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Previous issue date: 2009 / Este trabalho estuda o sistema de amplificação de onda de uma máquina de usinagem por
abrasão ultrassonora por meio de modelos de elementos finitos implementados nos programas
computacionais MSC Patran e ANSYS. O sistema é constituído por um amplificador fixado ao
gerador de ondas de 20 kHz, um amplificador intercambiável de perfil exponencial (sonotrodo) e
uma ferramenta que atua nas partículas abrasivas contra a superfície do material a ser usinado.
Neste estudo, considera-se uma ferramenta de casca e miolo cilíndricos, com aproximadamente 60
g e 25 mm de comprimento, que permite a obtenção de estruturas monolíticas de quartzo usadas
como sensores de pressão em ambientes severos. O comportamento do sistema de amplificação foi
analisado em relação às frequências naturais de vibração (análise modal) e à amplitude na
extremidade da ferramenta (análise harmônica). Para permitir agilidade e rapidez no processamento
dos modelos, mostrou-se inicialmente que a simetria axial do conjunto sonotrodo-ferramenta
poderia ser empregada na concepção dos modelos numéricos. A consistência dos modelos
numéricos do sistema de amplificação foi verificada por meio da determinação analítica e numérica
das frequências naturais dos modos longitudinal, torcional e transversal de uma viga cilíndrica
modelizada na condição de contorno engastado-livre. Optou-se também por otimizar o número de
elementos dos modelos e de restringir os modos de vibração indesejáveis. A partir do cálculo das
primeiras frequências naturais do modo longitudinal de modelos concebidos com diferentes ligas de
titânio, verificou-se que a frequência do terceiro harmônico de um dos modelos (19.74 kHz)
encontra-se 0,5 % acima da frequência de operação do sistema de amplificação do equipamento. As
análises harmônicas mostraram que o sistema de amplificação composto pelo sonotrodo de perfil
exponencial opera no terceiro harmônico do modo longitudinal com um fator de amplificação de
oito vezes. Diante desses resultados, conclui-se que os tempos excessivos de usinagem
anteriormente vivenciados na obtenção de protótipos dos sensores de pressão, com o sistema de
amplificação em estudo, não podem ser atribuídos à amplificação da onda mecânica na extremidade
da ferramenta. Os longos períodos de usinagem podem estar relacionados à defasagem observada
entre a frequência nominal do equipamento e a frequência de operação do sistema (19.65 kHz),
causada pela grande massa da ferramenta. Em função desses resultados, um novo perfil de
sonotrodo foi proposto de tal forma que o sistema de amplificação modelizado apresentasse
frequência natural de 20 kHz e com mesmo nível de amplificação. A análise harmônica deste novo
modelo, constituído por um sonotrodo de perfil cônico composto, também serviu para verificar que
a distribuição das tensões ao longo do sistema de amplificação não excede, segundo o critério de
Von Mises, a tensão de escoamento da liga de titânio considerada quando o mesmo é excitado com
uma carga estática de 25 N
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/5357 |
| Date | 31 January 2009 |
| Creators | Sinderlan dos Santos, Francisco |
| Contributors | Luiz Guzzo, Pedro |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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