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CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A operação de usinagem por fresamento é amplamente utilizada na indústria mecânica de transformação pela sua capacidade de usinar peças dos mais diversos perfis e garantindo boa produtividade no que se refere à remoção de material. Entretanto, a operação de usinagem por fresamento pode ocorrer de duas maneiras no que se refere ao sentido de corte, uma no sentido concordante e outra no sentido discordante. A programação correta deste sentido de corte para cada processo específico se torna muito relevante na obtenção de bons resultados, com influência direta no resultado final como rugosidade, temperatura, desgaste da ferramenta e consequentemente no custo da produção. Este trabalho se propõe ao estudo da influência do sentido de corte (concordante e discordante) durante o fresamento do aço ABNT 4140. Para tanto, foram utilizados fresas de aço rápido de 6 mm de diâmetro e varia-se o avanço por dente e mantendo a velocidade de corte, profundidade de usinagem e penetração de trabalho constantes durante os ensaios, obtendo como resposta a rugosidade (desvio médio aritmético), força de corte e desgaste da ferramenta. Para o desvio médio aritmético, durante o avanço de corte Fz de 0,018 mm maiores valores foram encontrados no sentido concordante, para o avanço de corte Fz 0,03mm/aresta e 0,04 mm/aresta maiores valores foram encontrados no sentido discordante. As forças geradas em todos os eixos cresceram durante a usinagem devido ao desgaste da ferramenta. Maiores forças foram encontradas no sentido concordante na força de avanço quando utilizado avanço de 0,018mm/aresta. Os resultados mostraram que o desgaste da ferramenta foi mais severo para os avanços menores e quando utilizado o sentido concordante. Foram identificado o mecanismo de desgaste por abrasão, deformação plástica e adesão nas ferramentas, sendo o desgaste por abrasão mais evidente no movimento concordante. Deformação plástica no movimento discordante e uma possível adesão foram encontradas em todos os movimentos. The machining operation by milling is widely used in the mechanical processing industries for its ability to machine parts of the most diverse profiles and ensuring good productivity when it comes to the removal of material. However, the milling operation can occur in two ways with respect to the cutting direction, one in the down-milling and up-milling cutting direction. The correct programming of this sense of cut for each specific process becomes very relevant when it comes to obtaining good results. This process influence on the final result as average roughness, temperature, tool wear and consequently on the cost of production. On this purpose, this study of the down-milling and up-milling cutting direction during milling of ABNT 4140 steel. Thus, high speed steel milling was used, with 6 mm diameter. The per tooth was varied, the cutting speed and cutting depth were maintained constant during the test. Three characteristics were evaluated: average surface roughness, cutting force and tool wear. In relation the average roughness, higher values were found to parameters of the Fz 0,018 mm in moviment down-milling. Higher values of average roughness were found to parameters of the Fz 0,03 and 0,04 mm in moviment up-milling. The cutting force were higher due to tool wear. Higher cutting force were found in the moviment down-milling and feed per tooth of 0,018mm. The results showed that the wear of the tool was more severe for the smaller feed and when using the down-milling direction. The wear by abrasion, plastic deformation and adhesion in the tools was identified, being the wear by abrasion more evident in the down-milling moviment. Plastic deformation in the up-milling moviment and a possible adhesion were found in both moviments.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019. Os aços inoxidáveis estudados nesta tese são relativamente novos no mercado, e são classificados como supermartensítico, superduplex e triplex, sendo os mesmos empregados na fabricação de tubos e peças em plataformas petrolíferas, entre outras aplicações. Pelo fato de serem aços novos primeiramente foram estudados os fatores classificatórios da usinabilidade desses materiais, como: a formação de cavaco, o cálculo dos coeficientes da equação de Kienzle; a rugosidade em 2D e os mecanismos de desgaste das ferramentas de corte. Além disto, foi avaliado o impacto do torneamento sobre a integridade da superfície usinada para os três tipos de aços inoxidáveis. No estudo da integridade da superfície buscou-se analisar a textura e rugosidade em 3D da superfície, bem como correlacionar esta com a propensão à corrosão por pites para cada material ensaiado; também foi avaliado o encruamento da subsuperfície através da medição de microdureza, além da medição da tensão residual. Em relação à usinabilidade, em todos os quesitos considerados, o aço inoxidável superduplex foi classificado como pior para usinar. O de melhor usinabilidade foi o aço inoxidável triplex, porém este obteve performance bem próxima à do aço inoxidável supermartensítico. Em termos de textura da superfície em todas as amostras de superfície usinada para todos os aços inoxidáveis avaliados verificou-se a presença de material esmagado e a presença de material aderido nas marcas de avanço. A skewness foi na maioria positivo, e considerando os valores de Svk, estes não foram somente influenciados pelo avanço, mas principalmente pelo perfil de desgaste ocorrido no gume de corte. No ensaio de corrosão por pites foi possível concluir que para o aço inoxidável supermartensítico existe boa correlação entre os valores de Svk e a perda de massa. Porém, para o aço inoxidável triplex não foi possível obter boa correlação. Para o aço inoxidável superduplex não foi possível realizar o ensaio de corrosão por pites. Em termos de dimensionamento da camada deformada plasticamente, o aço inoxidável superduplex foi o que mais sofreu deformação plástica, seguido do aço inoxidável triplex, e por último o supermartensítico. Já em relação às tensões residuais para os três aços inoxidáveis avaliados, prevaleceu a ação das cargas mecânicas, sendo verificadas tensões compressivas em todas as condições de corte avaliadas. Abstract: The stainless steels studied in this thesis are relatively new in the market, and are classified as supermartensitic, superduplex and triplex, being the same employees in the manufacture of pipes and parts on oil rigs, among other applications. Because they are new steels first, the classification factors of the machinability of these materials were studied, such as: the chip formation, the calculation of the coefficients of the Kienzle equation; 2D roughness and the wear mechanisms. In addition, the impact of turning on the integrity of the machined surface was evaluated for the three types of stainless steels. In the study of surface integrity, it sought to analyze the texture and roughness in 3D surface, as well as to correlate this with the propensity to pitting corrosion for each material tested; the subsurface was also evaluated by measuring microhardness and microstructure analysis, in addition to measuring residual stress. In relation to machinability, the superduplex stainless steel was classified as worse for machining. The best machinability was the triplex stainless steel, but this achieved performance very close to the supermartensitic stainless steel. In terms of surface texture in all surface samples machined for all the evaluated stainless steels, the presence of crushed material was verified, and the presence of material adhered to the feed marks. The skewness was mostly positive and considering the values of Svk, these were not only influenced by the feed, but mainly by the wear profile occurring in the cutting edge. In the pitting corrosion assay it was possible to conclude that for the supermartensitic stainless steel there is good correlation between the Svk values and the loss of mass in the pitting corrosion assay. However, for the triplex stainless steel it was not possible to obtain a good correlation between the Svk values and the loss of mass. For the superduplex stainless steel it was not possible to perform the corrosion test by pits. In terms of the dimensioning of the plastically deformed layer, the superduplex stainless steel was the one that most suffered plastic deformation, followed by the triplex stainless steel, and finally the supermartensitic. In relation to the residual stresses for the three evaluated stainless steels, the action of mechanical loads prevailed, and compressive stresses were verified in all the cutting conditions evaluated.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. O torneamento de aços endurecidos é tipicamente realizado utilizando-se ferramentas de PCBN e cerâmica, as quais possuem propriedades adequadas para suportar as condições tribológicas do processo, impostas tanto pela dureza e resistência mecânica como pelos componentes microestruturais (como os carbonetos) do material usinado. Neste segmento, o desenvolvimento de novas classes e, principalmente, o refino de grão das ferramentas de metal-duro, associado às novas tecnologias de revestimentos, conferem ao metal-duro propriedades compatíveis com a aplicação. Neste contexto, este trabalho visa determinar a região de transição de aplicação das ferramentas de metal-duro revestido (PVD TiAlN e MTCVD TiCN/Al2O3/TiN) e PCBN, por meio do estudo do desgaste das ferramentas em parâmetros tridimensionais ao longo do período de adequação do sistema tribológico do par ferramenta-peça. Para isso, ensaios de torneamento foram realizados nos aços AISI 4340, AISI 52100 e AISI D2 em seis patamares de dureza, no intervalo de 35 a 60 HRC e divididos em duas fases: adequação tribológica e vida das ferramentas. Na primeira foram avaliados: componentes da força de usinagem, desgaste das ferramentas (microscopia óptica e eletrônica de varredura), integridade da superfície usinada (rugosidade e alterações e microestruturas) e morfologia dos cavacos. Na segunda fase foram considerados a evolução dos desgastes das ferramentas e a rugosidade da superfície usinada. Verificou-se que as componentes da força de usinagem apresentam aumento gradativo com o aumento da dureza dos materiais, sendo a força passiva (Fp) a componente dominante. Ademais, o incremento na dureza dos aços tende a reduzir os valores rugosidade da superfície usinada, atingindo a classe N4 (até 0,4 µm no parâmetro Ra). Considerando-se os parâmetros de desgaste que representam o volume de material removido (WRM) e a área afetada (WAA) da ferramenta, tanto para o metal-duro como para o PCBN, verificou-se uma tendência na redução do desgaste das ferramentas com o aumento da dureza dos aços até 50 HRC nas três ligas de aço ensaiadas. Após este limite de dureza, entretanto, o desgaste