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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais A retificação destina-se à fabricação de componentes que exigem combinação entre tolerâncias dimensionais e geométricas estreitas. Dentre as suas peculiaridades, grande quantidade de calor é conduzida para a peça durante o processo com rebolos de abrasivos convencionais, de forma que a utilização de fluido de corte é fundamental. Contudo, dada a atual conjuntura mundial no que diz respeito aos processos de fabricação sustentáveis, é importante buscar alternativas para reduzir o consumo de fluidos de corte. Dentre algumas alternativas, a técnica de mínima quantidade de lubrificante (MQL) se destaca, embora ainda apresente algumas limitações, tais como a dificuldade em reduzir as temperaturas de corte e a tendência de empastamento do rebolo, principalmente quando utilizado óleos com alta viscosidade. Por esta razão, várias tentativas para aumentar a eficiência da técnica MQL têm sido realizadas, com destaque para a adição de partículas sólidas nos óleos. Os resultados têm se mostrado promissores por proporcionarem aumento da capacidade de refrigeração dos fluidos de corte e melhores condições tribológicas no processo de retificação. Neste sentido, este trabalho visou analisar o desempenho do processo de retificação plana tangencial do aço endurecido SAE 52100 com rebolo convencional de óxido de alumínio (Al2O3) sob diferentes condições de corte e de lubri-refrigeração, incluindo dois tipos de fluidos de corte (semissintético e sintético) e duas técnicas de aplicação, convencional e MQL, como também diferentes concentrações de grafeno disperso nos fluidos. As variáveis utilizadas para avaliar o desempenho do processo foram a rugosidade e imagens da superfície retificada, microdureza e microestrutura abaixo da superfície usinada, potência elétrica, energia específica e temperatura na região de corte. Os resultados mostraram que a técnica MQL proporcionou resultados semelhantes e em alguns casos até melhores que a técnica convencional em termos de acabamento e variações de microdureza abaixo da superfície retificada. O desempenho do grafeno se mostrou fortemente dependente da concentração e do tipo de fluido, e os melhores resultados em termos de acabamento foram constatados com a combinação entre a menor concentração de grafeno e o fluido semissintético. Além disso, a adição de grafeno no fluido de corte contribuiu positivamente para os resultados de microdureza, microestrutura e temperatura na região de corte. Grinding aims to provide combination of tight dimensional and geometric tolerances to a given component. Among its characteristics, great amount of heat is conducted to workpiece during the process, especially when using conventional abrasive grinding wheels, so the use of cutting fluid is indispensable. However, due to current worldwide policy regarding sustainable machining processes, it is important to search for alternatives to reduce the consume of coolants. Among some alternatives, the minimum quantity lubrication (MQL) technique stands out, although presents some limitations in grinding process such as its poor efficiency in reducing cutting temperatures and the tendency of grinding wheel clogging, especially when using high viscosity oils. For this reason, many attempts to improve the efficiency of the MQL technique have been carried out, highlighting the addition of solid particles in the oils. It has been reported that solid particles dispersed in coolants can improve cooling capacity of coolants and provide better tribological conditions during grinding, thereby improving grinding performance. In this context, this work aims to analyze the performance of surface grinding of SAE 52100 hardened steel with conventional alumina grinding wheel under different cutting and cooling-lubrication conditions, including two types of cutting fluids (semisynthetic and synthetic) delivered via conventional (flood) and MQL technique, as well as different graphene concentrations dispersed in the fluids. The output variables used to assess the grinding performance were the surface roughness and images of ground surface, microhardness and microstructure beneath machined surface, electric power, specific energy and cutting region temperature. The results showed that grinding with the MQL technique provided similar or even better results in comparison to the conventional technique, especially with respect to surface finishing and microhardness variation beneath machined surface. Also, the graphene performance showed to be strongly dependent on its concentration and fluid type, and the best results in terms of surface finishing were observed after grinding with combination of lowest graphene concentration and semisynthetic cutting fluid. Furthermore, the addition of graphene in the cutting fluid positively affected the microhardness, microstructure and cutting region temperature results. Tese (Doutorado) 2024-02-20

