Evaluation of the performance of α-SiAlON tool when turning Ti-6Al-4V alloy without coolant

Due to their high hardness and wear resistance, Si3N4 based ceramics are one of the most suitable cutting tool materials for machining cast iron, nickel alloys and hardened steels. However, their high degree of brittleness usually leads to inconsistent results and sudden catastrophic failures. This necessitates a process optimization when machining superalloys with Si3N4 based ceramic cutting tools. The tools are expected to withstand the heat and pressure developed when machining at higher cutting conditions because of their high hardness and melting point. This paper evaluates the performance of α-SiAlON tool in turning Ti-6Al-4V alloy at high cutting conditions, up to 250 m min-1, without coolant. Tool wear, failure modes and temperature were monitored to access the performance of the cutting tool. Test results showed that the performance of α-SiAl0N tool, in terms of tool life, at the cutting conditions investigated is relatively poor due probably to rapid notching and excessive chipping of the cutting edge. These facts are associated with adhesion and diffusion wear rate that tends to weaken the bond strength of the cutting tool.

Proposta de uma máquina para processo de abrasão baseado na combinação de algumas características da lapidação e retificação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da usinabilidade do aço inoxidável martensítico AISI 410

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeito do fresamento com alta velocidade de corte na integridade superficial de aços ferríticos com grãos ultrafinos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelagem térmica para avaliação da temperatura no fresamento de aços para moldes e matrizes

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Redes neurais: aplicação no monitoramento da vida de ferramentas de corte

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Monitoramento da dressagem do processo de retificação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação energética e custo de produção da cana–de açúcar (Saccharum) do preparo de solo ao 5ºcorte

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Aspectos da furação do titânio 6Al4V com broca de aço rápido sinterizado e broca de metal duro

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo do comportamento de discos abrasivos, em operações do tipo Cut-off por mergulho basculante, submetidos à diversas condições de corte sem lubrificação

O corte de aços por disco abrasivo é um dos processos que apresentam as melhores características de economia, eficiência e rapidez, e ainda hoje é muito utilizado no meio industrial se comparado a outros processos tradicionais de corte como o cisalhamento (tesourão), torneamento (sangramento), serragem com serras metálicas, serragem por atrito com lâminas circulares sem dentes e chama oxi-acetileno. Da literatura formal mais recente, nota-se que durante os últimos anos as máquinas para a realização dos cortes foram inovadas. Entretanto, esta atenção não foi dada à ferramenta de corte abrasiva. A falta de literatura técnica dificulta a escolha das condições de corte e da sua otimização no meio industrial. Este fato é agravado pela grande diversidade de discos abrasivos disponíveis no mercado, com diferentes qualidades e preço. As decisões sobre as condições de corte são baseadas em experiências pessoais, sem critério definido, e freqüentemente desprezam os aspectos de segurança inerentes ao processo. A concorrência estrangeira, através da globalização da economia, está obrigando as indústrias nacionais a atenderem os padrões internacionais de qualidade e desempenho. Uma forma das indústrias nacionais tornarem-se mais competitivas é através do conhecimento detalhado das operações de corte com discos abrasivos. Neste trabalho é apresentado um estudo sobre o comportamento de discos abrasivos, submetidos a diversas condições de corte. Os resultados são discutidos em função da análise da velocidade de corte, velocidade de mergulho do disco abrasivo na peça, força tangencial de corte média, tempo de corte e relação G.

Análise do acabamento superficial e força de corte no torneamento de alumina a verde

In experimental conditions, cutting forces were studied during turning of green alumina billets, including their correlation with surface aspects of the workpiece. The correlation between cutting power and the removal rate are important parameters for defining the design of ceramic products, since inadequate parameters can produce excessive surface damage to the workpiece. This study examined the forces obtained during turning of alumina workpieces with 99.8% purity in their green state, by means of a three-point dynamometer, evaluating the cutting, feed and depth forces, using a cermet tool under constant machining conditions. Variables were compared with the forces, including surface finish, tool wear and temperature during machining. In the study, it was found that the depth of cut had no significant effect on the surface quality, and the cutting speed and feed influencing the finish. However, preliminary tests for selecting the cutting conditions showed that unsuitables cutting speeds and feeds generate severe damage to the workpiece surface. The best condition was 1.00 mm depth of cut, and the forces increasedfor with each pass performed, with the feed force the variable with greatest increases in relation to the cutting and depth forces, and wear of the cutting tool directly influenced the surface finish, generated by the highly abrasive nature of the alumina particles of the green compact. It is emphasized that the alumina in its green state showed high abrasive effect on the cutting tool during the turning process and the surface finishing of the green workpiece had a direct influence on the sintered workpiece.