apresenta novamente uma tendência de aumento com acréscimos na dureza. Esta região representa a transição da morfologia dos cavacos de contínuos para dentes de serra, como também da intensidade de atuação dos mecanismos de desgaste ? principalmente da abrasão, adesão e difusão. Verificou-se, ainda, que o aumento da dureza dos aços tende a reduzir o mecanismo de desgaste da adesão, situação identificada pelo parâmetro de desgaste WAM (volume de material aderido à ferramenta). Além disso, a fração volumétrica de carbonetos na microestrutura dos aços possui impacto exponencial nos parâmetros de desgaste WRM e WAA. Os ensaios de vida das ferramentas mostraram que a região de transição de aplicação das ferramentas de metal-duro é dependente tanto da dureza como da microestrutura dos materiais usinados. Para o aço AISI 4340, o limite de aplicação das ferramentas de metal-duro é de 55 HRC; para aço AISI 52100, de 50 HRC; e para o aço AISI D2 este limite é de 45 HRC. Adicionalmente, verifica-se que para o limite de aplicação nos aços AISI 4340 e 52100, a vida das ferramentas depende do momento do desplacamento do revestimento da ferramenta. Com base na análise dos resultados, verificou-se que os parâmetros tridimensionais de desgaste se mostram adequados até mesmo para a detecção de mínimos defeitos no desgaste das ferramentas, como o momento do desplacamento do revestimento. Evidencia-se, através do trabalho, que a metodologia desenvolvida e aplicada no mesmo abre novas possibilidade de compreensão dos complexos e específicos fenômenos ocorridos em processos de usinagem, particularmente na usinagem de aços endurecidos. Abstract : The turning of hardened steels is typically accomplished using PCBN and ceramics tools, which have suitable properties to withstand the tribological process conditions imposed by machined material i.e., hardness and mechanical strength and microstructural components (such as carbides). In this segment, the development of new cemented carbide grades, especially the grain refining, coupled with new coating technologies, give the cemented carbides application compatible properties. In this context, this research aims to determine the boundary of application of cemented coated carbide (PVD TiAlN and MTCVD TiCN/Al2O3/TiN) and PCBN tools, through the study of tool wear in three-dimensional parameters over the adequacy period of the tool-workpiece tribological system. Turning tests were conducted on AISI 4340, AISI 52100 and AISI D2 steels, in six hardness levels, ranging from 35-60 HRC and divided into two phases: tribological adequacy and tool life. In the first one, machining force components, tool wear (by optical and scanning electron microscopy), machined surface integrity (roughness surface and microstructural alterations) and chip morphology were evaluated. In the second phase, tool wear evolution and machined surface roughness were considered. The machining force components present a gradual increase with the increase of the hardness material, with the passive force (Fp) being the dominant component. In addition, the increase in hardness of the steels tends to reduce the machined roughness surface, reaching the N4 grade (up to 0.4 µm in the Ra parameter). Considering the wear parameters that represent the amount of material removed from the tool (WRM) and affected area (WAA), both cemented carbide and PCBN, were found to have a trend of decreasing tool wear with increasing the hardness in the range of 35-50 HRC. After a hardness level of 50 HRC, however, wear shows increasing trend with increasing hardness. This region represents the transition from continuous chips to saw tooth chips morphology, as well as the wear mechanism acting intensity ? especially abrasion, adhesion and diffusion. It was also found that increasing the hardness of the steel tends to reduce the adhesion wear mechanism, identified by wear parameters WAM (adhered material volume on the tool). Moreover, the volume fraction of the carbides in the steel?s microstructure has an exponential effect on WRM and WAA wear parameters. Tool life tests showed that the cemented carbide and PCBN tools boundary of application is a function of hardness and microstructure of the machined material. The cemented carbide limit of application of AISI 4340 steel is 55 HRC; AISI 52100 steel is 50 HRC; and AISI D2 steel is 45 HRC. Additionally, the cemented carbide tool life in the limits of application in AISI 4340 and 52100 steels depends on the time it takes the coating to deteriorate. Based on the result analysis, it was found that the three-dimensional parameters of wear are suitable even for detecting minuscule tool defects by identifying the time of coating deterioration. It is evidenced by this research, that the methodology developed and applied open new possibilities to understanding complex and specific phenomena occurring in machining processes, particularly in the machining of hardened steels.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015 A recente expansão na manufatura aditiva ou tecnologia de impressão 3D de baixo custo é decorrente, em partes, da expiração das patentes iniciais baseadas na tecnologia FDM e do crescimento dos chamados movimentos open source, disseminados através da internet. Diferentemente dos modelos comerciais, os modelos de baixo custo permitem maior flexibilidade e adaptações para pesquisas, já que, muitas vezes, permitem acesso aos protocolos de controle e funcionamento da tecnologia utilizada. Estas impressoras 3D, como são conhecidas, estão ganhando popularidade principalmente para uso em prototipagem rápida ou manufatura em pequena escala. Apesar disto, pouco se sabe sobre a qualidade das peças fabricadas por nestes equipamentos, e as limitações de seu desempenho. O objetivo deste trabalho foi avaliar uma impressora 3D de código aberto a partir da construção de peças em Poli Ácido Lático (PLA). A pesquisa foi dividida em três etapas. Inicialmente foram realizados estudos para caracterização dos filamentos de PLA por meio de calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia por infravermelho (FTIR) e medição da densidade. Em seguida, foram conduzidos dois estudos de caso para avaliar a máquina na fabricação de peças com variação de parâmetros de processo e de materiais. As peças produzidas foram avaliadas através de microscopia óptica, medição da massa e ensaio mecânico de flexão. A terceira etapa da pesquisa caracterizou-se pela avaliação da confiabilidade do cabeçote extrusor do equipamento, através de um estudo de extrusão livre, onde foi monitorada a alimentação de filamento ao sistema. Verificou-se que o equipamento não possui repetibilidade na construção de peças fabricadas com os mesmos parâmetros de processo, o que fez com que as variáveis analisadas não fossem significativas sobre as respostas. Por fim, o estudo do módulo extrusor indicou como uma das principais causas para as variações na qualidade das peças o comportamento heterogêneo do cabeçote extrusor na função de fornecimento de material para a deposição. A ação foi influenciada por efeitos como o escorregamento do filamento sobre a polia ranhurada do módulo de tracionamento do sistema de deposição e por efeitos de perda de comando de acionamento proporcionais ao aumento da velocidade de extrusão. Abstract : Additive manufacturing, or 3D printing, is currently expanding due to the patent´s expiration of many FDM technologies and to the growth of open source communities widespread on Internet. Unlike commercial models, low cost ones allow more flexibility and adaptations for research, as, many times, allow access to the control protocols. These printers are becoming popular specially for rapid prototyping or small scale manufacturing use. Nevertheless, very little is known about the quality of the parts built with these equipments and about its performance limitations. This research goal was to evaluate an open source 3D printer by its capacity of building Poly-Lactic Acid (PLA) parts. The research was divided in three stages. First were made studies to characterize the PLA filaments using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and density measurement. Next, two case studies were conducted to analyze the machine capability of building samples made with different building parameters and materials. The parts produced were evaluated using optical microscopy, mass measurement and bending test. The third stage consisted on the reliability evaluation of the extruder head through a free extrusion study, where the system´s feed stock was monitored. It was observed that the equipment does not have repeatability when building samples with the same parameters, which made the variables analyzed unsignificant for the answers. Finally, the extrusion module study showed that the extrusion head heterogeneous behavior while supplying material for deposition was one of the main causes for part´s quality variation. This action was influenced by thes filament´s slippage over the hobbed pulley of the traction module and effects caused by the lost of the driving command, proportional to the extrusion speed increasing.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. As empresas de todos os setores buscam constantemente novas tecnologias para a sua cadeia de produção, visando aumentar a sua eficiência fabril. Atualmente, dentre todos os processos de fabricação, a usinagem assume um papel de suma importância para as empresas do ramo metal-mecânico, sendo a responsável pela fabricação de inúmeros componentes de diversos segmentos industriais. Dentre os processos de usinagem, o fresamento destaca-se pela sua abrangência na solução de muitos casos, possibilitando a obtenção de diversas geometrias e garantindo altas taxas de remoção de material. O avanço constante da tecnologia impulsiona o desenvolvimento contínuo de materiais com melhores propriedades. Em determinadas aplicações, os aços são substituídos pelos ferros fundidos cinzentos devido à melhor absorção de vibrações e estabilidade dimensional, fomentando pesquisas tanto na fabricação do próprio material como na usinagem do mesmo. Neste trabalho, foram estudadas duas operações de fresamento frontal de blocos de ferro fundido cinzento GG25 aplicadas em compressores herméticos, empregando-se ferramentas de metal-duro e cerâmica. Os resultados comprovaram a importância da seleção dos parâmetros de corte em ambas as operações estudadas. Verificou-se a influência dos parâmetros de corte sobre o desgaste e mecanismos de desgaste das ferramentas de corte, bem como sobre os erros geométricos dos blocos. Para ambas as operações estudadas, a variação dos parâmetros de corte influenciou consideravelmente na vida das ferramentas, não apresentando, entretanto, uma influência significativa no comportamento dos erros. Todavia, a variação dos parâmetros de corte envolvidos apresentou influência direta no tempo e custo de fabricação por peça.

