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.

Atualmente, o conhecimento aprofundado e desenvolvimento das tecnologias disponíveis e suas aplicações torna-se tão importante quanto o desenvolvimento de novas tecnologias. O fresamento em cinco eixos é um processo que atende a vários setores de fabricação com fundamental importância para o domínio tecnológico nos setores industrial aeronáutico e de geração de energia elétrica. Os vários componentes, como componentes de turbina, em especial de rotores, estatores, impelidores e suas pás, encontram vantagens na manufatura por fresamento em cinco eixos. A utilização do fresamento em cinco eixos para a fabricação de componentes de turbinas a gás é caracterizada por uma série de fatores complicadores que estão relacionados com aspectos geométricos desses componentes, de seus materiais (propriedades físicas e mecânicas) e da própria cadeia do processo, que podem não somente tornar a aplicação do processo ruim como também inviável ou impossível. O objetivo principal deste trabalho é fornecer um conjunto de avaliações pertinentes à usinagem de componentes de paredes finas de titânio, além de apontar cuidados com alguns parâmetros e fenômenos intrínsecos dos processos de fresamento e agravados pelos processos de usinagem em cinco eixos de paredes finas.

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.

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 operação de fresamento de faceamento tem como objetivo proporcionar superfícies planas isentas de deformação residual na seção transversal da peça usinada. Por outro lado, as evidências apresentadas neste trabalho demonstram que tal deformação existe e seu comportamento pode ser relacionado com grandezas tecnológicas como o tipo de ferramenta utilizada, a velocidade de avanço e de corte do processo além das propriedades mecânicas e metalúrgicas do material da peça.Foram realizados ensaios de fresamento de faceamento, em condições convencionais de usinagem, em duas superligas, sendo uma a base de níquel e outra a base de cobalto, além de uma liga de titânio. As relações de avanço por faca, ângulo de hélice e velocidade de corte foram manipuladas com o objetivo de se avaliar as deformações residuais sob diferentes taxas de deformação. Os corpos de prova foram avaliados em seu estado deformado e através de microscopia eletrônica de varredura, foi possível junto da modelagem matemática, concluir que a hipótese de deformação plana na seção transversal da peça é válida, e esta poderá ser avaliada através do uso da teoria de Slip Lines. O comportamento plástico do material foi avaliado através da teoria de Slip Lines com a implementação do modelo constitutivo Johnson-Cook, enquanto a estimativa de força no processo de usinagem foi feita com o uso da teoria da zona de planos de cisalhamentos paralelos modificada, conforme P.L.B Oxley e Lee e Shaffer. Os diversos pontos apresentados nesta tese que formam o conceito de contribuição foram identificados ao longo do texto, inclusive uma nova abordagem sobre a área de corte de uma fresa com canal helicoidal, bem como as críticas voltadas à definição do ângulo inicial do plano de cisalhamento e da temperatura para obtenção das tensões. A plasticidade do contínuo foi o principal aspecto tanto para estimar as tensões bem como para avaliar as deformações, seja no cavaco bem como na peça. O índice de plastificação do material se demonstrou como principal fator para uma reavaliação da proposta de P.L.B Oxley e, o entendimento de como as demais propriedades mecânicas associadas à este índice influenciam na deformação plana residual e demais condições de equilíbrio de tensões durante a usinagem são sugeridas para complementar o entendimento e uso desta contribuição. / The face milling operation purpose is providing flat machined surfaces free from residual strains at the cross section of the workpiece. On the other hand, the evidences presented in this thesis are enough to demonstrate that the strain exists and its behavior can be related to technical measurements such as the cutting tool helical profile, the feed rate, the cutting speed beyond the materials mechanical and metallurgical properties. Several face milling operation under conventional cutting conditions onto two super alloys have been performed. A nickel base alloy and a cobalt base were observed. A titanium base alloy has also been observed. The feed rate, the rake angle and the cutting speed were manipulated aiming the evaluation of the residual strains under different strain rates. The specimen has been evaluated in its strained condition throughout the use of scanning electronic microscopy. Furthermore with the mathematical modeling it has been possible to conclude that the residual strain at the cross sectional surface is supportable and the strained profile can be evaluated through the use of the Slip Line Field plasticity theory. The plastic behavior of the material has been evaluated with the Slip Line Field plasticity theory with the Johnson-Cook´s constitutive material´s model. The cutting force estimation has used the modified parallel shear plane zone machining model assured by P.L.B. Oxley and an ancient Slip Line solution presented by Lee and Shaffer. All of the details of this thesis which collaborate with the contribution concept have been pointed out along this research, especially the derivation of the helical area profile as well as the criticism related with the shear plane initial value definition and temperature estimation. The continuum plasticity has been the main aspect to evaluate the stresses and also the strains in the workpiece and also at the chip. The materials strain hardening index is main point for a new evaluation of the P.L.B Oxley machining model, and the understanding of how the mechanical properties related with this index influence the residual plane strain and the other convergence conditions of strain during the machining are suggested in order to build up the understanding of this contribution.

