proporcionarem vantagens adicionais no processo de moldagem. O atual desenvolvimento mundial da pesquisa sobre a usinagem por eletroerosão de ligas de cobre e ligas de alumínio utilizadas como materiais para moldes é bastante restrito. As principais fontes de informação constituem-se de tabelas genéricas de parâmetros de processo fornecidas por fabricantes de máquinas de eletroerosão, as quais muitas vezes não produzem as melhores condições de usinagem. Neste enfoque, este trabalho teve por objetivo a pesquisa fundamental e o estabelecimento de parâmetros de eletroerosão adequados para usinagem de desbaste e de acabamento da liga de alumínio Alimex AMP 8000 e da liga de cobre-berílio ASTM C17200, as quais têm apresentado atualmente ampla aceitação pelo mercado. Para tanto, foram utilizados eletrodos-ferramenta de cobre, cobre-tungstênio e grafita na investigação de fatores de rendimento como, por exemplo, a taxa de remoção de material e o desgaste volumétrico relativo, em função da variação dos principais parâmetros elétricos de controle do processo. Foram também analisados aspectos de integridade superficial como a rugosidade e a caracterização da zona termicamente afetada das amostras.

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