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nos últimos anos as indústrias automobilísticas têm buscado implantar na linha de produção a fabricação de motores com maiores pressões na câmara de combustão, portanto, mais eficientes e menos poluentes, a fim de se manterem competitivas no mercado. Para tanto elas procuram utilizar motores mais leves, em função das menores espessuras de parede, conquistado assim um espaço no cenário industrial, de forma a enfrentar à concorrência global. Devido às suas boas propriedades mecânicas e térmicas, o ferro fundido cinzento é utilizado na fabricação de bloco e cabeçote de motores de combustão, pois apresenta características como baixo custo de fabricação e boa usinabilidade devido, principalmente, à grande quantidade de grafita livre em sua microestrutura, boa absorção de vibrações e boa estabilidade dimensional, que passão a ser fundamentais na aplicação destes materiais em peças automotivas. Porém, esta classe de material apresenta um limite de resistência mecânica menor que alguns outros tipos de ferros fundidos, como o vermicular ou Compacted Graphite Iron (CGI). Uma maneira de melhorar o desempenho dos motores de ferro fundido cinzento é aumentar a resistência mecânica desta classe de material. O presente trabalho objetiva avaliar a usinabilidade do ferro fundido de alta resistência, classe FC 300 (FC 300 (Mo+RG)), com adição de molibdênio e refino de grafita, para aplicação em cabeçotes de motores, em comparação com materiais já utilizados para este fim: ferro fundido cinzento FC 250 (FC 250), ferro fundido cinzento FC 300 ligado ao molibdênio (FC 300 (Mo)) e o ferro fundido vermicular da classe FV 450 (CGI). A usinabilidade foi avaliada por ensaios de vida da ferramenta, potência de usinagem e temperatura de corte no processo de fresamento frontal, operação muito utilizada na fabricação de cabeçotes de motores, a seco, com duas geometrias de ferramentas de metal duro, quando também foi medida a rugosidade superficial. Foram variadas duas faixas de velocidades de corte (vc) = 230 e 350 (m/min) e de avanço por dente (fz) = 0,1 e 0,2 (mm/dente) e a profundidade de corte foi mantida constante em (ap) = 1 (mm). Entre os materiais investigados, o ferro fundido FC 300 (Mo+RG) apresentou piores índices de usinabilidade, resultado da sua maior resistência mecânica e dureza dentre os ferros fundidos cinzentos. Quanto ao acabamento superficial, no início dos testes de vida (sem considerar o desgaste da ferramenta), e empregando a maior velocidade de corte, ele apresentou os melhores resultados, mas na menor velocidade de corte os piores. In recent years, the automotive industry has sought to implement in the production line engines with higher combustion chamber pressures, therefore, more efficient and less polluting, in order to remain competitive in the market. For this purpose, they try to use lighter engines with smaller wall thicknesses, thus conquering a space in the industrial scenario, aiming the global competition. Due to its mechanical and thermal properties, gray cast iron is used in the manufacturing of blocks and heads of combustion engines, as they possess characteristics such as low manufacturing cost and good machinability mainly because of the large amount of free graphite in its microstructure, good damping and dimensional stability, which become fundamental in the application of these materials in automotive parts. However, this material has lower mechanical strength than some other types of cast irons, such as the Compacted Graphite Iron (CGI). One way to improve the performance of gray cast iron engines is to increase its mechanical strength. The present work aims to evaluate the machinability of high strength gray cast iron FC 300 grade (FC300(Mo+RG)), with graphite refinement and alloyed with molybdenum, for application in cylinder heads, in comparison with materials already used for this purpose: gray cast iron FC 250 (FC250), gray cast iron FC 300 alloyed with molybdenum (FC300(Mo)) and compacted graphite iron FV 450 (CGI). The machinability was evaluated by tool life trials in the dry face milling process, an operation frequently used in the manufacturing of cylinder heads, with two carbide tool geometries, and the surface roughness was also measured. Two levels of cutting speeds (vc) = 230 and 350 (m/min) and feed rates (fz) = 0,1 e 0,2 (mm/tooth) were used. The depth of cut was kept constant at (ap) = 1 (mm). Among the evaluated materials, the FC300(Mo+RG) cast iron presented the worse machinability indexes, as a result of its higher mechanical strength and hardness. As for the surface finishing, at the beginning of the tool life tests (without considering the wear of the tool), at the highest cutting speed, presented the best results, but at the lowest cutting speed the worst. Tese (Doutorado)