The tool steels with AISI H13 name are found in large applications in the manufacture of molds for casting, hot extrusion tools, forging dies and all kinds of dies for hot forming of work. In these manufacturing processes is of paramount importance that the steels have properties and characteristics such as resistance to deformation in the use of temperature, impact resistance, erosion resistance, creep resistance in heat treatment, good machinability and hot cracking resistance (Heat Cracking) in order to avoid failure due to plastic deformation, and the propagation of cracks by thermal fatigue. This work aims the study of different heat treatments on AISI H13 alloys used in the manufacture of hot forging dies. The motivation of this study is the low durability of national origin material compared to the foreign origin, when used in the manufacture of forging dies. In an attempt to identify the reason for this lifetime difference, we studied the influence of annealing treatment, quenching and tempering double - which are the treatments used in the production of forging dies - on the microstructure and mechanical properties of these materials. Samples of domestic and foreign origin steels were used. The characterization techniques used in the analysis of the treated samples were optical microscopy, scanning electron microscopy and hardness testing Rockwell C. were also held diffraction measurements of X-rays in order to employ the Williamson-Hall technique to estimate and microdeformations crystallite size of the treated specimens and the impulse excitation technique, analyzed from which the elastic modulus and damping modulus of these materials. Os aços ferramenta com denominação AISI H13 são encontrados em grande aplicação na fabricação de moldes para fundição, ferramentas de extrusão a quente, matrizes de forjamento e todo tipo de matrizes para trabalhos de conformação a quente. Nestes processos de fabricação é de suma importância que os aços possuam propriedades e características como resistência à deformação na temperatura de uso, resistência ao impacto, resistência à erosão, resistência à deformação no tratamento térmico, boa usinabilidade e resistência a trincas a quente (Heat Cracking), a fim de evitar falhas por deformação plástica, pela propagação de trincas e por fadiga térmica. Este trabalho tem como objetivo o estudo de diferentes tratamentos térmicos em ligas AISI H13 utilizadas na fabricação de matrizes de forjamento a quente. A motivação do estudo reside na baixa durabilidade do material de origem nacional em comparação com o de origem estrangeira, quando empregados na fabricação de matrizes de forjamento. Na tentativa de identificar a razão desta diferença de vida útil, estudamos a influência de tratamentos de recozimento, têmpera e duplo revenimento - que são os tratamentos empregados na produção de matrizes de forjamento - sobre a microestrutura e propriedades mecânicas destes materiais. Foram utilizadas amostras de aços de origem nacional e estrangeira. As técnicas de caracterização empregadas na análise das amostras tratadas foram a microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e ensaio de dureza Rockwell C. Foram também realizadas medidas de difração de raios-X a fim de empregar a técnica de Williamson-Hall para estimar microdeformações e tamanho de cristalito dos corpos de prova tratados e a técnica de excitação por impulso, a partir da qual foram analisados o módulo elástico e o módulo de amortecimento destes materiais. 73 f

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 Esta tese investiga o uso da abordagem de sistemas multiagentes (SMA) buscando compartilhar e recuperar conhecimentos decorrentes da solução de problemas prévios de não-conformidades e da aplicação do método de análise de modos de falha e efeitos em processos de manufatura (PFMEA) e raciocínio baseado em casos. Neste sentido, propõe-se um modelo de multiagentes em apoio à solução de problemas de não-conformidades em processos de fabricação, com o intuito de superar não somente as dificuldades relacionadas à natureza do conhecimento, mas também quanto à sua distribuição. A distribuição adotada no modelo considera tanto o aspecto geográfico das fontes quanto à fragmentação relacionada aos processos existentes na cadeia produtiva. Nesta ótica, são considerados agentes computacionais cujo comportamento inclui o uso de raciocínio baseado em casos e métodos de recuperação baseado em ontologias. Por fim, um protótipo computacional foi desenvolvido para permitir a verificação e a validação do modelo proposto, sendo que as bases de conhecimento manipuladas pelo sistema são instanciadas com conhecimentos no domínio do processo de extrusão de alumínio obtidos a partir da literatura e de pesquisas de campo em uma empresa que fabrica peças por extrusão de alumínio, com ênfase na liga 60xx. Abstract: This thesis investigates the use of the multi-agent systems (MAS) approach seeking to share and retrieve knowledge from previous solutions of nonconformance problems and the application of the method of failure modes and effects analysis in manufacturing processes (PFMEA) and case-based reasoning (CBR). In this sense, it is proposed a MAS-based model to support the solution of nonconformance problems in manufacturing processes in order to overcome the difficulties related to both the nature of knowledge and on its distribution. The distribution adopted in the model considers both the geographical aspect of the sources and the fragmentation related to existing processes in the production chain. From this perspective, agents were developed whose behavior includes the use of case-based reasoning and retrieval methods based on ontologies. Finally, a software prototype was developed to allow the verification and validation of the proposed model, and the foundations of knowledge manipulated by the system are instantiated with knowledge in the field of the aluminum extrusion process obtained from the literature and from a company that manufactures parts via aluminum extrusion, with emphasis on the 60xx alloy.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009 Os materiais compósitos vêm, a cada dia, ganhando mais espaço dentro das indústrias, principalmente para aplicações de alto desempenho como aeroespaciais, militares e esportivas. Nos anos mais recentes, os materiais compósitos têm se revelado como um dos grupos de materiais tecnológicos mais interessantes. As razões da sua crescente utilização estão ligadas às suas propriedades características, tais como o seu baixo peso, a elevada resistência, rigidez, propriedades térmicas e elétricas. Para aplicações como molde de injeção na produção de protótipos ou peças e estruturas para a proteção eletromagnética de equipamentos, é necessário conhecer as características de usinabilidade do material compósito que está sendo utilizado. Isto ocorre porque, na grande maioria dos casos, é preciso realizar algum tipo de usinagem após o processo de vazamento ou injeção do molde. Visto que o processo de furação é um dos mais utilizados na indústria, essas peças precisam frequentemente de furos para junção mecânica, extração do material injetado e adição de macho, quando necessário. Por isso, tais furos requerem uma qualidade da superfície compatível com a necessidade que se propõe, caso contrário, podem levar à ruptura do molde pela propagação de trincas ou deformações e irregularidades na peça injetada. Dentro desta conjuntura, o presente trabalho propõe uma avaliação da usinabilidade e, sobretudo, da qualidade dos furos tanto na entrada quanto na saída de materiais compósitos de matriz polimérica (resina epóxi) com e sem carga metálica (pó de ferro) em ensaios de furação. Para a realização dos ensaios de furação, foi utilizada uma velocidade de avanço constante (0,3 mm), variando a velocidade de corte (50 - 100 m/min) e a quantidade de carga metálica no material compósito (0% - 10% - 30%). Brocas de metal-duro com geometria especial sem revestimento foram usada nos experimentos. Para efeito comparativo, também foi utilizada uma broca de aço-rápido convencional. A força de avanço e o torque foram monitorados durante os ensaios. A qualidade do furo foi analisada referente à rugosidade, marcas na parede do furo e arrancamento de carga metálica, bem como, lascamentos e rebarbas nas bordas do furo. Como resultado, pode-se verificar que, com o aumento da quantidade de carga metálica no material compósito, tanto o torque quanto a força de avanço tendem a aumentar. Na mesma direção segue a qualidade da superfície, onde os lascamentos na entrada e saída do furo foram reduzidos, tal como a rugosidade, esta última mais acentuadamente para o caso de 10% e 30% de carga metálica.