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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Em um cenário de crescente competitividade do setor industrial global aliado a um mercado consumidor cada vez mais exigente, há um aumento da demanda por novos materiais, que, por sua vez, impulsiona novas pesquisas e avanços tecnológicos no desenvolvimento de novos métodos de fabricação ou no aprimoramento daqueles já existentes. No caso dos ferros fundidos, novas classes também foram desenvolvidas de forma que suas propriedades mecânicas foram aprimoradas, tornando-os ainda mais competitivos em relação aos aços, ampliando as aplicações e, portanto, representando grande ganho econômico para os setores de metalurgia e de fabricação. Com isso, aumenta-se o interesse e criam-se novas oportunidades para estudar estes materiais e identificar como eles respondem em termos de integridade da superfície, desgaste de ferramenta, forças de corte, dentre outros, ao serem processados pelos processos de retificação, por exemplo. Neste contexto, devido à escassez de trabalhos na literatura apresentando resultados de processos de retificação e sobre a retificabilidade entre classes de ferros fundidos, este trabalho visou gerar contribuição científica e tecnológica para o setor metal mecânico por meio de resultados de rugosidade (Ra e Rz) e avaliação da integridade subsuperficial de três classes de ferros fundidos (cinzento, vermicular e nodular) que foram retificados com rebolo de carbeto de silício em diferentes condições de corte. Foram variadas a penetração de trabalho (15 μm e 30 μm), velocidade da mesa (vw) (5 e 10 m/min) e o tamanho do grão abrasivo médio do rebolo. Os resultados mostraram que rugosidade aumentou com a penetração de trabalho para todos os materiais testados; e os menores valores foram obtidos para ferro fundido cinzento. A rugosidade também se mostrou sensível a variação da velocidade longitudinal da mesa e os menores valores foram obtidos para vw = 5 m/min. Com relação ao tamanho do grão do rebolo, à medida que este diminuiu a rugosidade aumentou para os ferros fundidos cinzento e nodular. Além disso, a queima de retificação foi observada nas superfícies dos ferros fundidos nodular e vermicular após a retificação com o rebolo com grãos menores, contrariando o que normalmente é relatado na literatura. No entanto, pelos resultados de microdureza e imagens obtidas via MEV constatou-se que não houve evidência de danos severos abaixo das superfícies retificadas. In a scenario of increasing competitiveness of the global industrial sector and with a consumer market increasingly demanding, there is an increased demand for new materials and, consequently, possibilities to explore new research and technological advances towards the development of new manufacturing methods or the improvement of existing technologies. In the case of cast irons, new grades of them have been developed so that their mechanical properties have been improved, making them more competitive with steel, expanding the applications and thus represents great economic gain for metallurgy and manufacturing sectors. This increases the interest and creates new opportunities to study these materials and identify how they respond in terms of the surface integrity, tool wear, cutting forces, among others, when machined by grinding operation. In this context, due to the lack of results from grinding of cast irons and studies comparing grindability among several grades of cast irons found in the literature, this work aims to generate scientific and technological contribution to the metallurgical and metal working sector through roughness results (Ra and Rz parameters) and evaluation and analysis of the subsurface integrity of three cast iron grades (gray, compacted graphite and nodular). The machining trials were performed on a surface grinding machine with silicon carbide grinding wheel at different cutting conditions. The input variables were the radial depth of cut (15 and 30 μm), worktable speed, vw (5 and 10 m/min) and the abrasive grain size of the grinding wheel. The results showed that surface roughness increased with the radial depth of cut for all materials tested; and the lowest values were obtained for gray cast iron. Also, roughness was sensitive to variation of worktable speed and the lowest values were obtained after machining with vw = 5 m/min. With respect to the abrasive grain size, as it decreased the roughness values increased to gray and nodular cast iron grades. Furthermore, grinding burns marks were observed on the surfaces of nodular cast iron and compacted graphite iron grades after grinding the smallest grain size, contrary to what is usually reported in literature. However, no evidence of severe thermal damages below the machined surfaces of all cast iron grades was observed after analyzing the results of hardness and the SEM micrograph images. Dissertação (Mestrado)