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais The nickel-based superalloys have a high mechanical strength which remains at elevated temperature, high creep and fatigue resistances and excellent oxidation resistance. This makes these alloys highly recommended for use in high temperature working environments such as mechanical components for the aerospace industry. However, these characteristics are major problems when machining them, as it promotes high heat generation in the flow zone, resulting in the development of high wear rates on the cutting tools. In order to reduce the problems caused by the high temperatures generated, the application of a cutting fluid, when possible, is essential to reduce friction at the chip-tool-workpiece interfaces and lower the temperatures in the cutting zone. Seeking to further increase in the efficiency of cutting fluids during machining of nickel alloys, this work presents a study of the influence of solid lubricants, graphite and molybdenum disulphide (MoS2) mixed to a vegetal based cutting fluid, applied by conventional method (flooding) and minimal quantity of fluid - MQF in turning of Inconel 718 with carbide and ceramic (mixed, whisker and SiAlON) tools. When turning with cemented carbide tools the addition of graphite to the cutting fluid provided the best results, while with ceramic tools MoS2 presented the best performance. The life of the carbide tool had an average increase above 200% in conventional flooding application of cutting fluid when compared to MQF, regardless the addition of solid lubricant. The addition of solid lubricants promoted an increase in the life of whisker and SiAlON tools. The flank wear was dominant for cemented carbide tools and SiAlON ceramics, while for whisker and mixed ceramics the notch wear was predominant. Attrition and diffusion wear mechanism were observed in all evaluated conditions. The addition of solid lubricant to the cutting fluid provided significant improvements in the surface roughness values for most of the evaluated conditions. However, there were no significant changes in the machining forces and cutting temperature. The residual stress was tensile and compression, depending on the fluid application method. Overall, the addition of solid lubricant showed no significant differences. As superligas à base de níquel apresentam alta resistência mecânica que se mantém em elevadas temperaturas, altas resistência à fluência e à fadiga e excelente resistência a oxidação. Isso torna estas ligas altamente recomendadas para utilização em ambientes que trabalham a altas temperaturas, como por exemplo na fabricação de componentes mecânicos para a indústria aeroespacial. Entretanto, esta característica representa um grande problema quando elas são usinadas, pois promove elevada geração de calor na zona de fluxo, implicando no desenvolvimento de altas taxas de desgaste da ferramenta de corte. A fim de reduzir os problemas causados pelas altas temperaturas geradas, a aplicação de um fluido de corte, quando possível, é essencial, proporcionando redução do atrito na interface cavaco-ferramenta-peça e menores temperaturas na zona de corte. Na busca de aumentar ainda mais a eficiência dos fluidos de corte na complexa usinagem das ligas de níquel, este trabalho apresenta um estudo da influência dos lubrificantes sólidos grafite e bissulfeto de molibdênio (MoS2) misturado a um fluido de corte de base vegetal, aplicados pelo método convencional (jorro) e mínima quantidade de fluído MQF, no torneamento do Inconel 718, com ferramentas de metal duro e cerâmicas (mista, whisker e SiAlON). No torneamento com ferramentas de metal duro a adição de grafite ao fluido de corte proporcionou os melhores resultados, enquanto que no torneamento com ferramentas cerâmicas, foi o MoS2 que apresentou melhor desempenho. A vida da ferramenta de metal duro teve um incremento acima de 200% na usinagem convencional (jorro) quando comparado com a usinagem por MQF, sem considerar a adição do lubrificante sólido. A adição de lubrificantes sólidos promoveu um incremento na vida das ferramentas whisker e SiAlON. O desgaste de flanco foi predominante para as ferramentas de metal duro e cerâmica SiAlON, enquanto que nas cerâmicas whisker e mista o desgaste de entalhe foi predominante. Os mecanismo de desgaste de attrition e difusão foram observados em todas as condições avaliadas. A adição de lubrificante sólido ao fluido de corte proporcionou melhorias significativas nos valores da rugosidade para a maioria das condições avaliadas. No entanto, não se observou mudanças significativas nas forças e temperatura de usinagem. As tensões residuais foram de tração e compressão, dependendo do método de aplicação do fluido. No geral, a adição do lubrificante sólido não apresentou diferenças significativas. Doutor em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais The main objective of the present work is to study the effect of the input variables: mechanical properties of the workpiece (tensile strength, hardness and elongation) and cutting conditions (cutting speed, feed rate, depth of cut and lubri-cooling system) over the output variables: cutting forces, power consumption, cutting temperature, surface roughness (Ra, Rz and Rq parameters) and toolholder vibration in turning of aluminum alloys: 1350-O, 6082-T4, 6262-T6,7075-T73 e 7075-T6. This set of alloys covers a large range of properties of the aluminum alloys. A 2k factorial planning and a Central Composite Design (CCD) were used to determine the machining test conditions. After ANOVA and Regression analysis of the results, 2nd order models were generated, relating the input and the output variables for each aluminum alloy and also globally (considering the properties of the alloys). Surface Response Method SRM, level curves and gradient vector generated after the models were used to present and analyze the influence of the input variables and their interactions on the output parameters. Validated models used in a multi-response optimization process (genetic algorithm) identified the levels of the input variables that simultaneously optimize all the output parameters. The most important contribution of this work on the machining of aluminum alloys lies on its efficiency of describing the behavior of each machining characteristic (output variable) as a function of the input variable interactions within the range studied. Many researches on machining of aluminum alloys describe, in an isolated form, the behavior of the machining characteristics (output parameters) as functions of a few or only one factor, limiting the conclusions about the machinability of these alloys. In the present work it was observed that generally the machining output parameters varied individually according to the literature, however, new behavior, due to the interaction of the input variables, so far not described by previous work was presented. Este trabalho objetiva estudar o efeito das variáveis de entrada: propriedades mecânicas da peça (resistência mecânica, dureza e alongamento) e condições de corte (velocidade de corte, avanço, profundidade de corte e sistema de lubri-refrigeração) sobre as variáveis de saída (respostas): forças de usinagem; potência de usinagem; temperatura de corte; parâmetros de rugosidade: Ra, Rz e Rq e vibração do suporte da ferramenta no torneamento das ligas de alumínio: 1350-O, 6082-T4, 6262-T6, 7075-T73 e 7075-T6. Estas ligas cobrem uma larga faixa de propriedades das ligas de alumínio. Para este estudo foi utilizado o planejamento fatorial 2k completo e o planejamento composto central (PCC), para determinar as condições de ensaios de usinagem. A partir de análise de variância e de regressão dos resultados foram gerados modelos de 2ª ordem, relacionando, em cada liga de alumínio, e também de forma global (considerando as propriedades das ligas), as respostas com as entradas. Superfícies de respostas, curvas de níveis e vetor gradiente gerados a partir desses modelos foram utilizados para apresentar e analisar as influências das entradas, por interação entre fatores, sobre as respostas. Modelos validados foram utilizados em um processo de otimização multiresposta (algoritmo genético), que identificou os níveis das entradas que otimizassem, simultaneamente, todas as respostas. A grande contribuição deste trabalho, relacionado com a usinabilidade das ligas de alumínio, repousa em sua capacidade de descrever o comportamento da característica de usinabilidade (resposta) em função das interações das entradas em sua região de variação. Muitas pesquisas envolvendo a usinagem das ligas de alumínio descrevem de forma isolada o comportamento das características de usinabilidade em função de alguns fatores ou apenas um único fator, o que limita grandemente as conclusões sobre a variação das características de usinabilidade. Neste trabalho se observou, de maneira geral, que as características de usinabilidade variaram de forma isolada com os fatores, de acordo com o registrado na literatura, mas novos comportamentos das características de usinabilidade, ainda não descritos na literatura, devido à interação entre fatores foram presenciados. Doutor em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-12-15Bitstream added on 2014-06-13T19:52:31Z : No. of bitstreams: 1 spinellijunior_aj_me_bauru_prot.pdf: 