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Mecânica, Florianópolis, 2010 Estruturas compostas metal/elastômero são uma importante ferramenta para a redução de vibrações mecânicas. Em geral apresentam-se na forma de vigas ou placas sanduíche, neutralizadores dinâmicos de vibração ou "links" viscoelásticos A principal conseqüência de uma construção metal/elastômero é a dependência do seu comportamento dinâmico da freqüência e da temperatura. Isto resulta em um problema de autovalores em que a matriz de rigidez é dependente da freqüência e da temperatura. A dinâmica de estruturas com parâmetros variaveis com a freqüência é elaborada e uma tecnica de solução numérica é apresentada. Tais estrutras apresentam matriz de rigidez complexa e dependente da freqüência. Uma solução que determine as freqüências naturais é apresentada na forma de um diagrama tipo Campbell. Os fatores de perda da estrutura são determinados para toda a banda de freqüência e não apenas os fatores de perda modais. Expressões para as respostas em freqüência são feitas. Comparação com resultados experimentais são realizados. A teoria acima é aplicada na formulação da dinâmica de um neutralizador tipo Stockbridge em que a haste é uma viga composta metal/elastômero. A potencialidade de tal neutralizador no controle de vibrações em linhas de transmissão de potência elétrica é discutida. The main consequence of a metal/elastomer construction is the dependence of its dynamic performance on frequency and temperature. This results in eigenvalue problem in which the stiffness matrix depends on frequency and temperature. A structural dynamics model with the variable parameters dependent on the frequency is developed and a numerical solution technique is presented. Such structures present a complex and frequency dependent stiffness matrix. A solution that determines natural frequencies is presented in the form of Campbell's diagrams. Structure's loss factors are determined for all the band of frequencies and not only modal loss factors. Expressions for frequency response are developed. Comparisons with experimental results are carried out. The previous theory is applied in the formulation of a Stockbridge dynamic vibration neutralizer in which the pole is a metal/elastomer compound beam. The capacity of such neutralizer regarding vibration control in transmission lines of electric power is discussed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2007. Atualmente, fatores como: a redução das emissões de poluentes, redução do consumo de combustíveis dos veículos sem alterar a potência, são decisivos para corporações do ramo automobilístico ganhar o mercado consumidor. Neste contexto, o ferro fundido vermicular tem se apresentado como um material de uso potencial, em diversos componentes, bem como em motores diesel devido às suas propriedades superiores. Apesar das boas características mecânicas e dos seus vários benefícios para a indústria, sua microestrutura é de difícil usinabilidade o que se torna um fator limitante de sua aplicação. Um desses fatores é o limite de nodularidade que deve estar em uma faixa de 0 a 20%, pois quanto maior seu aumento, maior será a resistência a tração e a rigidez, diminuindo a condutividade térmica e usinabilidade do material. Ademais, comparado ao ferro fundido cinzento, a dificuldade na usinagem do vermicular está relacionada também a dois fatores: a sua alta resistência mecânica que acarreta grandes forças de corte, e a ausência de sulfeto de manganês em sua microestrutura, sempre presente no ferro fundido cinzento, e que deposita-se sobre a ferramenta de corte garantindo uma ação lubrificante local. Desse modo o presente trabalho tem como objetivo analisar a influência que a variação na nodularidade do ferro fundido vermicular tem sobre a sua usinabilidade. Os critérios utilizados para a análise foram os tempos de vida e os mecanismos de desgaste das ferramentas de metal-duro e de cerâmica na usinagem do ferro fundido vermicular em processo de corte contínuo. Os resultados obtidos mostram que a variação da microestrutura tem grande influência na usinabilidade do material e que as ferramentas de metal-duro se mostram as mais viáveis para a usinagem do ferro fundido vermicular em função dos bons resultados apresentados. Nowadays, factors such as: the pollutants emission reductions, the fuel consumption reduction on vehicles without loosing power, are decisive to the automobile corporations to win the consumer market. Within this context, the compact graphite iron has showed itself as a material with a lot of potential to many components, as well as diesel engines due its superior properties. Despite its good mechanical characteristics and the many benefits that it can bring to the industry, its structure and the composition have a very hard machinability what become limiting factors to its application. One of these factors is the nodularity that should be between 0-20 percent, because how much increase the nodularity, bigger will be the stiffness and tensile strength, decreasing the machinability and thermal conductivity of the CGI. Furthermore comparing to the gray cast iron, the difficulty on machining the compact graphite iron is related on two factors: its high mechanical resistance which involves great cutting powers and the absence of manganese sulfide on its microstructure, which is always present on the gray cast iron that deposits on the cutting tool and guarantees a lubricant action locally. The present work has as purpose to analyze the influence of the nodularity variation on the machinability of compact graphite iron. The parameters consider for the analyses were the tool life and the wear mechanisms of the carbide and ceramics cutting tools. The results showed that the microstructure variation has great influence on the CGI machinability and that the carbides showed the most viable cutting tool for machining the compact graphite iron.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 As ligas de ferro fundido branco de alto cromo (estipuladas pela norma ASTM A532) são amplamente fabricadas e utilizadas pelas indústrias catarinenses, o que tem motivado a sua pesquisa durante os últimos anos na UFSC. Os estudos tem como foco principal a otimização do tratamento térmico e da resistência ao desgaste, assim como a análise microestrutural das ligas empregadas na fabricação de rolos de moinhos de carvão. Os rolos dos moinhos tradicionalmente são fabricados da liga II D da norma ASTM A532 (20% Cr), porque este material apresenta uma boa resistência ao desgaste. Porém, existem evidências que apontam que ao diminuir o teor de cromo para 16% (classe II B da norma ASTM A532) e otimizar termicamente a liga a resistência ao desgaste pode aumentar, sendo este o ponto de partida desta tese. A resistência ao desgaste da liga II B no presente trabalho foi estudada em escala laboratorial (ensaio de desgaste segundo norma ASTM G65) e industrial (protótipos testados em moinho rolo sobre pista). Em laboratório a liga II B otimizada termicamente, obteve melhor dureza (HV 120), microdureza (0,05 HV) e resistência ao desgaste em comparação a liga II D. Este resultado alavancou a fabricação e os testes em escala industrial de três rolos (a massa de cada rolo foi de 1,5 ton). Um dos rolos foi fabricado na liga II D e os outros dois na liga II B. Os rolos foram instalados no moinho e testados por um período de 30 meses. Os resultados foram aparentemente contraditórios, já que os rolos II B tiveram uma resistência ao desgaste de 81% da resistência do rolo II D, sendo isto uma conseqüência dos rolos II B apresentarem durezas e microdurezas inferiores às obtidas pelo rolo II D, resultado inverso ao obtido em laboratório. Este resultado mostrou que tanto em escala laboratorial como industrial, a dureza e proporcional à resistência ao desgaste, e que o ensaio roda sobre borracha reproduz os micromecanismos de desgaste do moinho. Para realizar a passagem da escala laboratorial para a escala industrial durante a pesquisa, se analisou a influência da microestrutura (Microscópio ótico e eletrônico, EDX, programa Imago, espectofotômetro de emissão ótica), da tenacidade ao impacto (Charpy sem entalhe) e da corrosão (ensaio potenciodinâmico) na resistência ao desgaste das ligas II B e II D. The alloys of high chromium white cast iron (stipulated by the standard ASTM A532) are widely manufactured and used by industries in Santa Catarina, which has spurred on research about them at UFSC during the last few years. The studies focus mainly on optimizing the thermal treatment and wear resistance, as well as the microstructural analysis of the alloys used for manufacturing coal mill rollers. The rollers of the mills are traditionally made of alloy II D from the standard ASTM A532 (20% Cr), because this material shows good wear resistance. However, there is evidence to suggest that by reducing the chromium content to 16% (class II B of the ASTM A532 standard) and thermally optimizing the alloy, wear resistance can increase, this being the starting point for this thesis. The wear resistance of alloy II B in this work was studied on a laboratory scale (wear tests according to the ASTM G65 standard) and industrial scale (prototypes tested on a mill roller on tracks). In the laboratory, the thermally optimized alloy II B had better hardness (HV 120), microhardness (HV 0.05) and wear resistance compared to alloy II D. This result leveraged the manufacturing and industrial-scale tests of three rollers (the mass of each roller was 1.5 tons). One of the rollers was manufactured with the alloy II D and the other two with the alloy II B. The rollers were installed in the mill and tested for a period of 30 months. The results were apparently contradictory, since the rollers II B had a wear resistance of 81% of the resistance of the roller II D, this being a consequence of the rollers II B having hardnesses and microhardnesses lower than those obtained by roller II D, the opposite result to that obtained in the laboratory. This result showed that both on the laboratory and industrial scale, hardness is proportional to wear resistance, and that the rubber wheel test reproduces the wear micromechanisms of the mill. In order to make the transition from laboratory scale to industrial scale during the research, we analyzed the influence of the microstructure (optical and electron microscopy, EDX, Imago program, optical emission spectrophotometer), impact strength (Charpy unnotched) and corrosion (potentiodynamic test) on the wear resistance of alloys II B and II D.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.