Submitted by Edilon de Oliveira França (e.franca@unesp.br) on 2020-11-20T22:32:20Z No. of bitstreams: 1 EDILON DE OLIVEIRA FRANÇA.pdf: 4792565 bytes, checksum: 113061e6e2f1677006f0f50e0435ca60 (MD5) Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2020-11-26T12:30:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 frança_eo_dr_guara.pdf: 4792565 bytes, checksum: 113061e6e2f1677006f0f50e0435ca60 (MD5) Made available in DSpace on 2020-11-26T12:30:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 frança_eo_dr_guara.pdf: 4792565 bytes, checksum: 113061e6e2f1677006f0f50e0435ca60 (MD5) Previous issue date: 2020-09-30 A crescente utilização do ferro fundido vermicular ou Compacted Graphite Iron (CGI), para aperfeiçoamento dos motores diesel tem o objetivo de aumentar a eficiência energética, reduz o peso do motor e os níveis de emissão de poluentes. O ferro fundido vermicular possui a desvantagem de possuir baixa usinabilidade, se comparado ao ferro fundido nodular e cinzento, motivando pesquisas de aprimoramento das técnicas de usinagem e desenvolvimento dos materiais das ferramentas. Este trabalho teve como objetivo analisar o processo de torneamento sem fluído de corte do ferro fundido vermicular utilizando três tipos de ferramentas de cortes, sendo duas ferramentas cerâmicas experimentais e uma ferramenta de metal duro comercial. A ferramenta de metal duro possui código SNMA 120408 comercial TK1001, marca Seco Tools, com revestimentos pelo processo de deposição química de vapor (chemical vapor deposition – CVD) possuindo duas camadas, uma de cabonitreto de titânio e outra de óxido de alumínio (TiNC + Al2O3) e ferramentas experimentais cerâmicas a base de óxido de alumínio dopadas com óxido de magnésio (Al203 + MgO) e óxido de cromo (Al2O3 + Cr2O3) com código SNMN 120408. Utilizou-se como planejamento experimental o método fatorial completo com as seguintes condições: velocidade de corte (100 e 400 m/min), avanços (0,05 e 0,25 mm/volta) e duas profundidades de corte (0,25 e 1,00 mm). Para a análise do desempenho das ferramentas foram adquiridas as seguintes variáveis respostas: potência de usinagem, desgaste das ferramentas, qualidade superficial das peças usinadas, sinais de emissão acústica e vibração do processo, tipos de desgastes e mecanismos. Também foram realizadas as análises dos tipos e formas dos cavacos gerados durante os ensaios e dureza do material usinado. Após a realização do projeto de experimento, a melhor condição para as três ferramentas ensaiadas foi velocidade de corte de 400 m/min, avanço de 0,05 mm/volta e profundidade de 0,25 mm. No ensaio de vida a ferramenta metal duro Tk1001 TiCN + Al2O3 obteve-se um comprimento de 5km, a cerâmica Al2O3 + MgO com um comprimento de 4,7 km e a cerâmica Al2O3 + Cr2O3 com comprimento de 3,9 km. Em todas as ferramentas foram observadas que ocorreu o desgaste de flanco, sendo a ferramenta de metal duro a que apresentou o menor desgaste. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade do desenvolvimento de ferramentas cerâmicas, e que o sucesso na usinagem do ferro fundido vermicular pode estar na combinação de propriedades mecânicas e físicas, aliada aos parâmetros de usinagem. The increasing use of vermicular cast iron or Compacted Graphite Iron (CGI), for the improvement of diesel engines has the objective of increasing energy efficiency, reducing engine weight and pollutant emission levels. Vermicular cast iron has the disadvantage of having low machinability, when compared to nodular and gray cast iron, motivating research to improve machining techniques and development of tool materials. This work aimed to analyze the process of turning without cutting fluid of the vermicular cast iron using three types of cutting tools, being two experimental ceramic tools and a commercial carbide tool. The carbide tool has SNMA code 120408- commercial TK1001, Seco Tools brand, with coatings by the chemical vapor deposition (CVD) process having two layers, one of titanium cabonitride and the other of aluminum oxide (TiNC + Al2O3 ) and ceramic experimental tools based on aluminum oxide doped with magnesium oxide (Al203 + MgO) and chromium oxide (Al2O3 + Cr2O3) with code SNMN 120408. The complete factorial method with the following conditions was used as experimental design: cutting speed ( 100 and 400 m / min), feeds (0.05 and 0.25 mm / turn) and two depths of cut (0.25 and 1.00 mm). For the analysis of the performance of tools, the following variables were acquired: machining power, tool wear, surface quality of machined parts, signs of acoustic emission and process vibration, types of wear and mechanisms. Analyzes of the types and shapes of the chips generated during the tests and hardness of the machined material were also carried out. After carrying out the design of the experiment, the best condition for the three tools tested was a cutting speed of 400 m / min, an advance of 0.05 mm / revolution and a depth of 0.25 mm. In the life test the Tk1001 TiCN + Al2O3 carbide tool obtained a length of 5 km, the ceramic Al2O3MgO with a length of 4.7 km and the ceramic Al2O3 + Cr2O3 with a length of 3.9 km. In all tools, flank wear was observed, with the carbide tool having the least wear. The results obtained demonstrate the feasibility of developing ceramic tools, and that the success in machining vermicular cast iron may be in the combination of mechanical and physical properties, combined with machining parameters.

