Processos de fabricação que fazem uso de abrasão como modo de remoção de material são discutidos constantemente pela literatura. Entretanto, a abrasividade, ou a capacidade de remoção de material pelos abrasivos pouco tem sido abordada na literatura especificamente para partículas micrométricas. Esta capacidade de remoção pode ser atribuída a variações da concentração, geometria, dureza e distribuição de tamanho das partículas no fluido abrasivo. Logo, um melhor entendimento acerca da abrasividade das partículas faz-se necessário para uma melhor caracterização dos modos e mecanismos atuantes no processo, visto que a seleção do abrasivo é um fator econômico significativo em diversos processos de fabricação, tais como retificação e hidroerosão. Esta dissertação tem por objetivo utilizar-se do ensaio de desgaste por micro abrasão para a avaliação da abrasividade de partículas de alumina e carbeto de boro. Como corpos-de-prova foram utilizadas amostras de aço AISI D2 (677 HRC) e as esferas de 25,4 mm de diâmetro foram de aço AISI 52100 temperado e revenido. Foram realizados ensaios com abrasivos diferentes de tamanhos semelhantes e ensaios com o mesmo abrasivo de tamanhos diferentes para verificar a influência da concentração do abrasivo, da rotação e do desgaste da esfera e do tempo de ensaio. As distribuições de tamanho das partículas foram determinadas através da técnica de difração a laser na forma de distribuição de frequência em volume e na forma de frequência acumulada. Além disso, a caracterização quanto à geometria, por meio do fator SPQ (parâmetro de ponta), foi realizada utilizando um programa computacional desenvolvido no Matlab. As distribuições de tamanho mostraram uma percentagem de volume de partículas finas maior nas amostras de carbeto de boro e uma percentagem de volume de partículas mais grossas superiores para a alumina. O valor de SPQ médio apresentou-se maior para o carbeto de boro do que para a alumina, quando com tamanhos médios diferentes. Porém para os abrasivos diferentes com tamanho médio semelhante, a alumina apresentou um valor maior para o parâmetro. Esse valor maior sugere uma maior capacidade de remoção de material. Os resultados mostraram que a variação do tempo de ensaio é responsável por uma mudança no modo de desgaste e que os abrasivos de Al2O3 apresentam menor abrasividade quando comparados aos abrasivos de B4C, pois o coeficiente de desgaste mostrou-se maior para este após o alcance do regime permanente. Um aumento da concentração do abrasivo e um acréscimo no tempo de ensaio levaram a um crescimento no volume de desgaste do material para ambos os abrasivos, enquanto que um aumento na rotação da esfera de ensaio não proporcionou um aumento significativo no volume de material removido. As durezas das partículas abrasivas e do corpo de prova e o tamanho e a angularidade dos abrasivos são utilizados para discussão das causas do regime permanente ter ocorrido em diferentes tempos para os dois abrasivos. / Manufacturing processes that use abrasion for material removal are constantly discussed in the literature. However, the abrasiveness, or the ability of material removal by particles has not been widely discussed in the literature specifically for micrometric particles. This removal capacity can be attributed to changes in the particle concentration, geometry, hardness and size distribution in the fluid abrasive. Therefore, a better understanding of the particles abrasiveness is necessary for a proper characterization of the modes and mechanisms acting in the process, since the abrasive selection is a significant economic factor in several manufacturing processes, such as grinding and hydroerosive grinding. The purpose of this work is to use the micro abrasion wear test to evaluate the abrasiveness of alumina and boron carbide particles. Samples of AISI D2 steel (677 HRC) and balls with 25.4 mm diameters quenched and tempered AISI 52100 steel were used. Tests were performed with different abrasives of similar sizes and with the same abrasive of different sizes to verify the influence of the abrasive concentration, ball rotation and wear and test time. Particle size distribution was determined by laser diffraction in terms of frequency distribution and cumulative frequency volumes. Moreover, the particle geometry characterization was also determined using the SPQ factor (Spike value) using a Matlab computer program. The size distribution indicated a higher percentage of fine particles for boron carbide and a higher percentage of coarse particles for alumina. The mean SPQ value was higher for boron carbide than for alumina with different average sizes. However, for different abrasives with similar average size, the alumina presented a bigger value for the parameter. This bigger value suggests a higher material removal capacity. The results show that test time is responsible for a change in the wear mode. Al2O3 particles presented a lower abrasiveness when compared to B4C particles because the wear coefficient was bigger for B4C after reaching the steady state regime. An increase in abrasive concentration and in test time led to a growth in material volume wear for both abrasives, while an increase in the ball rotation did not provide a significant increase in the material volume removed. The particles and specimen hardness and the abrasives size and angularity were used to discuss the causes of the steady state regime occur at different times for the two abrasives.

