Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-05-19T04:05:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2014 / No processo de brochamento helicoidal é empregada uma única ferramenta especializada que, em um ciclo de usinagem, realiza o desbaste, o semi-acabamento e o acabamento, tornando o processo altamente produtivo e atrativo sob o ponto de vista da produção em massa. Em vista disto, este processo figura entre os principais processos de fabricação na indústria manufatureira de produção seriada, tipicamente a indústria automotiva. A excelente produção econômica, característica essencial do brochamento, possibilita o emprego da brocha helicoidal, apesar de ser esta uma ferramenta de elevado custo. Assim, se bem projetada, fabricada corretamente e utilizada dentro das especificações, permite um ótimo retorno do investimento. Brochas helicoidais possuem, entretanto, características geométricas complexas que influenciam diretamente no rendimento do processo. Neste sentido, para que haja um dimensionamento correto da ferramenta, é necessário um conhecimento preciso sobre os esforços que agem sobre a ferramenta. O conhecimento destes esforços, tanto simulados quanto experimentais, constituem o objetivo principal deste trabalho. Com vistas à obtenção de valores de tensão, tração e torque sobre a brocha helicoidal foi utilizado um torno CNC adaptado para realizar ensaios de brochamento onde mediram-se as componentes da força de usinagem. Para realização destes ensaios foram empregadas 6 brochas de aço-rápido M2, sendo 3 delas revestidas com TiN e 3 sem revestimento. Foram utilizados o aço ABNT 1020 e o aço ABNT 1040 como corpos-de-prova. Não utilizaram-se meios lubrirefrigerantes. Os resultados obtidos foram então aplicados na elaboração de diferentes modelos para prever a força de corte. Paralelamente aos ensaios, um estudo detalhado sobre a geometria e cinemática da brocha helicoidal foi elaborado em conjunto com uma análise de tensões utilizando-se o método dos elementos finitos (MEF). Conhecidas a geometria e a cinemática do processo empregaram-se diferentes metodologias para modelar a força de corte nos gumes atuantes. Para a modelagem da força de corte foram utilizadas quatro metodologias distintas: a equação de Kienzle com emprego de dados obtidos na literatura, a equação de Kienzle utilizando dados obtidos nos ensaios realizados, um modelo de força obtido por regressão múltipla e um modelo de força que empregou redes neurais artificiais. A metodologia que apresentou menor dispersão do erro foi a que empregou redes neurais artificias seguida pela metodologia que empregou regressão múltipla. Ao fim do trabalho foi possível verificar a influência do atrito nos flancos secundários da brocha e pode-se validar o emprego das metodologias empregadas para simular os esforços no brochamento helicoidal.<br> / Abstract : A single tool is employed in the helical broaching process, which performs roughing, semi-finishing and finishing in each machining cycle. It makes the process highly productive and attractive from the standpoint of mass production. In view of this, the process ranks among the main manufacturing processes employed in the manufacturing industry of high volume production lines, typically the automotive industry. The excellent cost-efficient production is an essential characteristic of the broaching process and allows the employment of helical broach in spite of its high-cost. Thus, if the tool is well designed, properly manufactured and oper-ated within the technical specifications, it allows a great return on invest-ment. However, helical broaches have complex geometrical characteris-tics that influence directly on the process yield. In this sense, in order to obtain a correct dimensioning of the tool, a precise knowledge of the forces acting on it is necessary. Knowledge of these forces, both simulated and experimental, are the main goal of this work. With a view to obtaining stress, traction and torque values on the broach an adapted CNC turning was used to perform the broaching tests with the measurement of the cut-ting force components. Six tools made from high-speed steel AISI M2 were employed to perform the experiments, three of which coated with TiN and three without coating. Steel ABNT 1020 and ABNT 1040 were used to fabricate the workpieces. The experiments were carried out with-out coolant. The results obtained were applied to the development of dif-ferent models to predict the cutting force. In parallel with the experiments, a detailed study regarding the geometry and cinematic of the helical broach was conducted along with a stress analyses using the finite element method (FEM). Knowing the geometry and the process kinematics, dif-ferent methodologies were employed to model the cutting force on the active cutting edge. Four distinct methodologies were employed to mod-eling the cutting forces: Kienzle equation using data from the literature, the Kienzle equation employing the data obtained with the experiments, a model obtained from multivariable regression and a model that em-ployed artificial neural networks. The methodology who resulted lower error dispersion was artificial neural networks followed by the methodol-ogy employed multiple regression. At the end of this work it was possible to verify the influence of the friction at the secondary flanks of the broach and to evaluate the adequacy of each methodology employed to simulate the forces on the helical broaching.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/132961 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Gonçalves, Daniel Amoretti |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Schroeter, Rolf Bertrand |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 234 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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