Mestrado em Engenharia Mecânica Cada vez mais se torna necessário desenvolver sistemas de protecção contra diversos tipos de ameaças, sejam estas aéreas, terrestres, militares ou civis. A missão dos cientistas é criar e desenvolver sistemas de defesa que sejam eficazes na protecção contra ameaças de diversos tipos, sob várias condições, que sejam confortáveis e cada vez mais leves. Estes investigadores têm que considerar factores como o material, as suas propriedades mecânicas, a sua densidade e composição, os métodos de produção entre muitos outros factores. Neste trabalho procura-se explorar a desempenho balístico de sistemas metálicos para protecção pessoal (armaduras), de edifícios e veículos blindados civis ou militares, analisando a capacidade de absorção de energia do alvo quando sujeito a um impacto balístico. Desenvolve-se um estudo numérico detalhado de alvos que diferem na sua espessura e que estão sujeitos a impacto balístico ortogonal e oblíquo, recorrendo à simulação numérica pelo método dos elementos finitos usando o LS-DYNATM. Apresenta-se a caracterização mecânica dos materiais utilizados neste trabalho, como o Cobre, o Chumbo e o aço Weldox, materiais do projéctil, e a liga de alumínio 5083-H116, material do alvo. No que diz respeito à capacidade de absorção de energia, os resultados obtidos mostram que quanto maior a área deformada pelo projéctil, maior a capacidade de absorção de energia do alvo. O valor máximo de absorção de energia ocorre para um ângulo de impacto de 65º, para o alvo com 20 mm de espessura. Apartir deste ângulo de impacto, a absorção de energia por parte do alvo decresce significativamente, uma vez que não existe perfuração total do alvo. Daí poder concluir-se que o alvo apresenta maior capacidade de absorção de energia desde o momento em que exista perfuração total do alvo. Propõe-se ainda uma curva de desempenho para alvos em liga de Alumínio 5083-H116, em que se define a energia absorvida pelo alvo em função do ângulo de impacto. ABSTRACT: The development of armour and protection systems against land, air, military or civil threats is each day more important. The purpose of many scientists and researchers is to create and develop protection systems that can be effective against threats of various types, with respect to increasing mobility of the system as well as safety performance. Researchers have to consider several factors, such as the materials involved, their mechanical properties, density and composition, production methods, etc. The ballistic performance of armour systems, either for personal, infrastructure or vehicle protection, is studied in this work, investigating the energy absorption capability of the target subjected to ballistic impacts. Initially, a numerical study was performed on targets that differ in their thickness with either orthogonal or oblique impacts, using finite element analysis and the commercial package LS-DYNATM. The constitutive behaviour of materials such as Lead, Copper or Weldox steel (projectile) and Aluminum alloy 5083-H116 (target) is studied. Obtained results show that the energy absorption capability increases with the increase of the volume of plastically deformed target material. The highest peak of energy absorption occurs when the impact angle is 65º and the thickness of the target is 20 mm. The energy absorption decreases significantly for impact angles above 65º, because there is no full penetration of the target. Additionally, the target absorbs the highest amount of energy when full penetration occurs. In this work, an analytical ballistic performance model is proposed to describe the dependence between energy absorption capability and the impact angle for Aluminum alloy 5083-H116 targets.

Mestrado em Engenharia Mecânica As constantes formas de ameaça requerem o desenvolvimento constante de mecanismos de protecção, capazes de suster ataques de diversos tipos. Estes mecanismos devem possuir qualificações de segurança elevadas, visando a protecção de pessoas, veículos ou infraestruturas. O desenvolvimento tecnológico de sistemas de protecção inovadores permite acompanhar a evolução do tipo, tecnologia e performance das ameaças (armas, projécteis, explosivos, etc.). Consequentemente, é de grande importância o desenvolvimento de meios capazes de avaliar a capacidade de absorção de impacto dos referidos sistemas de protecção, sistemas esses que devem fornecer a resistência necessária ao impacto de ameaça. Neste trabalho procura-se estudar o comportamento ao impacto balístico de sistemas de protecção metálicos. Estudam-se numericamente os factores que influenciam a capacidade de absorção de energia de um alvo. Apresenta-se uma investigação detalhada das características de absorção de impacto de alvos com diferentes espessuras, impactados por projécteis com forma de ponta cilíndrica, hemisférica, cónica e ogival. Analisa-se a influência de vários parâmetros que afectam a capacidade de absorção de energia do alvo, tais como, a energia cinética de impacto, a forma de ponta do projéctil, as espessuras e os modos de cedência dos alvos. Faz-se a caracterização do comportamento mecânico ao impacto do aço Weldox 460 E, recorrendo ao programa de elemento finitos Abaqus. Evidencia-se, através da análise dos resultados numéricos, a dependência do modo de cedência do alvo em relação ao tipo de projéctil utilizado. Verifica-se um aumento da velocidade de limite balístico com o aumento da espessura do alvo, induzindo um aumento da capacidade de protecção deste. Denota-se a influência da forma de ponta do projéctil e da velocidade inicial de impacto na variação da velocidade residual do projéctil. Ilustra-se o aumento de absorção de energia por parte do alvo, com o aumento de espessura deste. É ainda notória uma absorção de energia de forma mais rápida para projécteis com configuração cilíndrica, verificando-se o inverso em projécteis de configuração ogival. ABSTRACT: The constant forms of threat require the constant development of protection systems capable of sustaining various types of attacks. These mechanisms should have high safety qualifications concerning the protection of people, vehicles or buildings. The development of innovative security systems can follow the evolution of type, technology and performance of the threats (weapons, projectiles, explosives, etc.). Therefore it is of extreme importance the development of means capable of evaluating the impact absorption capability of the before mentioned protection systems, which should be able to provide the resistence needed for the impact of a threat. This work presents a study of the behavior of metal protection systems against a ballistic impact where the afecting factors of the energy absorption capability of a target are numerically analysed. A detailed investigation of the impact absorption characteristics of a target with different thickness when collided by projectiles with blunt, hemispherical, conical and ogival noses is presented. Influence of various parameters afecting the energy absorption capability of the target, such as the kinetic energy of the impacting projectile, its nose shape, failure mode and thickness is studied. The mechanical behavior under an impact loading of Weldox 460 E steel is analysed using the finite element program Abaqus. It is possible to verify the dependence of the failure mode of the target on the type of projectile being used. Along with the increasement of the thickness of the target it is observed that the same happens to its energy absorption and to the ballistic limit velocity. The projectile nose shape and the initial velocity of impact affect its residual velocity. It is also noticed a faster absorption of energy by the target for projectiles with blunt noses, with the opposite happening for the ones with ogival noses.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. O processo de eletroerosão por fio é utilizado atualmente na fabricação da maioria das matrizes e punções de metal duro (carbeto de tungstênio), usados em ferramentas de estampagem de aços para motores elétricos. As indústrias de eletrodomésticos, motores elétricos industriais, transformadores e compressores herméticos, utilizam ferramentas progressivas de estampagem, justificando um melhor conhecimento do processo de fabricação por eletroerosão por fio (Wire Electrical Discharge Machining - WEDM). O emprego de condições de trabalho não adequadas introduz defeitos na camada limite dos punções e matrizes que resultam numa diminuição drástica da vida destes componentes. Na presente dissertação, foi realizado um estudo para o aprimoramento do processo de usinagem do metal duro por WEDM, com foco na diminuição das danificações causadas na superfície usinada para aumentar a vida de matrizes e punções, como também aumentar o rendimento do processo de fabricação destes elementos de corte. Para isto, foi realizada uma análise das variáveis de entrada e sua influência sobre as características e sobre o resultado de trabalho. A característica de processo verificada foi limitada à taxa de corte (por limitações técnicas no equipamento). O resultado de trabalho foi avaliado pela exatidão geométrica dos componentes produzidos, pela forma e extensão das microtrincas, pela extensão da zona termicamente afetada e pelas características verticais da rugosidade. A partir dos resultados obtidos foi possível recomendar condições mais favoráveis de trabalho, resultando tanto em uma vida mais longa das matrizes e punções como também numa minimização dos custos de produção destes elementos de corte de metal duro. The process of wire electrical discharge machining is currently used in manufacturing most hard metal (tungsten carbide) dies and punches, used in steel stamping tools for electric motors. The home appliance, industrial electric motor, transformer and hermetic compressor industries, use progressive stamping tools, justifying a better understanding of the manufacturing process by Wire Electrical Discharge Machining # WEDM. An unsuitable working condition introduces defects in the layer limits of punches and dies that result in a drastic reduction in the life of these components. In this dissertation, a study was conducted to improve the machining process of hard metal by WEDM, with a focus on reducing the damages produced on the machined surface to increase the life of the dies and punches, and to also increase the productivity of the manufacturing process of these cutting elements. For this, an analysis was carried out of the input variables and their influence on the characteristics and the result of the work. The characteristic of the verified process was limited to the cutting rate (by the equipment#s technical limitations). The result of the work was evaluated by the geometric accuracy of the components produced, by the form and extent of the micro-cracks, by the extent of the zone thermally affected and by the vertical aspects of the roughness. From the results obtained it was possible to recommend more favorable work conditions, resulting in a longer life for the dies and punches as well as production cost minimization of these hard metal cutting items.