O processo de usinagem por hidroerosão é utilizado em bicos injetores do sistema diesel para melhorar seu desempenho a partir do arredondamento do raio de entrada dos canais de injeção por onde escoa o diesel para injeção no motor. A eficiência do processo de usinagem por hidroerosão está relacionada às condições do fluido erosivo utilizado no processo, sendo que a viscosidade desempenha papel fundamental para manutenção da eficiência. O acoplamento das partículas abrasivas com o fluido é afetado pela redução da viscosidade que ocorre durante o processo, influenciando assim a eficiência de remoção de material e trazendo perdas de produtividade para o processo, que se torna mais lento para que se atinja a remoção de material especificada. No trabalho em questão, a eficiência do processo foi avaliada durante 160 horas, utilizando correção da viscosidade do fluido erosivo para manutenção da viscosidade próxima à condição inicial de trabalho. A causa para a redução da viscosidade também foi investigada, a partir da avaliação de uma possível contaminação do fluido erosivo por outros fluidos de menor viscosidade existentes no processo. Após 160 horas de monitoramento aplicando-se correção da viscosidade, observou-se a ocorrência de redução da viscosidade do fluido erosivo de 8,8 % considerando a primeira e a última amostra, além de uma redução na eficiência do processo de apenas 4,2 %, em detrimento a uma redução de 20 % observada em estudo anterior, no qual não houve renovação de partículas e ajuste da viscosidade. A contaminação do fluido erosivo pelo óleo de exame utilizado na estação anterior à de usinagem por hidroerosão se mostrou responsável por 37,5 % da redução da viscosidade do fluido ao longo de 40 horas de trabalho. / Hydroerosive grinding process is used on nozzle injectors for diesel system in order to improve its performance by rounding the internal diameter of the injection channels through which flows the diesel for injection in the engine. The efficiency of hydroerosive grinding process is related to the conditions of the erosive fluid used in the process, for which viscosity has a major role for efficiency maintenance. Coupling between particles and fluid is affected by viscosity decrease along time, thus influencing material removal rate efficiency and causing productivity losses, once cycle time increases to achieve the specified material removal rate. In the present investigation, the process efficiency was evaluated during 160 hours using viscosity correction of the erosive fluid in order to keep viscosity close to its initial work condition. The root cause for viscosity decrease was also investigated through evaluation of possible contamination of the erosive media by lower viscosity fluids existing in the process. After 160 hours of process monitoring with viscosity adjustment, it was observed 8,8 % of viscosity reduction considering the first and the last samples, besides that the material removal rate efficiency decreased only 4,2 % over 20 % decrease observed in a previous study related to hydroerosive grinding process without particle replacement and viscosity adjustment. Contamination of the erosive fluid by measurement oil used in the previous station was responsible for 37,5 % of viscosity decrease along 40 hours of production.