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Manoel Cleber de Sampaio Alves / Banca: Rosemar Batista da Silva / Banca: João Roberto Ferreira / Resumo: Reduzir o uso de fluidos de corte em operações de usinagem é uma meta que tem sido buscada na indústria devido aos problemas ecológicos e de saúde humana, causados pelos fluidos de corte. No entanto, os fluidos de corte ainda promovem uma vida de ferramenta mais longa para muitas operações de usinagem. Este é o caso da operação de fresamento de acabamento da liga de titânio Ti6Al4V usando pastilhas de metal duro recobertas. Portanto, o objetivo deste trabalho é estudar condições de corte mais adequadas para o uso da técnica de mínima quantidade de fluido, ou seja, condições que tornem a vida da ferramenta na técnica MQF, mais próximas ou superiores àquelas obtidas com corte sem lubri-refrigeração e corte com jorro de fluido, sem prejudicar a rugosidade da peça. Para alcançar estes objetivos vários experimentos de fresamento de acabamento foram realizados, variando-se a velocidade de corte e taxa de avanço com aplicação da técnica MQF com o uso de três diferentes fluidos comparados com o corte sem lubri-refrigeração e corte com jorro de fluido. A principal conclusão deste estudo foi que a aplicação da técnica MQF no processo de fresamento de acabamento do Ti-6Al-4V aumenta a vida da ferramenta, melhorando a produtividade e rugosidade, quando mantidas as mesmas condições de corte originalmente propostas / Abstract: To reduce cutting fluids use in machining operations is one goal that has been searched in industrial companies, due to ecological and human health problems caused by the cutting fluid. However, the cutting fluids still provide a longer tool life for many machining operations. This is the case of Ti6Al4V titanium alloy end milling operation using coated carbide inserts. Therefore, this work objective is to study cutting conditions more suitable for minimum quantity of fluid technique use, i.e., conditions which make tool life in MQF technique, closer or over to that obtained with dry cutting and cutting with fluid fload, without damaging the workpiece roughness. To reach these goals several end milling experiments were carried out, varying up cutting speed and feed rate with MQF technique application with three different fluids compared with dry cutting and cutting with fluid fload. The main study conclusion was that applying the MQF technique in Ti-6Al-4V end milling process increases tool life, improving productivity and roughness, when kept up the same cutting conditions proposed originally / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-26Bitstream added on 2014-06-13T19:55:30Z : No. of bitstreams: 1 rigatti_amy_me_ilha.pdf: 2241422 bytes, checksum: 8c8e195352a6068cd9086572b3723f9f (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência das condições de fresamento na força de usinagem e na energia específica de corte. Foram ensaiados dois tipos de materiais que sofreram diferentes formas de tratamentos térmicos. O aço CL 23 (Eaton Ltda) foi normalizado, resfriado ao forno e resfriado ao ar, e o aço COS AR 60 (Usiminas S/A) foi empregado na condição “como recebido” e tratado termomecanicamente, onde a microestrutura foi refinada a 1,7 m. Para o primeiro material, empregou-se 3 condições de usinagem, com parâmetros de corte fixos e distintos entre si, e para o segundo material, foram utilizadas 8 condições, em que todos os parâmetros variaram visando à aplicação da Análise de Variância (ANOVA). Os ensaios de fresamento de topo concordante a seco foram conduzidos em um centro de usinagem CNC de 11 kW de potência e rotação do eixo-árvore de 7.500 rpm. Empregou-se ferramenta de diâmetro 25 mm com dois insertos de metal duro revestidos com TiN e TiNAl. A força de usinagem foi obtida utilizando-se um dinamômetro piezelétrico de 3 componentes e sistema de aquisição, cujos sinais foram pós-processados para o cálculo da força de usinagem máxima, força de usinagem RMS e energia específica de corte. Os resultados apontam para uma influência da condição de usinagem sobre a força de usinagem e energia específica de corte. A condição com alta velocidade de corte (HSC - High-Speed Cutting) apresentou menores forças de usinagem e maiores energias específicas de corte. A usinagem assumida como convencional, apresentou maiores níveis de força de usinagem e energia específica menores. A força de usinagem se mostrou estatisticamente dependente