2793116 bytes, checksum: 2a5518c4628bc08924a0d2677ef48198 (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Um dos principais objetivos da indústria metal-mecânica é o aumento da produtividade nos processos de usinagem, o que pode ser conseguido por meio de maiores taxas de remoção de material. Este requisito está associado ao desgaste da ferramenta de corte, uma vez que a redução de sua vida acarreta aumento dos custos de fabricação, não só pelo valor unitário da ferramenta, mas também pelo tempo consumido na indesejável interrupção da operação. Atualmente, um dos importantes caminhos para o aumento da vida da ferramenta aponta para o desenvolvimento de materiais mais resistentes ao desgaste, como as pastilhas de nitreto cúbico de boro policristalino (PCBN). No entanto, o custo unitário destas ferramentas é consideravelmente alto... One of the main of the metalworking industry is the increase of productivity in machining processes, which can be obtained through larger material removal rates. This requirement is associated to be cutting tool wear evolution, since the reduction of tool life increases the production costs, not only for unitary value of the tool, but also for the time consumed in the undesirable interruption of the operation. Nowadays, an important way to increase tool life is the development of more wear resistant materials, such as polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) cutting tools. However, the unitary cost of these tools is considerably high, about 10 to 20 times more expensive that coated carbide tools. In addition its best performance occurs at high-speed machining, that demands modern machine tools. Many researchers have been using the technique of heating a workpiece layer immediately before its removal by the cutting tool in order to reduce the shear stress and to improve... (Complete abstract click electronic access below)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work proposes a methodology to obtain the transient cutting tool temperature. The physical phenomenon is treated by a three-dimensional analysis. The inverse heat conduction technique is proposed to estimate the generated heat flux on the rake face of the tool. This technique is based on conjugate gradient method with adjoint equation. The machining process is instrumented with thermocouples at the bottom face of the tool, opposite to its main rake face. The signals are automatically received and processed using a data acquisition system and a PC-Pentium. The direct solution is numerically solved using finite volumes method with the heat flux estimated. The experimental data are processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux estimation in machining processes. Experimental temperatures are obtained during several cutting tests using cemented carbide and ceramic tools. The influence of the cutting parameters on the temperature distribution is verified. An error analysis of the results is also presented. O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para a obtenção da distribuição da temperatura na superfície de corte da ferramenta em um processo de usinagem por torneamento. Nesse sentido, o problema térmico de usinagem é caracterizado de maneira bem realista através de uma abordagem tridimensional. Para a obtenção dos campos térmicos na região de corte propõe-se o uso de técnicas de problemas inversos em condução de calor. Assim, a solução do problema térmico é obtida em duas etapas: solução inversa e solução direta. A solução inversa baseia-se no método do gradiente conjugado e da equação adjunta para a estimar o fluxo de calor gerado na região de corte que flui para a ferramenta. Nesse caso, são usados termopares soldados na face oposta da ferramenta que fornecem a informação necessária para que a solução inversa consiga estimar o fluxo de calor. Com a obtenção do fluxo de calor que flui para a ferramenta utiliza-se a solução direta do problema térmico para o cálculo da temperatura na região de corte. A implementação computacional da solução inversa e da solução direta é apresentada sob a forma de um programa de computador intitulado GRAD3D 1.0. Nesse programa, além da solução proposta para o problema térmico de usinagem é possível simular numericamente problemas térmicos correlatos. Testes experimentais unidimensionais e tridimensionais com condições controladas são apresentados para a validação do algoritmo computacional. Nos testes experimentais de usinagem, a aplicabilidade da técnica proposta é avaliada para o processo de usinagem por torneamento de uma barra de ferro fundido cinzento usando-se ferramentas de metal duro (WC) e de cerâmica (Si3N4). Apresenta-se ainda uma análise dos erros que podem estar presentes nos resultados obtidos. Doutor em Engenharia Mecânica