Processos de fabricação que fazem uso de abrasão como modo de remoção de material são discutidos constantemente pela literatura. Entretanto, a abrasividade, ou a capacidade de remoção de material pelos abrasivos pouco tem sido abordada na literatura especificamente para partículas micrométricas. Esta capacidade de remoção pode ser atribuída a variações da concentração, geometria, dureza e distribuição de tamanho das partículas no fluido abrasivo. Logo, um melhor entendimento acerca da abrasividade das partículas faz-se necessário para uma melhor caracterização dos modos e mecanismos atuantes no processo, visto que a seleção do abrasivo é um fator econômico significativo em diversos processos de fabricação, tais como retificação e hidroerosão. Esta dissertação tem por objetivo utilizar-se do ensaio de desgaste por micro abrasão para a avaliação da abrasividade de partículas de alumina e carbeto de boro. Como corpos-de-prova foram utilizadas amostras de aço AISI D2 (677 HRC) e as esferas de 25,4 mm de diâmetro foram de aço AISI 52100 temperado e revenido. Foram realizados ensaios com abrasivos diferentes de tamanhos semelhantes e ensaios com o mesmo abrasivo de tamanhos diferentes para verificar a influência da concentração do abrasivo, da rotação e do desgaste da esfera e do tempo de ensaio. As distribuições de tamanho das partículas foram determinadas através da técnica de difração a laser na forma de distribuição de frequência em volume e na forma de frequência acumulada. Além disso, a caracterização quanto à geometria, por meio do fator SPQ (parâmetro de ponta), foi realizada utilizando um programa computacional desenvolvido no Matlab. As distribuições de tamanho mostraram uma percentagem de volume de partículas finas maior nas amostras de carbeto de boro e uma percentagem de volume de partículas mais grossas superiores para a alumina. O valor de SPQ médio apresentou-se maior para o carbeto de boro do que para a alumina, quando com tamanhos médios diferentes. Porém para os abrasivos diferentes com tamanho médio semelhante, a alumina apresentou um valor maior para o parâmetro. Esse valor maior sugere uma maior capacidade de remoção de material. Os resultados mostraram que a variação do tempo de ensaio é responsável por uma mudança no modo de desgaste e que os abrasivos de Al2O3 apresentam menor abrasividade quando comparados aos abrasivos de B4C, pois o coeficiente de desgaste mostrou-se maior para este após o alcance do regime permanente. Um aumento da concentração do abrasivo e um acréscimo no tempo de ensaio levaram a um crescimento no volume de desgaste do material para ambos os abrasivos, enquanto que um aumento na rotação da esfera de ensaio não proporcionou um aumento significativo no volume de material removido. As durezas das partículas abrasivas e do corpo de prova e o tamanho e a angularidade dos abrasivos são utilizados para discussão das causas do regime permanente ter ocorrido em diferentes tempos para os dois abrasivos. / Manufacturing processes that use abrasion for material removal are constantly discussed in the literature. However, the abrasiveness, or the ability of material removal by particles has not been widely discussed in the literature specifically for micrometric particles. This removal capacity can be attributed to changes in the particle concentration, geometry, hardness and size distribution in the fluid abrasive. Therefore, a better understanding of the particles abrasiveness is necessary for a proper characterization of the modes and mechanisms acting in the process, since the abrasive selection is a significant economic factor in several manufacturing processes, such as grinding and hydroerosive grinding. The purpose of this work is to use the micro abrasion wear test to evaluate the abrasiveness of alumina and boron carbide particles. Samples of AISI D2 steel (677 HRC) and balls with 25.4 mm diameters quenched and tempered AISI 52100 steel were used. Tests were performed with different abrasives of similar sizes and with the same abrasive of different sizes to verify the influence of the abrasive concentration, ball rotation and wear and test time. Particle size distribution was determined by laser diffraction in terms of frequency distribution and cumulative frequency volumes. Moreover, the particle geometry characterization was also determined using the SPQ factor (Spike value) using a Matlab computer program. The size distribution indicated a higher percentage of fine particles for boron carbide and a higher percentage of coarse particles for alumina. The mean SPQ value was higher for boron carbide than for alumina with different average sizes. However, for different abrasives with similar average size, the alumina presented a bigger value for the parameter. This bigger value suggests a higher material removal capacity. The results show that test time is responsible for a change in the wear mode. Al2O3 particles presented a lower abrasiveness when compared to B4C particles because the wear coefficient was bigger for B4C after reaching the steady state regime. An increase in abrasive concentration and in test time led to a growth in material volume wear for both abrasives, while an increase in the ball rotation did not provide a significant increase in the material volume removed. The particles and specimen hardness and the abrasives size and angularity were used to discuss the causes of the steady state regime occur at different times for the two abrasives.