A Digital Object Identifier (DOI) disponibilizada pela revista não corresponde Neste projeto analisou-se e comparou-se os processos de soldagem TIG e Eletrodo Revestido para soldas do tipo “topo” em placas de Ferro Fundido Vermicular, com o intuito de otimizar os resultados obtidos. Como instrumentos de análise foram realizados estudos metalográficos da região do cordão de solda afim de classificar os cordões quanto ao tipo e a quantidade de defeitos presentes. Observou-se ainda no que se diferem os processos principalmente em relação a qualidade da solda

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais The tapping operation is a complex cutting process when compared to other conventional processes like drilling, milling and turning. Furthermore, there are few publications about the effect of cutting conditions for this operation. For that reason, one of the objectives of this work is to gather information and knowledge about the phenomenon involved in the tapping operation. The workpiece materials used in this work are also the result of recent development of the manufacturing industry and are applied mainly in the production of heads for engine motors. The main objective of this work is to compare the torque and axial force when machining three different materials, two alloyed gray cast iron (CrCuSn and CrCuSnMo) and one compacted graphite iron. It was used high speed cutting tools with three straight flutes (ISO M6x1) TiAlN coated. It was investigated the effect of cutting speed, form of application and the type of the cutting fluid. The results show the decrease of torque and increase of axial force with cutting speed. The CrCuSn alloyed gray cast iron was the most difficult to cut material, concerning torque, when no cutting fluid is applied. It was also investigated in this work the effect of axial feed rate, concentricity error of tap and hole, tap geometry, type of coating and machined length on torque and axial force. A operação de rosqueamento interno é um processo de alta complexidade se comparado a outros processos convencionais, como furação, fresamento e torneamento. Além disso, existe pouca investigação a respeito da influência das condições de corte. Assim, um dos objetivos deste trabalho é buscar maiores conhecimentos sobre os fenômenos envolvidos no rosqueamento interno com macho de corte. Os materiais da peça utilizados neste trabalho também são relativamente novos e com grande aplicação na indústria automobilística, principalmente na fabricação de cabeçotes de motores de combustão interna. Neste trabalho foram utilizados machos de corte de aço-rápido com três canais retos (M6 X 1) revestidos com TiAlN (FUTURA). Foram analisadas a influência de diferentes condições de corte, onde foram variadas a velocidade de corte, forma de aplicação de fluido de corte e tipo de fluido. Os testes foram realizados em três materiais diferentes: ferro fundido vermicular da classe 350 e dois ferros fundidos ligados (CrCuSn e CrCuSnMo). Os resultados mostram a diminuição do torque e aumento da força axial com a velocidade de corte. O ferro fundido cinzento ligado ao CrCuSn foi o que apresentou a pior usinabilidade, considerando o torque, quando usinado a seco, independente da velocidade de corte usada. Neste trabalho também foram verificadas algumas características importantes do processo, como a influência no torque e força de avanço devido à alteração no avanço axial, erro de concentricidade do macho em relação ao pré-furo, geometria da ferramenta de corte, revestimento do macho de corte e comprimento roscado. Mestre em Engenharia Mecânica

The use of compacted graphite iron - CGI is growing in the automobile industry, replacing several components that usually are manufactured in grey cast iron. However, due to its poor machinability when compared to grey cast iron, the production cost sometimes is not competitive. Several research about machinability of CGI has already been developed, mainly in turning, milling and drilling operations. Little has been done with regards to tapping process, which is a more complex operation. The main objective of this work is the investigation of the performance of cemented carbide taps when cutting CGI 450 ASTM. It was is used M13x1,5 taps with four straight flutes, TiAlN coated. The tests were carried out in dry conditions and using cutting fluid applied by MQF (minimal quantity of fluid) and overhead flow. The work was split into two parts. In the first, the cutting tools were used in the production line of Tupy S.A., to produce different wear levels. The second part was developed at the laboratory, when tool wear was measured and experiments were carried out to obtain cutting forces and torque. The results showed that the cutting forces and torque depend on the cutting parameters. Analysis in the scanning electron microscope and optical microscope to determine the wear mechanisms suggested that the