Mestrado em Engenharia Mecânica A necessidade de desenvolver sistemas de protecção contra ataques de diversos tipos é, cada vez mais, uma questão de segurança pessoal, social e, obviamente, nacional. Estes sistemas e dispositivos podem ser específicos para protecção pessoal, de veículos ou de edifícios. O desenvolvimento tecnológico de sistemas de protecção inovadores permite acompanhar a evolução do tipo, tecnologia e performance das ameaças (armas, projécteis, explosivos, etc.). Consequentemente, é de grande importância que se possam desenvolver meios de avaliação previsiva da capacidade de absorção de impacto dos referidos sistemas de protecção. Estes sistemas devem ser capazes de resistir ao impacto de ameaças específicas. Este trabalho enquadra-se na temática do desenvolvimento de sistemas de protecção contra impacto balístico e do estudo da capacidade de absorção de impacto. Pretende-se avaliar o desempenho balístico de sistemas metálicos de protecção pessoal (armaduras), de edifícios e veículos blindados civis e militares. O principal objectivo do trabalho é desenvolver e implementar modelos analíticos de previsão de penetração em alvos metálicos ultra-leves e proceder à sua validação numérica. As ligas metálicas utilizadas são ligas de aplicação especial balística de Alumínio (AA5083-H32) e Magnésio (AZ31BH24). Nos ensaios realizados analisam-se os danos causados em alvos de Alumínio (AA5083-H32) e Magnésio (AZ31B-H24) e a influência da espessura do alvo, recorrendo a um projéctil ogival de uma munição de calibre 9mm, com uma energia de impacto de 0,616 kJ. Os ensaios foram realizados considerando três modelos distintos: alvo deformável e projéctil rígido, alvo e projéctil deformáveis e incorporando o modelo de dano de Johnson-Cook. ABSTRACT: The need to develop armour systems to protect against attacks from various sources is increasingly a matter of personal, social and national security. These systems and devices may be specific for personal protection, building or vehicle protection. In order to develop innovative armour and protection systems it is necessary to monitor developments being made on the type, technology and performance of the threats (weapons, projectiles, explosives, etc.) It is, therefore, of great importance the development of evaluation methods that can predict the energy absorption capabilities of such protection systems. These systems must be capable of resisting to the impact of specific threats. Consequently, the work here presented concerns the development of armours and protection systems against ballistic impact and the study of the impact energy absorption capability. The main goal of this work is to evaluate the ballistic performance of metallic systems for personal protection (armours), building protection and civilian and military armoured vehicles. Additionally, analytical and numerical models that predict the depth of penetration (DoP) in ultra-lightweight metallic targets are developed and implemented. The alloys used as targets are the following ballistic alloys: Aluminium (AA5083-H32) and Magnesium (AZ31B-H24). Numerical tests are performed in order to analyse the damage (DoP, stress and strain profiles) caused on Aluminium (AA5083-H32) and Magnesium (AZ31B-H24) targets by an ogival projectile from a 9mm bullet, with an impact energy of 0,618 kJ. These tests are done considering three distinct models: deformable target and rigid projectile, deformable target and projectile and incorporating the Johnson-Cook damage model.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. O atual cenário da indústria automobilística brasileira encontra-se numa situação em que as empresas do setor de autopeças enfrentam a concorrência global, e ainda devem manter os custos e a qualidade das peças. Nesse cenário competitivo, a indústria automobilística está ampliando a utilização do disco de freio ventilado (aletado), em função do aumento da segurança e redução do custo de manutenção do sistema, devido à redução da fadiga do sistema de freio. Isto motivou a presente pesquisa, cujo objetivo é estudar a usinabilidade de cinco diferentes ligas de ferro fundido cinzento perlítico FC-250 com adição de elementos de liga, como titânio (Ti), cromo (Cr) e molibdênio (Mo). A adição dos elementos de liga aumenta a resistência ao desgaste e a resistência mecânica, resultando em um ferro fundido cinzento perlítico com maior qualidade. Entretanto, o cromo, o molibdênio e o titânio em determinado percentual têm como característica a formação de carbonetos, o que é prejudicial à usinagem. Os efeitos da variação dos elementos de liga na usinagem foram estudados em ensaios de torneamento, processo de faceamento em desbaste, utilizando ferramentas cerâmicas de Si3N4 com revestimento de Al2O3-TiCN e de metal-duro com revestimento de TiN, com velocidade de corte de 800 m/min e 400 m/min, respectivamente, ambas sem fluído de corte. O estudo apresenta a vida das ferramentas cerâmicas e metal-duro nas condições de desbaste da camada bruta de fundição e também o desbaste após a remoção desta camada, onde se pode avaliar a influência dos elementos de liga e a sensível perda de rendimento das ferramentas na remoção da camada bruta de fundição. Também foram realizados testes de desgaste por abrasão do tipo pino-sobre-disco e disco de borracha-areia abrasiva, nas pistas de frenagem desses discos de freio. Conclui-se que há um aumento significativo no desgaste das ferramentas na usinagem da camada bruta de fundição e que não há uma expressiva influência dos elementos de liga na usinabilidade do ferro fundido cinzento ligado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. O presente trabalho trata da influência do enxofre sobre as alterações microestruturais, propriedades mecânicas e usinabilidade do ferro fundido cinzento FC 25. Os corpos de prova para esta pesquisa foram produzidos em condições de fabricação comercial pela Tupy Fundições com teores de enxofre variando de 0,065% a 0,18%. Os efeitos da variação do teor de enxofre sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas do ferro fundido cinzento FC 25 foram analisados através de amostras metalográficas com diferentes técnicas de caracterização microestrutural. As influências do enxofre sobre a usinabilidade do ferro fundido cinzento FC 25 foram estudadas no torneamento externo longitudinal nas velocidades de 100, 150 e 200 m/min, com ferramenta de metal duro sem cobertura, utilizando como critério de avaliação o desgaste de flanco. O aumento na porcentagem do enxofre no ferro fundido cinzento FC 25, de 0,065% para 0,18%, não produziu alterações significativas nas propriedades mecânicas e na microestrutura do material. Constatou-se que para uma efetiva redução do desgaste por adesão, durante a usinagem, a menor área ocupada por sulfeto de manganês deve ser de (18 ± 6) x 10-3 %. A usinabilidade do ferro fundido cinzento FC 25 com 0,12%, 0,15% e 0,18% de enxofre não difere significativamente quando usinado a 150 e 200 m/min. Em relação ao ferro fundido cinzento com 0,12% de enxofre, o material com 0,065% S apresentou uma redução na vida da ferramenta de aproximadamente 24%, 32% e 38%, para as velocidades de 100, 150 e 200 m/min, respectivamente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Neste trabalho são apresentados dois modelos para análise plana de materiais em regime elasto-plástico. Um modelo é chamado de plasticidade J2 baseado na teoria de vonMises com dano isotrópico para análise do comportamento plástico de metais, e o outro modelo, chamado de "Cap" Suave, é baseado nas teorias de Drucker-Prager e Mohr-Coulomb para análise do comportamento de solos. Todas análises e conceitos desenvolvidos são averiguados no âmbito de carregamentos monotônicos. No modelo J2 pode-se avaliar com maior rigor o fenômeno plástico que ocorre nos metais. Dessa forma, torna-se possível avaliar o comportamento material e estrutural de componentes mecânicos que sofrem efeitos de concentração de tensão devidos a: alterações em sua geometria, alterações nas propriedades elásticas ou cargas concentradas. Além do mais, nesse modelo é também implementada uma teoria capaz de analisar o fenômeno do dano, que permite identificar valores de tensões de ruptura do material. A teoria de dano utilizada é fundamentada dentro do enfoque da termodinâmica dos processos irreversíveis e foi desenvolvida basicamente por Lemaitre (1992). No modelo de "Cap" Suave o objetivo principal é avaliar o comportamento de solos, tais como: areias, siltes e argilas. O interesse nesse tipo de avaliação é importante na elaboração de projetos de fundações em geral, principalmente para se estimar capacidades de carga de fundações rasas e na análise de estabilidade de taludes. A resolução dos problemas formulados comesses modelos de plasticidade é incremental, e utiliza um algoritmo da classe de mapeamento de retorno para integrar as equações elasto-plásticas. Como o problema torna-se não linear devido a decomposição aditiva da deformação - problemas de pequena deformação -, faz-se uso também do método de Newton-Raphson para solução do conjunto de equações não lineares locais e globais. Na discretização do domínio sólido o método de elementos finitos é utilizado com um elemento finito quadrático triangular de 6 nós. São mostrados alguns exemplos em estados planos de tensão, deformação e axissimétrico para validação dos modelos plásticos: " Para o modelo J2 com dano isotrópico, exemplos como: placa com furo (EPT), placa em flexão (EPD) e eixo cilídrico chanfrado (Axis). " Para o "Cap"Suave são apresentadas fundações rasas em sapata rígida (EPD) e em sapata rígida circular (Axis), contemplando solos arenosos à argilosos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. O ferro fundido vermicular, também conhecido como Compacted Graphite Iron - CGI, nos últimos anos tem se destacado na indústria automobilística mundial. Sua importância está relacionada principalmente à fabricação de blocos e cabeçotes de motores diesel, além de outras peças automotivas. Os motores diesel, que