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IgorLA_DISSERT.pdf: 5014153 bytes, checksum: b4c50270935571b9e1c875a8c15841c3 (MD5) Previous issue date: 2014-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In machining of internal threads, dedicated tools, known as taps, are needed for each profile type, diameter, and low cutting speed values are used when compared to main machining processes. This restriction in the cutting speed is associated with the difficulty of synchronizing the tool s rotation speed and feed velocity in the process. This fact restricts the flexibility and makes machining lead times longer when manufacturing of components with threads is required. An alternative to the constraints imposed by the tap is the thread milling with helical interpolation technique. The technique is the fusion of two movements: rotation and helical interpolation. The tools may have different configurations: a single edge or multiple edges (axial, radial or both). However, thread milling with helical interpolation technique is relatively new and there are limited studies on the subject, a fact which promotes challenges to its wide application in the manufacturing shop floor. The objective of this research is determine the performance of different types of tools in the thread milling with helical interpolation technique using hardened steel workpieces. In this sense, four tool configurations were used for threading milling in AISI 4340 quenched and tempered steel (40 HRC). The results showed that climb cut promoted a greater number of machined threads, regardless of tool configuration. The upcut milling causes chippings in cutting edge, while the climb cutting promotes abrasive wear. Another important point is that increase in hole diameter by tool diameter ratio increases tool lifetime / Na usinagem de roscas internas, ferramentas dedicadas, conhecidas como machos r?gidos s?o necess?rios para cada tipo de perfil e di?metro, al?m de reduzidos valores de velocidade de corte quando comparado aos principais processos de usinagem. Esta restri??o na velocidade de corte est? associada ? dificuldade de sincroniza??o da rota??o e velocidade de avan?o da ferramenta no processo. O fato restringe a flexibilidade e torna os tempos de usinagem longos diante da manufatura de componentes com roscas. Uma alternativa as restri??es impostas pelos machos r?gidos na usinagem de roscas ? o fresamento com a t?cnica de interpola??o helicoidal. A t?cnica ? a fus?o de dois movimentos: rota??o e interpola??o helicoidal. As ferramentas podem ter diferentes configura??es: uma ?nica aresta ou m?ltiplas arestas (no sentido axial, radial ou em ambos). Contudo, o fresamento de roscas com a t?cnica de interpola??o helicoidal ? relativamente novo e restritas pesquisas existem sobre o tema, fato que promove desafios para sua ampla aplica??o no ambiente de manufatura. O objetivo desta pesquisa ? determinar o desempenho dos diferentes tipos de ferramentas no fresamento de roscas com a t?cnica de interpola??o helicoidal em a?os endurecidos. Neste sentido, quatro ferramentas com diferentes configura??es foram utilizadas para usinagem de roscas em a?o AISI 4340 no estado temperado e revenido (40 HRC de dureza). Os resultados mostraram que a utiliza??o do corte concordante possibilitou a usinagem de um maior n?mero de roscas, independentemente do tipo de ferramenta. A utiliza??o do corte discordante causou avaria de lascamento nas arestas de corte, enquanto que o corte concordante promoveu desgaste abrasivo. Outro ponto relevante ? que o aumento da rela??o di?metro do furo e di?metro da ferramenta possibilitou incremento da vida da ferramenta

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The main objective of this work is the experimental investigation of the effect that the material of the toolholder has on the temperature at tool-chip interface and on the surface temperatures of the cutting tool and toolholder. The study was conducted in dry turning of gray iron with uncoated cemented carbide inserts, using the same cutting parameters. Five toolholders had been confectioned in materials having different thermal conductivity, these being: copper, brass, aluminum, stainless steel and titanium alloy. The toolholders are identical and have the constructive aspects obtained from a commercial toolholder for turning that material. The temperature at the tool-chip interface was measured using the toolworkpiece thermocouple method and the surface temperatures in the tools and the toolholders, by conventional type T thermocouples. The system was modified in order to develop an experimental procedure for the physical compensating of the secondary and parasites thermoelectric signals (emf). Also, modifications was carried out in a conventional tailstock for use in driving the emf signal between the workpiece and a stationary conductor, but without significantly altering the stiffness of the system. The tailstock was electric insulated and a mercury bearing was mounted inside it and their internal connections were turned in reference junctions at room temperature because on otherwise it could act as secondary