da profundidade de usinagem e a energia específica do avanço da ferramenta. A velocidade de corte influiu de forma significativa na força de usinagem e na energia específica de corte... / This research deals with the influence of milling conditions on machining force and specific cutting energy. Two kind of workpiece materials thermally treated were used on tests. CL23 carbon steel (Eaton Ltda) was normalized, furnace cooled and air cooled and COS AR 60 carbon steel (Usiminas S/A) was employed in “as received” and refined grains (1.7 m) conditions. For the first material, three machining conditions were applied with constant and different cutting parameters. For the second steel, eight machining conditions were implemented where all cutting parameters varied aiming at application of Variance Analysis (ANOVA). The machining tests were carried out by using dry end milling under down milling strategy in a CNC machining center with 11 kW power and 7,500 rpm spindle speed. A 25 mm diameter endmill with two inserts (TiN and TiNAl coatings) was used. The machining force was measured by means of 3-components piezoelectric dynamometer and acquisition system, whose signals were post-processed in order to calculate the maximum machining force, RMS machining force and specific cutting energy. The results show the cutting condition influences on all researched variables. High-speed cutting (HSC) decreased the machining force and increased the specific cutting energy. The milling named conventional condition elevated the machining force and diminished the specific cutting energy. The depth of cut was statistically influent on machining force and the feed per tooth was determinant for specific cutting energy. The cutting speed influenced significantly on machining force and specific cutting energy. Microstructural condition of workpiece material demonstrated to be important over studied variables only when hardness values were different significantly. The results of specific cutting energy from this work present good correlation with those obtained from theoretical models proposed by Taylor, Kienzle, ASME, AWF and Sandvik

Made available in DSpace on 2016-05-17T16:51:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-10-02. Added 1 bitstream(s) on 2016-05-17T16:55:21Z : No. of bitstreams: 1 000864225.pdf: 1946199 bytes, checksum: 69a5517839dba105097f529387f34b85 (MD5) / Aços para moldes e matrizes são considerados materiais de difícil usinabilidade. Contudo, a fabricação de moldes requer a geração de formas complexas com bom acabamento e sem grandes danos à ferramenta. Por ser um processo versátil e produzir diferentes formas geométricas com precisão, o fresamento é mais comumente utilizado para fabricação de moldes. Porém, sua característica de corte interrompido gera ciclos de aquecimento e resfriamento na ferramenta que reduzem significativamente sua vida e tendem a empobrecer a integridade superficial da peça. Propondo estabilizar os ciclos térmicos na ferramenta e reduzir efeitos danosos do corte interrompido à integridade da peça, os fluidos criogênicos são aplicados ao fresamento. Nesta pesquisa determinou-se a influência da condição de refrigeração (criogênica, fluido abundante e a seco) sobre o desgaste da ferramenta (flanco principal e secundário), mecanismo de formação do cavaco (cor e forma) e integridade superficial da peça (deformação plástica, rugosidade e microdureza), ao fresar (de topo) o aço Villares VP100 (Equivalente ao aço AISI P20) utilizado na fabricação de moldes para injeção de plásticos. Os resultados indicaram menor rugosidade e maior vida da ferramenta no fresamento criogênico. O fresamento com fluido gerou menor vida da ferramenta, até mesmo em relação à condição a seco. Maiores danos à integridade superficial foram encontrados na condição a seco, que apesar deste fato, permitiu vida da ferramenta similar ao fresamento criogênico. O meio criogênico propiciou o ambiente mais favorável à usinagem do aço VP100. Apesar do bom rendimento da ferramenta no corte a seco, seu uso pode tornar-se inviável à fabricação de moldes ou matrizes em que intensos aquecimentos podem gerar pobre integridade superficial do produto usinado / Steel for molds production are considered difficult-to-cut materials. However, molds require complex shapes with good surface finish and without serious tool damage during the machining. Milling is the most commonly process applied to molds manufacturing given its versatility