trabalham com elevadas taxas de compressão, necessitam de uma estrutura rígida para suportar os esforços. No entanto, seu rendimento e emissão de poluentes poderiam ser melhorados se picos de pressão de explosão ainda maiores pudessem ser alcançados. A resistência mecânica do ferro fundido cinzento, material atualmente utilizado na fabricação dos motores diesel, não permite atingir pressões maiores, no entanto, possui características particulares e indispensáveis, tais como boa condutividade térmica e amortecimento de vibrações. Paralelamente, o ferro fundido vermicular aparece como um bom substituto para tais aplicações, pois além de possuir propriedades de condutividade e de amortecimento semelhantes ao cinzento, tem propriedades mecânicas superiores, permitindo a fabricação de motores de melhor desempenho e menor peso. A utilização do ferro fundido vermicular apresenta como desvantagem a maior dificuldade para usiná-lo, isto é, pior usinabilidade em relação ao ferro fundido cinzento. Diante deste fato, o presente trabalho tem como objetivo pesquisar a influência dos parâmetros de fabricação deste ferro fundido vermicular em sua usinabilidade. Os parâmetros de fabricação em estudo são o teor de elementos formadores de perlita e o tempo de desmoldagem. Os materiais foram estudados através de ensaios de furação de longa duração, utilizando brocas helicoidais de metal-duro revestidas com TiAlN. A dissertação contempla ainda uma comparação com a usinabilidade do ferro fundido cinzento - FC-250, atualmente utilizado pela Tupy Fundições na fabricação de blocos e cabeçotes de motores diesel.

Dissertação (mestrado) - Univesidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. As ponteiras de "risers" de exploração de petróleo estão sujeitas ao riscamento na montagem e à corrosão pela água do mar. Como os resultados de sua proteção por níquel químico ou aspersão térmica (AT) até então tiveram falhas, esse trabalho teve por objetivo, avaliar comparativamente o desempenho de revestimentos de diferentes materiais de alta resistência ao desgaste e boa resistência à corrosão (WC-Co, WC-Co-Cr, Cr3C2-NiCr, (WC-12Co) + NiCrFeSiBC e uma liga autofluxante de Ni), aplicados por dois sistemas de AT HVOF de última geração (JP-5000, DJ 2700). Numa primeira fase foram avaliadas a dureza e a microestrutura (dispersão de carbonetos e porosidade) dos revestimentos, depositados conforme procedimentos e parâmetros de aspersão recomendados por duas distintas firmas aplicadoras. Em paralelo foi analisado, por microscopia eletrônica de varredura, o grau de fusão dos diferentes tipos de pós, coletados após aspersão em água, visando um eventual ajuste das condições de aspersão. Foi analisada a influência da granulometria e do tipo de fabricação de pó (aglomerado sinterizado, aspergido sinterizado, misturado e atomizado) sobre o grau de fusão das partículas aspergidas e a porosidade resultante na camada depositada. Revelou-se necessário no caso dos testes iniciais com a pistola DJ 2700, devido a limitação local do sistema fornecedor de oxigênio e propano, reduzir o fluxo de pó alimentado. Em uma segunda fase, em condições otimizadas as camadas obtidas com ambos sistemas HVOF apresentaram baixa porosidade e elevada dureza, com valores acima de 1200HV0,3 (para WC-Co e WC-Co-Cr). Ensaios de desgaste (ASTM G65) mostraram a superior resistência das camadas WC-Co-Cr e WC-Co, em conformidade com o melhor nível de desempenho reportado na literatura para esses materiais. A camada de liga autofluxante NiWCrSiFeC teve o pior comportamento. O material misturado (WC-12Co) + NiCrFeSiBC já obteve uma maior resistência ao desgaste que a liga autofluxate pela presença de partículas duras. Com a esclerometria, empregando um penetrador de CBN, pretendeu-se comparar o comportamento das diferentes camadas quanto à resistência a um riscamento severo e eventual desplacamento em serviço, a partir de uma análise de seu diferente grau de trincamento. Os revestimentos que mais resistiram ao riscamento foram os de WC-Co e WC-Co-Cr. Apesar da formação de micro-trincas associadas ao risco da ferramenta, não foi constatado desplacamento a ponto de atingir o substrato. De acordo com os resultados desse trabalho sobre suas características mecânicas (resistência ao desgaste abrasivo e ao riscamento) e da literatura quanto sua resistência à corrosão em névoa salina, dentre os materiais avaliados o WC-Co-Cr seria o melhor candidato para substituir os revestimentos atualmente empregados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência da minimização e eliminação do fluido de corte no comportamento dos esforços de usinagem, do desgaste de flanco e da qualidade dos furos obtidos na furação com broca helicoidal. Além disso, visa avaliar o desempenho do revestimento das ferramentas nestas condições de trabalho. Para tal, usinou-se com quatro condições distintas de refrigeração e lubrificação, sendo estas a usinagem a seco, com emulsão e com mínimas quantidades de fluido de corte de origem vegetal e mineral. Foram ensaiadas brocas helicoidais de aço-rápido com e sem revestimento e de metal-duro classe P40 revestidas. Como material usinado utilizaram-se corpos de prova de aço ABNT1040. Os resultados obtidos mostraram que a usinagem com emulsão nem sempre é benéfica ao processo. A usinagem com MQFC mostrou ser uma alternativa viável para substituir esta forma de lubrificação e refrigeração. A usinagem a seco por sua vez, mostrou ser muito severa na maioria dos casos, sendo necessária a reavaliação dos parâmetros de processo para se usinar nesta condição. Em relação ao tempo de vida, as de aço-rápido revestidas atingiram maiores valores. As brocas de metal-duro revestidas com TiN, em termos de desgaste de flanco, tiveram melhor desempenho na usinagem a seco e com MQFC. Já para as brocas revestidas com TiAlN, os melhores resultados foram na usinagem com emulsão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Neste trabalho são apresentadas características da resultante de força Fxy, seu ângulo de direção e, em alguns casos, as componentes Fx, Fy e Fz em dois modos de fresamento: topo reto com velocidades de corte convencionais e topo esférico com altas velocidades de corte. No primeiro modo foram avaliados os efeitos da excentricidade, da vibração auto-excitada e de parâmetros de corte (d, z e ae). Nos ensaios com vc convencional também foram avaliadas a influência do fresamento a seco, com emulsão, com minimização de fluido de corte, além da vc e do uso de 5% de cobalto no aço-rápido na evolução de Fxy com o desgaste. Nos ensaios com alta vc, devido à limitação da freqüência de ressonância do dinamômetro piezelétrico, analisou-se somente a componente estática de Fxy, medida para várias inclinações da fresa em relação à superfície fresada, no fresamento concordante, discordante e combinado. Obtiveram-se padrões de comportamento que podem ser utilizados na determinação de estratégias de fresamento.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico Este trabalho identifica as características relevantes de usinabilidade aplicadas ao processo de fresamento de superfícies de forma livre em materiais utilizados nas cavidades de ferramentas de moldagem de plásticos. O espectro dos materiais escolhidos para este estudo é determinado em função da aplicação específica no setor de moldes. Para moldes de média e alta produção, realiza-se o estudo em um aço inoxidável martensítico (ABNT 420), tipicamente utilizado, e verifica-se a possibilidade de usinagem no estado temperado, desde a etapa de desbaste até o acabamento. Para moldes de pequena produção realiza-se o estudo em uma liga de alumínio (AMP8000), de alta resistência mecânica, com crescente aplicação no chão-de-fábrica. Aborda-se também a usinagem da liga de cobre de alta resistência (Cu-Be), utilizada, principalmente, em regiões com necessidade de elevadas condutividades térmicas.Primeiramente, analisam-se as características de contato ferramenta/peça do processo e as influências dos parâmetros de corte com foco sobre a vida da ferramenta, forma de cavaco e potência de corte (Pc) para a etapa de desbaste em 2 ½ eixos e sobre a otimização do acabamento superficial e a diminuição do desvio de forma para a etapa de acabamento em 3 eixos. A partir de então, estuda-se separadamente a usinabilidade dos três materiais, com enfoques distintos, conforme a necessidade de aplicação. Associa-se a pesquisa no aço temperado à compreensão do processo e à identificação de materiais e de geometrias de ferramentas para desbaste e acabamento. Já nos estudos da usinabilidade das ligas de cobre (Cu-Be) e de alumínio (AMP8000) objetiva-se o aumento do rendimento da usinagem, com a possibilidade de aplicação de parâmetros de corte elevados. A respeito do fresamento do aço inoxidável martensítico, conclui-se a necessidade do uso de metal duro da classe K03 com micro-grãos, inclusive em comparação com as ferramentas de CBN. Quanto mais fino o tamanho de grão, maior a tenacidade e resistência ao desgaste do gume. Para o desbaste, recomenda-se o uso de ferramentas de topo reto, multi-cortantes (6 dentes), com ângulo de hélice (?) elevado, de modo que ocorra a sobreposição dos gumes, diminuindo o gradiente de esforços ao longo do corte e com canais rasos, aumentando a estabilidade da ferramenta de corte. O fresamento de cavidades de moldes de aço ABNT 420 realiza-se, necessariamente, em sentido concordante, sem fluido de corte e a programação das estratégias de usinagem deve considerar inicialmente, a redução dos raios de contornos e equiparação dos volumes resultantes das sobremedidas de usinagem. Uma vez realizadas, é possível a utilização de altas velocidades de corte. A respeito do fresamento da liga de cobre (Cu-Be), conclui-se que o espectro de ferramentas utilizadas pode ser o mesmo das empregadas para o aço ABNT 420 e os parâmetros de corte, os mesmos aplicados para aços nessa faixa de dureza (40 HRC). Deve-se realizar o acabamento com fluido de corte para evitar os incovenientes do retorno de cavaco para a superfície usinada.

Tese de mestr.. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 1997. Neste trabalho, é apresentada uma teoria capaz de analisar o dano de fadiga de baixo ciclo em componentes mecânicos juntamente com um algoritmo, da classe de mapeamento de retorno, que integra as equações de elasto-plasticidade acoplada com dano. A teoria foi desenvolvida basicamente por Lemaitre (1992) e está fundamentada dentro do enfoque da termodinâmica dos processos irreversíveis. Este modelo considera o dano como sendo de caráter isotrópico e leva em consideração na análise elasto-plástica o endurecimento isotrópico e cinemático, ambos não lineares e dependentes da deformação plástica. O modelo de dano incorpora ainda o efeito do fechamento das microtrincas, que consiste na diferenciação da tensão efetiva entre o estado de tração e o estado de compressão do material. A introdução deste parâmetro torna necessária a partição do campo de tensões em uma parte positiva e em uma parte negativa. Já o algoritmo, apresentado por Simo & Taylor (1986) e generalizado por Benallal et al (1988), utiliza o método de Newton--Raphson tanto para a solução do conjunto de equações não lineares globais como para a solução do conjunto de equações não lineares locais. O método de elementos finitos é utilizado para a discretização do domínio em questão e o elemento finito utilizado é o quadrilátero completo de nove nós, classe Lagrangeana. Exemplos de fadiga de baixo ciclo unidimensional e bidimensional, estas sob a hipótese de estado plano de tensão, são apresentadas afim de poder acompanhar a evolução da variável de dano e também das demais variáveis de estado.

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal testar a viabilidade de obtenção de estruturas reofundidas em aço ferramenta M-2, via tratamento termico de estruturas convencionais, em temperaturas superiores a solidus. Foi analisada a influencia dos parametros de processo (temperatura, taxa de deformação previa e tempo e tempo de tratamento) na estrutura produzida...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: This work has the main purpose to analyse the possibility of production of high alloyed M-2 tool steel rheocast slurries by simply heat treating, above solidus temperatura, conventional rolled condition) structures. It is analysed the influence of process parameters treatment temperature and time and degree of previous deformation in the obtained structures...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Florianópolis, 1991 Este trabalho tem por objetivo qualificar a resistência ao desgaste abrasivo de metais duros, compostos por carboneto de tungstênio e ligantes à base de níquel, endurecidos por elementos em solução sólida dissolvidos "in situ"(durante a sinterização). Esses ligantes foram desenvolvidos em trabalhos anteriores no LABMAT (Laboratório de Materiais - Eng Mecanica da UFSC). Devido aos empirismos das técnicas de medição de desgaste, as comparações dos resultados do novo metal duro foram feitas com o convencional (WC-Co) submetido ao mesmo ensaio. Com os resultados obtidos, vários gráficos foram traçados mostrando interessantes relações entre a propriedade da resistência ao desgaste abrasivo e outras propriedades e características.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Florianópolis, 1990 Neste trabalho, novas ligas são desenvolvidas baseando-se no conhecimento das interações que ocorrem entre o cobalto e os carbonetos dos metais duros. As propriedades exigidas dessas ligas são mantidas e até mesmo melhoradas. Desta forma, os metais duros desenvolvidos no presente trabalho não utilizam o cobalto e são excelentes alternativas em várias aplicações de engenharia. Inicialmente é apresentada uma introdução suscinta, situando o leitor no campo dos metais duros. Posteriormente é apresentada, no segundo capítulo, uma ampla e atualizada revisão de aspectos envolvidos na caracterização e produção de metais duros. No terceiro capítulo faz-se uma revisão dos metais duros à base de WC-Co, ressaltando-se aspectos tais como características do WC e do Co, composição da fase ligante, morfologia microestrutural, tensões residuais, mecanismo de deformação, propagação de trincas e fratura. O quarto capítulo trata das tendências nas pesquisas visando substituir o cobalto. A metodologia, bem como o procedimento experimental, são abordados no quinto capítulo. No sexto capítulo trata-se da preparação das amostras e realização dos ensaios. Os resultados experimentais e apresentação de dados são introduzidos no capitulo sétimo e oitavo. O ligante à base de Fe-Mn-Al-Si-C é explorado no sétimo capítulo e os ligantes à base de níquel são tratados no oitavo capítulo. Levando-se em conta o custo e a simplicidade metalúrgic, o ligante à base de níquel endurecido por silício é melhor. No nono capítulo discutem-se os resultados, enfatizando-se os ligantes à base de níquel. Para maior confiabilidade, os resultados são enquadrados numa distribuição estatística de Weibull. O último capítulo reserva-se às conclusões e sugestões finais, onde se recomenda especialmente o endurecimento de ligantes à base de níquel por cromo, molibdênio e titânio, introduzidos na forma de nitretos. No final, dados e informações complementares são apresentados nos apêndices.

Orientador : Rezende Gomes dos Santos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental do processo de solidificação de metais, com temperatura inicial acima da temperatura de fusão, em moldes cilíndricos refrigerados. Inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica dos principais métodos de análise da transferência de calor em sistemas metal/ molde. Em seguida, utilizando um dispositivo simulador de solidificação radial em geometrias cilíndricas, foram obtidos resultados experimentais do tempo em função da espessura solidificada. Posteriormente foi desenvolvido um método para a análise da cinética de solidificação de metais superaquecidos em moldes cilíndricos refrigerados e os resultados obtidos com o emprego do mesmo foram comparados com os valores experimentais. Possíveis aplicações do método proposto na solução de problemas práticos de fundição são apresentadas. Finalmente e apresentado um estudo comparativo da cinética de metais solidificados em moldes com geometrias plana, cilíndrica e esférica Abstract: This work presents a theoretical-experimental study on the solidification of metals, initially at a temperature above the melting point, in cooled cylindrical moulds. A literature survey was carried out regarding the heat transfer methods applied to solidification in metal/mould systems. Using a radial water cooled device simulating the solidification of cylindrical geometries, experimental values of the solidified thickness as function of time were obtained. A method was developed to analyse the solidification kinetics of superheated metals in cooled cylindrical moulds and the predictions furnished by this method were compared with the experimental data. Possible applications of the proposed method to the solution of practical problems in the foundry process 3re presented. Finally a comparative study of the solidification kinetics of solidified metals in plane, cylindrical and spherical geometries is presented Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecãnica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Mecânica.

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