junctions. The calibration of the tool-workpiece thermocouple was developed in the same experimental apparatus using the modifications implemented in this system. Besides the results obtained with the investigation of the effects of the toolholder material on the surface temperatures of the tool and the tool holder and on the tool-chip interface temperature, this research also presents contributions to the use and performance of the tool-workpiece thermocouple method. / O objetivo principal deste trabalho é a investigação experimental do efeito que o material do porta-ferramenta exerce sobre a temperatura na interface ferramenta/cavaco e sobre as temperaturas superficiais da ferramenta de corte e do próprio porta-ferramenta. O estudo foi desenvolvido com a operação de torneamento cilíndrico externo de ferro fundido cinzento, a seco, com insertos de metal duro, em parâmetros de corte fixos. Cinco portas-ferramentas foram confeccionados em materiais com condutividades térmicas diferentes, sendo esses: cobre, latão, alumínio, aço inoxidável e liga de titânio. Os portas-ferramentas são geometricamente idênticos e têm as características construtivas de um porta-ferramenta comercial próprio ao torneamento daquele material. Mediu-se a temperatura na interface ferramenta/cavaco usando o método do termopar ferramenta-peça e as temperaturas superficiais na ferramenta e nos suportes, por meio de termopares convencionais do tipo T. O sistema termopar ferramenta-peça foi modificado no sentido de se desenvolver um procedimento experimental para a compensação física de forças eletromotrizes secundárias e parasitas. Destaca-se a execução de modificações em uma contra ponta rotativa convencional para o seu uso na condução do sinal da força eletromotriz entre a peça e um condutor estacionário sem, contudo, alterar significativamente a sua rigidez na fixação da peça. Nessas modificações, aplicou-se uma isolação elétrica permanente, implantou-se um mancal de mercúrio no seu interior e promoveu-se mudanças nas suas conexões internas, que poderiam agir como junções secundárias, transformando-as em junções de referência à temperatura ambiente. A calibração do sistema termopar ferramenta-peça foi desenvolvida sobre o próprio aparato experimental usando as modificações implantadas nesse sistema. Os resultados obtidos no trabalho mostram que os materiais usados nos suportes influenciam nas temperaturas superficiais da ferramenta e do porta-ferramenta, porém, que tais materiais não tem efeito significativo sobre as temperaturas da interface ferramenta/cavaco. Além disso, o trabalho apresenta, também, contribuições ao uso e calibração do método do termopar ferramenta-peça. / Doutor em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / During machining, high temperatures are generated in the region of the tool cutting edge, and these temperatures have a controlling influence on the wear rate of the cutting tool and on the friction between the chip and the tool. However, direct measurement of temperature using contact type sensors at the tool-work interface is difficult to implement due to the rotating movement of the workpiece and the presence of the chip. Therefore, the use of inverse heat conduction techniques represents a good alternative since these techniques takes into account temperatures measured from accessible positions. This work proposes a new experimental methodology to determine the thermal fields and the heat generated in the chiptool interface during machining process using inverse problems techniques. This work develops a numerical 3-D transient thermal model that takes into account both the tool and toolholder assembly. The thermal model represents the direct problem and is solved using finite volume techniques on a non uniform mesh. The related inverse problem is solved by using the golden section technique. The experimental data and inverse technique are processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux estimation in manufacturing processes called INV3D. An error analysis of the results and the experimental procedures to determine the cut area and the tool holder temperature are also presented. Besides the machining problem, INV3D is also able to solve different thermal problems. As an example of its generality, this work also presents an application of this software in the thermal fields study during a welding process. / Durante a usinagem de metais, altas temperaturas são geradas na interface de cavacoferramenta. Essas temperaturas, por sua vez, têm forte influência no controle da taxa de remoção de material e no atrito entre o cavaco e a ferramenta de corte. Observa-se, entretanto que a medição direta de temperaturas nessa região é de difícil execução devido ao movimento da peça e a presença do cavaco. Assim, o uso de técnicas inversas em condução de calor se apresenta como uma boa alternativa para a obtenção dessas temperaturas uma vez que essas técnicas permitem o uso de dados experimentais obtidos em regiões acessíveis. Este trabalho propõe uma nova metodologia experimental para a determinação dos campos térmicos e do fluxo térmico gerado em ferramentas de corte durante um processo de torneamento. Uma das inovações apresentadas é o desenvolvimento de um modelo térmico tridimensional transiente que considera além da ferramenta de corte, o conjunto ferramenta, calço e porta-ferramenta. O problema direto é então resolvido numericamente usando-se diferenças finitas a partir de uma malha de discretização não uniforme. O problema inverso, por sua vez, é resolvido por meio da técnica de otimização da seção áurea. Para a solução dos problemas envolvidos, desenvolveu-se um código computacional específico, denominado INV3D. O programa INV3D contém ainda uma série de funções que auxiliam na aquisição dos dados experimentais, na geração da malha tridimensional e na análise em ambiente gráfico. O trabalho apresenta também os procedimentos experimentais usados na medição das temperaturas na ferramenta, calço e porta-ferramenta e na identificação da área de interface de corte. Os resultados obtidos são validados por meio de experimentos controlados em laboratório e de análises qualitativas. Além do problema de usinagem investigado, como exemplo da generalidade do Inv3D na solução de problemas térmicos, apresenta-se também uma aplicação deste software no estudo de campos térmicos decorrentes de um processo de soldagem TIG em alumínio. / Doutor em Engenharia Mecânica

O fresamento do aço inoxidável austenítico é um processo importante para a produção de peças em que se deseja alta resistência mecânica e à corrosão. No entanto, a usinagem desse material representa um desafio por suas características adversas ao corte. A alta taxa de encruamento e a alta dureza relativa fazem-no resistente ao corte, podendo gerar vibrações em diferentes faixas de frequência. Uma técnica importante ao processamento de sinais de vibração é a Transformada de Wavelet que permite analisar diferentes frequências do sinal através da subdivisão em aproximações e detalhamentos. Neste trabalho analisaram-se vibrações em alta e baixa frequência geradas no fresamento frontal do aço inoxidável austenítico AISI 316 a partir de sinais de força, coletados por meio de um dinamômetro piezelétrico e processados via Transformada de Wavelet Discreta. Também se fez a investigação dos perfis de rugosidade, dos parâmetros de rugosidade média (Ra) e média parcial (Rz) e das ondulações gerados na superfície fresada. Nos ensaios, foram utilizados insertos com três raios de ponta distintos, hastes da fresa com três diferentes comprimentos em balanço e foram variadas a rotação do eixo-árvore e a profundidade de corte axial em três níveis cada, totalizando 81 combinações de parâmetros. Constatou-se que a profundidade de corte representou a maior influência na vibração. Na usinagem com rotações abaixo do valor mínimo recomendado pelo fabricante (1600 rpm), houve dificuldades na formação e remoção do cavaco. A modificação do raio de ponta influenciou mais a vibração em pequenas profundidades de corte ou em zonas próximas às condições de instabilidade. O comprimento da haste mostrou comportamentos diferentes para a vibração, podendo estar relacionado com a mudança das frequências naturais do sistema e também pode definir entrada em regime instável. Verificou-se correlação do detalhamento (D1) da força resultante (vibração em altas frequências) com o parâmetro Ra para condições de vibrações intensas (maiores amplitudes), mas em regime estável. Assim, o parâmetro D1 pode ser utilizado na detecção de vibrações chatter no processo de fresamento frontal do aço inoxidável AISI 316. / The milling of austenitic stainless steel is important process for the production of part that require mechanical and corrosion resistance. However, the machining of this steel represents a challenge by its adverse features. The high hardening rate and the high relative hardness make it resistant to cutting and can generate vibrations in different frequency ranges. An important technique for the processing of vibration signals is the Wavelet Transform that allows the analysis of different signal frequencies through the subdivisions into approximations and details. In this work, high and low frequency vibration generated in end milling of AISI 316 stainless steel were analyzed from force signals collected through a piezoelectric dynamometer and processed via Wavelet Discrete Transform. Besides, the roughness profiles were investigated, as well as average (Ra) and partial mean (Rz) roughness parameters, and waviness generated on the milled surface. Three different insert nose radius, end mill tool lengths, depths of cut and spindle speeds were used in the experiments, totaling 81 combinations of parameters. It was found that depth of cut represented the greatest influence on vibration. In end milling with spindle speed below the minimum recommended by the tool manufacturer (1600 rpm) it occurred difficulties in the chip formation and removal. The modification of tool nose radius greater influenced the vibration at small depths of cut or in regions close to the stability limit. The end mill tool length showed different behaviors for the vibration, which may be related to the change of natural frequencies of the mechanical system and may also define an unstable state. The correlation of detail (D1) of the resulting force (vibration at high frequencies) with the parameter Ra for intense vibration conditions (larger amplitudes) was verified, but in stable state. Thus, D1 can be used for detecting chatter in end milling process of AISI 316 stainless steel.

Additive manufacturing (AM), or 3D printing, is a manufacturing method where components are produced by successively adding material to the product layer by layer, unlike traditional machining where material is subtracted from a workpiece. There are advantages and disadvantages with both methods and it can be a complex problem to determine when one method is preferable to the other. The purpose of this study is to develop a decision support model (DSM) that quickly guides the end user in selecting an appropriate method with regards to production costs. Information is gathered through a literature study and interviews with people working with AM and CNC machining. The model takes into consideration material selection, size, times, quantities, geometric complexity, post-processing and environmental aspects. The DSM was formulated in Microsoft Excel. The difference in costs between each method in relation to quantity and complexity was made and compared to the literature. The AM model is verified with calculations from the Sandvik Additive Manufacturing. The margin of error is low, around two to six percent, when waste material isn’t included in the calculations. Unfortunately, verification of the CNC model hasn’t been performed due to a lack of data, which is therefore recommended as future work. The conclusion of the study is that AM will not replace any existing manufacturing method anytime soon. It is, however, a good complement to the metalworking industry, since small, complex parts with few tolerances benefits from AM. An investigation of existing solutions/services related to the study was also performed with the ambition that the DSM can complement existing solutions. It was found that while there are many services that helps companies with implementing AM through consulting, few provides any software to assist the company. Regarding the question if AM is profitable for certain products, only one software fulfilled that demand, though it didn’t provide any actual costs. The DSM therefore fills a gap among the existing services and software. / Additiv tillverkning (AM), eller 3D-printing, är en tillverkningsmetod där komponenter produceras genom att succesivt addera material till produkten lagervis, till skillnad från skärande bearbetning där material subtraheras från ett arbetsstycke. Det finns fördelar och nackdelar med respektive metod och det kan vara ett komplext problem att avgöra när den ena metoden är att föredra framför den andra. Syftet med denna studie är att utveckla en beslutstödjande modell (DSM) som hjälper användaren välja lämplig metod med avseende på produktionskostnader. Information inhämtas genom en litteraturstudie samt intervjuer med personer som arbetar med AM och skärande bearbetning. Modellen tar hänsyn till material, storlek, tider, geometrisk komplexitet, efterbearbetning och miljöeffekter. Den beslutstödjande modellen skapades i Microsoft Excel. Skillnaden i pris mellan respektive tillverkningsmetod beroende på antal och komplexitet jämfördes mot litteraturstudien. Modellen för AM verifieras med hjälp av kostnadskalkyler från Sandvik Additive Manufacturing. Felmarginalen är förhållandevis låg på cirka två till sex procent när spillmaterial inte tas hänsyn till. Tyvärr har modellen för skärande bearbetning inte verifieras på grund av en brist på data, vilket därför rekommenderas som fortsatt arbete.  Slutsatsen är att AM inte kommer ersätta någon nuvarande tillverkningsmetod. Det är dock ett bra komplement till metallindustrin eftersom små, komplexa komponenter med få toleranskrav gynnas av AM. En undersökning över nuvarande tjänster relaterat till studien genomfördes med ambitionen att utreda om den beslutstödjande modellen kompletterar dessa. Resultatet av undersökningen visar att medan det finns många konsulttjänster som hjälper ett företag implementera AM så är det få som erbjuder någon form av mjukvara. Gällande frågan om AM är lönsam för vissa produkter så var det bara en mjukvara som kunde besvara den, dock utan att visa några kostnader. Den beslutstödjande modellen framtagen i denna studie fyller därmed en funktion bland nuvarande tjänster och mjukvaror.

As operações de usinagem viabilizam a construção de máquinas e equipamentos que proporcionam a manutenção do bem estar da sociedade e a sua evolução. Com o estudo das tecnologias e a adequação dos sistemas de produção ao paradigma desenvolvimento sustentável, é possível discutir as operações de corte com ferramentas de geometria definida e oferecer suporte ao desenvolvimento destes processos nas pequenas e médias empresas (PME). Estas unidades do sistema produtivo estão sujeitas ao rigor do mercado e suas transformações, devendo ter condições de oferecer respostas à altura de sua função. O acesso ao conhecimento e à tecnologia leva ao fortalecimento da empresa através dos ganhos de competência e competitividade. A tecnologia proporciona condições de maior produtividade, qualidade e controle dos processos e o novo paradigma de produção conduz à eliminação dos impactos ambientais, racionalização e redução do consumo de recursos não renováveis, para a preservação e manutenção do planeta e seus sistemas naturais. No trabalho desenvolvido na presente pesquisa foi possível conhecer e avaliar as instalações e corpo técnico de onze empresas (PME), com processos de usinagem, no município de São Carlos, São Paulo. A organização dos dados permite a construção de um cenário onde são evidenciados potenciais e carências. Na etapa seguinte foi eleito um processo, em uma das empresas, que recebeu intervenções para melhor desempenho nos aspectos econômico, social e ambiental. Os resultados alcançados permitem que se faça projeções de ganhos para todo o parque industrial estudado. O mecanismo de apoio às pequenas e médias empresas em uma avaliação final sugere um salto de qualidade, referendando o modelo que pode ser facilmente reproduzido. / Machining operations make possible the construction of machines and equipment which provide the maintenance of society welfare and its evolution. Studying the technology directions and the production systems adequacy to the sustainable development paradigm enables the discussion of machining and the fostering of the processes at the small and medium-sized enterprises (SME). Because of the vulnerability to the market and its transformations these companies should have conditions to respond to the demands at the importance level of their function. The access to the knowledge and technology brings a gain in competence and competitiveness. Technology provides conditions for higher productivity, quality and processes control, as well as the new production paradigm leads to the elimination of the environmental impacts, rationalization and reduction in the use of non renewable materials preserving and maintaining the planet’s natural systems. In this research it was possible to know the facilities and the technical staff of eleven metalworking companies (SME), in São Carlos city, São Paulo state. The gathered data allows to draw a portrait that puts in evidence the potentials and deficiencies. On a next stage a specific machining operation was chosen to be improved in the economic, social and environmental aspects. The achieved results allow projections of gains in the industrial park. In a final evaluation of the small and medium-sized enterprises support mechanism it suggests a quality improvement assuring the availability of the model that is easily reproducible.