when producing precisely different geometric shapes. Otherwise, the interrupted cutting cyclically heats and cools the tool which in turn significantly reduces its life and impairs the workpiece surface integrity. Cryogenics has been used in milling processes aiming at stabilizing the thermal cycles in the tool and reducing the harmful effects on the part surface integrity. This research determined the influence of the cooling condition (cryogenic, wet and dry) on tool wear (main and end flank), chip formation (color and shape) and workpiece surface integrity (grain deformation, roughness and microhardeness) when milling Villares VP100 steel (similar to AISI P20 steel) applied to tooling production for plastic injection. The results indicated smaller part roughness and greater tool life when milling cryogenically. Abundant fluid reduced tool life even when compared to dry condition. More significant damages over workpiece surface integrity were found in dry condition, although similar tool life to the cryogenic milling was also reached. Cryogenics favored the VP100 steel milling. Despite the good performance of the dry milling, its application may be infeasible since greater heating may harms the product surface integrity

Orientador: Manoel Cléber de Sampaio Alves / Banca: Ivaldo de Domênico Valarelli / Banca: Marcos Tadeu Tiburcio Gonçalves / Resumo: Alternativas para otimizar os processos de fabricação por usinagem têm sido buscadas com o objetivo de diminuir custos, aumentar produtividade e diminuir problemas ambientais. Entre essas alternativas destacam-se a procura pela usinagem a seco, o desenvolvimento e aprimoramento de materiais para ferramentas de corte e de recobrimento da mesma e a usinagem de aços endurecidos com o intuito de eliminar o processo de retificação. Com base nisto, neste trabalho foi analisado o fresamento frontal, do tipo abertura de canal, do aço SAE 4340 na forma recozida e na forma endurecida (temperado e revenido), utilizando ferramenta de metal duro com recobrimento de TiAlN e TiN na condição à seco. Este aço é comumente utilizado em componentes mecânicos, solicitados à esforços dinâmicos, na indústria automobilística e aeroespacial. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da usinagem a seco deste aço na forma endurecida, através da análise do comportamento da qualidade superficial, da potência consumida, da vibração, da emissão acústica, do desgaste das ferramentas e das formas e tipos de cavacos produzidos nas diferentes condições de usinagem. Esta pesquisa foi realizada em um Centro de Usinagem CNC, variando-se os parâmetros velocidade de corte e avanço. Os ensaios foram realizados em duas etapas, no qual, na primeira etapa as amostras do material, nas duas formas mencionada (recozido e endurecido), foram usinadas com Vc de 200 e 300 m/min e avanço de 0,1 e 0,04 mm/dente. Na se... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Alternatives to optimize machining processes have been sought with the aim of reducing costs, increasing productivity and reducing environmental problems. Among those options, it is highlighted the demand for dry machining, the development and improvement of materials for cutting and covering the same tools and the machining of hardened steels in order to eliminate the grinding process. On this basis, this paper analyzed the steel face milling, of channel opening type, SAE 4340 in annealed form and in hardened form (quenched and tempered) using carbide tool with coating TiAlN and TiN in the dry condition. This steel is commonly used in mechanical components, ordered the dynamic forces in the automotive and aerospace industry. The aim of this study was to investigate the behavior of the surface quality, consumed power, vibration, acoustic emission, wear of tools and forms and types of chips produced in different machining conditions. This research was conducted in a CNC Machining Center, varying the parameters cutting speed and feed. The tests were carried out in two stages, in which, in the first step, samples of the material in the two forms mentioned (annealed and hardened) were machined with Vc of 200 and 300 m/min and advance of 0,1 and 0,04 mm/tooth. In the second step, the annealed material was tested with a Vc of 400 m/min and the cured material was tested with a Vc of 300 m/min, in both cases the tests were performed at both feed rates. In which, through the analysis ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre