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
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/14729 |
| Date | 28 July 2005 |
| Creators | Carvalho, Solidônio Rodrigues de |
| Contributors | Guimarães, Gilmar, Abrão, Alexandre Mendes, Orlande, Helcio Rangel Barreto, Silva, Márcio Bacci da, Miranda, Ricardo Fortes de |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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