Esta tese teve por objetivo desenvolver um algoritmo preciso e robusto capaz de compensar os erros térmicos volumétricos de um centro de usinagem 5 eixos em diferentes condições operacionais. O comportamento térmico da máquina foi modelado usando técnicas do método dos elementos finitos (MEF) com base na teoria do calor de atrito e calor de convecção, e validadas através dos vários campos de temperatura obtidos experimentalmente usando termopares e imagens térmicas. Os principais subsistemas da máquina foram inicialmente modelados, como o conjunto de fusos de esferas, guias lineares e motofuso, o que permitiu posteriormente a validação do comportamento termoelástico da máquina completa para onze ciclos de trabalho em vazio, seis ciclos de usinagem, nove ciclos de posicionamento e dois ciclos com temperatura ambiente variando, obtendo erros máximos inferiores a 9%, ao comparar os resultados numéricos com os resultados experimentais. A validação do modelo em elementos finitos permitiu usar os resultados obtidos para treinar e validar uma rede neural artificial (RNA) para prever os erros térmicos do centro de usinagem. Os desvios entre os erros térmicos previstos pela RNA e os calculados pelo MEF foram inferiores a 5%. Baseado nos resultados obtidos pelas medições das peças de trabalho usinadas foi possível formular e implementar um modelo de compensação dos erros térmicos no CNC do centro de usinagem, que obteve uma redução dos erros entre 62% e 100% nas peças usinadas com compensação. Foi também proposto um algoritmo de previsão e compensação dos erros térmicos para o centro de usinagem, baseado em todos os ciclos e simulações realizadas, e que se comparando com os resultados experimentais mostrou-se capaz de reduzir os erros térmicos entre 50% e 95%. Após sua validação, foi possível concluir que o algoritmo desenvolvido é uma ferramenta precisa e robusta para compensar os erros térmicos da máquina para várias condições de trabalho, podendo compensá-los mesmo com esta movendo-se a diferentes velocidades, em usinagem ou mesmo operando em temperatura ambiente variável. / This thesis aims to develop an accurate and robust algorithm capable of compensating the volumetric thermal errors of a 5-axis machining center under different operating conditions. The thermal behavior of the machine was first modeled using finite element method (FEM) techniques based on theory of friction heat and convection heat, and validated with the various experimentally raised temperature fields using thermocouples and thermal imaging. The main machine subsystems were initially modeled, such as the ball screw system, linear guides and spindle, which allowed for validating of the thermoelastic behavior of the entire machine for eleven no load duty cycles, six cycles of machining, nine cycles of positioning and two cycles with varying ambient temperature, obtaining errors lower than 9%, when comparing the numerical results with the experimental results. The validation of the finite element model allowed for the use of the results obtained to train and validate an artificial neural network (ANN) for predicting the thermal errors of the machining center. The deviations between the thermal errors predicted by ANN and the FEM simulation results were less than 5%. Based on the results obtained by the measurements of the machined workpieces, it was possible to formulate and implement a model of compensation of the thermal errors in the CNC of the machining center, which obtained a reduction of errors of 62% and 100% of the machined parts with compensation. It was also proposed a thermal error prediction and compensation algorithm for the machining center, based on all cycles and simulations performed, and that, comparing with the experimental results, it was able to reduce the thermal errors between 50% and 95%. After its validation, it was possible to conclude that the developed algorithm is an accurate and robust tool to compensate the thermal errors of the machine for various duty conditions, being able to compensate the errors even when it is moving at different speeds, in machining process or even operating in variable ambient temperature.