main wear mechanisms are adhesion and abrasion. Experiments were also carried out to study the effect of some important aspects of the process like concentricity, feed rate, thread length and tool defects. O ferro fundido vermicular tem obtido uma crescente aceitação na indústria automobilística, demonstrando possibilidades de utilização em diversos componentes, que normalmente são fabricados em ferro fundido cinzento. Entretanto, a maior dificuldade para a fabricação de peças em ferro fundido vermicular a preços competitivos é devido a sua baixa usinabilidade quando comparado ao ferro fundido cinzento. Diversas pesquisas sobre a usinabilidade deste material já foram desenvolvidas, principalmente para os processos de torneamento, fresamento e furação. Contudo, pouco foi feito com relação ao processo de rosqueamento interno com macho de corte. Dessa forma, o objetivo desse trabalho consiste em investigar o comportamento de machos de corte de metal duro com quatro canais retos (M13 X 1,5), revestido com TiAlN, no processo de rosqueamento de ferro fundido vermicular (CGI 450 - ASTM), nas condições de corte a seco, com fluido de corte aplicado em forma de jorro e com mínima quantidade de fluido (MQF). Os testes de vida foram realizados na indústria Tupy S.A., onde se obteve diferentes níveis de desgaste nas ferramentas; os demais testes foram realizados em laboratório, em que se avaliou o nível de desgaste em todas as ferramentas disponibilizadas para esta pesquisa e foram realizados experimentos para medição das forças (Fx, Fy e Fz) e torque durante a usinagem. As ferramentas foram analisadas através de microscopia ótica e eletrônica de varredura (MEV) para análise das formas e mecanismos de desgaste. Os resultados mostraram que os mecanismos de desgaste predominantes para as ferramentas foram adesão e abrasão. Avaliou-se também os desvios de concentricidade, influência do comprimento das roscas nas forças e no torque, taxa de avanço e o diâmetro dos pré-furos, dentre outras variáveis. Doutor em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Cast iron is used to manufacture engine blocks due to its mechanical and physical properties like thermal conductivity and dumpy capacity, which are fundamental to these applications. Compacted graphite iron (CGI) has higher mechanical strength compared to gray cast iron and can be a great advantage in these type of mechanical parts. The compression rate can be increased in the engine resulting in a higher efficiency for example. Alloying elements are also used to increase the mechanical resistance of the gray cast iron, resulting in a material with similar mechanical properties to the CGI. The mechanical and physical properties can be similar for both materials, however the CGI has a poor machinability compared to gray cast iron, even for the alloyed material. These means it is important to investigate the behaviour of the CGI for the main cutting process. The main objective of this work is the investigation of the machinability of two types of alloyed gray cast iron (CrCuSn and CrCuSnMo) and the compacted graphite iron class ASTM 350. Tool life tests were carried out in a milling operation and the flank wear was the parameter used to define the end of the tool life. Investigations using observations into the scanning electron microscope SEM were also used to analyse the wear mechanisms. It was used cemented carbide inserts coated with Al2O3 over a layer of TiCN. All the tests were carried under dry conditions. Feed per tooth and depth of cut were constant, 0,2mm/rev and 1mm respectively. It was used three values of cutting speed, 600, 800 and 1000m/min. The results shown that the gray cast iron alloyed with CrCuSnMo is the most difficult to machine material at the higher cutting speeds. At the cutting speed of 600m/min the CGI is the most difficult to cut material. Utilizado na a fabricação de bloco e cabeçote de motores diesel, o ferro fundido cinzento, apresenta características como boa condutividade térmica e bom amortecimento de vibrações que passam a ser fundamentais no projeto desses blocos. Porém, este material apresenta um limite de resistência menor que a de outros tipos de ferros fundidos, portanto, para obter maiores taxas de compressão é necessário que a espessura da parede do bloco do motor seja aumentada, o que é indesejável, pois além de aumentar seu peso, irá gerar maiores problemas ambientais de modo geral. Mediante a essas características dos ferros fundidos cinzentos, um outro material, de maior resistência mecânica, passa a ganhar importância na fabricação dos blocos de motores diesel, pois torna-se possível obter maiores rendimentos térmicos, visto que a taxa de compressão poderá ser maior. Este material é o ferro fundido vermicular ou Compacted Graphite Iron (CGI) que aparece como uma alternativa para a substituição do ferro fundido cinzento por apresentar características, de condutividade térmica e amortecimento de vibração semelhante aos cinzentos. Porém, o CGI apresenta como desvantagem uma pior usinabilidade, ou seja, maior dificuldade na usinagem quando comparado com o ferro fundido cinzento. O objetivo deste trabalho é investigar e comparar a usinabilidade de dois ferros fundidos cinzentos ligados (ao CrCuSn e ao CrCuSnMo) e um vermicular da classe 350. O processo de usinagem para os testes foi o fresamento frontal. As ferramentas foram pastilhas de metal duro da classe K20 revestidas com Al2O3 sobre pela técnica MTCVD (deposição química de vapor em médias temperaturas) sobre uma camada de TiCN. Todos os testes de usinabilidade foram realizados a seco. O avanço por dente e a profundidade de corte foram mantidos constantes em 0,2 mm/ver e 1 mm respectivamente. Utilizou-se três valores para as velocidades de corte , 600, 800 e 1000 m/min. Os resultados mostraram que o ferro fundido ligado ao CrCuSnMo é o que apresentou uma maior dificuldade na usinagem nas maiores velocidades de corte. Para a velocidade de 600 m/min o ferro fundido vermicular foi o material que apresentou a pior usinabilidade. Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005Bitstream added on 2014-06-13T19:04:58Z : No. of bitstreams: 1 souza_jvc_dr_guara.pdf: 3439864 bytes, checksum: 8f665815b08c108458b7f10749c5f6bb (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Universidade Estadual Paulista (UNESP) Nesse trabalho foram desenvolvidas três composições à base de Si3N4 com quantidades e tipos de aditivos diferentes, com objetivos de desenvolver cerâmicas densas de altas resistências, para posteriores testes como ferramentas de corte na usinagem de torneamento do ferro fundido cinzento, ferro fundido vermicular e a liga Ti-6Al-4V. As composições utilizaram aditivos Y2O3/Al2O3 (10%) e AlN/Y2O3 (15 e 20%), e foram sinterizadas pelo processo de sinterização normal. Em seguida foram caracterizadas quanto as propriedades físicas e mecânicas, apresentando bons resultados. Posteriormente a composição de melhores propriedades (SNYA20), foi transformada em inserto para usinagem de corte de acordo com a norma ISO 1832. Os testes de torneamento foram realizados no ferro fundido cinzento com variações de parâmentros, onde para Vc=300m/min, f=0,32mm/rot e ap=1,00mm, alcançou um comprimento de corte de 6533m, superior aos encontrados em literatura, com diminuição dos desgastes, para maiores Vc e ap. O torneamento da liga Ti-6Al-4V em alta velocidade (Vc=180m/min, f=0,10mm/rot e ap=0,50mm), alcançou comprimento de corte de Lc=466m, para um desgaste VBmax=2,20mm. No torneamento do ferro fundido vermicular, com variações de parâmetros, alcançou resultados superiores aos encontrados na literatura com ferramentas cerâmicas comercial, utilizando Vc=200mm/min, f=0,20mm/rot e ap= 0,50mm, obteve-se comprimento de corte Lc=1658m. Os resultados de usinagem obtidos nesse trabalho estão relacionados com as propriedades e fases obtidas. Entretanto alem dos resultados obtidos essas ferramentas apresentam custo em torno de 50% das comerciais e redução de 17- 20% de custo no processo, devido ao uso de fluido refrigerante e proteção ao meio ambiente. In this work three compositions to base Si3N4 with amounts and types of different additives had been developed, with objective to develop dense ceramics of high strength to possible test as cutting tools in turning of gray cast iron, compacted graphite iron and titanium alloy (Ti-6Al-4V). The compositions had used additives Y2O3/Al2O3 (10%) and AlN/Y2O3 (15 and 20%), and were sinterized by process normal sintering. After sintering the physical and mechanical properties had been characterized, showing interesting results. Posterior the composition the best properties (SNYA20), was transformed into cutting tools to machining in the stand norm ISO 1832. The turning tests had been carried in gray cast iron with different parameters, where to Vc=300m/min, f=0,32mm/rev and ap=1,00mm, obtained a cut length of 6533m, achieving value superior at found in literature, with important reduction to larger cutting speed and cut depth. The turning of the Ti-6Al-4V alloy in high cutting speed (Vc=180m/min, f=0,10mm/rev and ap=0,50mm), obtained cutting length of Lc=466m, to VBmax=2,20mm. In turning compacted graphite iron, with different parameters, obtained value superior at found in literature, when utilize cutting tools ceramics of commercial materials, using for this Vc=200mm/min, f=0,20mm/rev and ap = 0,50mm. These condition obtained cut length of Lc=1658m. The results achieved in this work have been associated with the important physical and mechanical proprieties and phase of cutting tools. However the results obtained with these cutting tools present lower cost (50%) when compared with commercial cutting tools of similar material e reduction of cost in around 17-20%, because the do not use coolant, beside of protection at environment.