Estudo da aplicação de mínima quantidade de fluido no fresamento de acabamento da liga Ti-6Al-4V

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

A STUDY ON THE FEASIBILITY OF UNIVERSAL CHIP CONTROL IN MACHINING

A novel solution to the long standing issue of chip entanglement and breakage in metal cutting is presented in this dissertation. Through this work, an attempt is made to achieve universal chip control in machining by using chip guidance and subsequent breakage by backward bending (tensile loading of the chip's rough top surface) to effectively control long continuous chips into small segments. One big limitation of using chip breaker geometries in disposable carbide inserts is that the application range is limited to a narrow band depending on cutting conditions. Even within a recommended operating range, chip breakers do not function effectively as designed due to the inherent variations of the cutting process. Moreover, for a particular process, matching the chip breaker geometry with the right cutting conditions to achieve effective chip control is a very iterative process. The existence of a large variety of proprietary chip breaker designs further exacerbates the problem of easily implementing a robust and comprehensive chip control technique. To address the need for a robust and universal chip control technique, a new method is proposed in this work. By using a single tool top form geometry coupled with a tooling system for inducing chip breaking by backward bending, the proposed method achieves comprehensive chip control over a wide range of cutting conditions. A geometry based model is developed to predict a variable edge inclination angle that guides the chip flow to a predetermined target location. Chip kinematics for the new tool geometry is examined via photographic evidence from experimental cutting trials. Both qualitative and quantitative methods are used to characterize the chip kinematics. Results from the chip characterization studies indicate that the chip flow and final form show a remarkable consistency across multiple levels of workpiece and tool configurations as well as cutting conditions. A new tooling system is then designed to comprehensively break the chip by backward bending. Test results with the new tooling system prove that by utilizing the chip guidance and backward bending mechanism, long continuous chips can be more consistently broken into smaller segments that are generally deemed acceptable or good chips. It is found that the proposed tool can be applied effectively over a wider range of cutting conditions than present chip breakers thus taking possibly the first step towards achieving universal chip control in machining.

Estudo da geometria da aresta de corte de ferramentas aplicadas ao torneamento de superligas à base de níquel com alta velocidade de corte

Pesquisadores e indústrias de todo o mundo estão firmemente comprometidos com o propósito de fazer o processo de usinagem ser precisamente veloz e produtivo. A forte concorrência mundial gerou a procura por processos de usinagem econômicos, com grande capacidade de produção de cavacos e que produzam peças com elevada qualidade. Dentre as novas tecnologias que começaram a ser empregadas, e deve tornar-se o caminho certo a ser trilhado na busca da competitividade em curto espaço de tempo, está a tecnologia de usinagem com altas velocidades (HSM de High Speed Machining). A tecnologia HSM surge como componente essencial na otimização dos esforços para manutenção e aumento da competitividade global das empresas. Durante os últimos anos a usinagem com alta velocidade tem ganhado grande importância, sendo dada uma maior atenção ao desenvolvimento e à disponibilização no mercado de máquinas-ferramentas com rotações muito elevadas (20.000 - 100.000 rpm). O processo de usinagem com alta velocidade está sendo usado não apenas para ligas de alumínio e cobre, mas também para materiais de difícil usinabilidade, como os aços temperados e superligas à base de níquel. Porém, quando se trata de materiais de difícil corte, têm-se observado poucas publicações, principalmente no processo de torneamento. Mas, antes que a tecnologia HSM possa ser empregada de uma forma econômica, todos os componentes envolvidos no processo de usinagem, incluindo a máquina, o eixo-árvore, a ferramenta e o pessoal, precisam estar afinados com as peculiaridades deste novo processo. No que diz respeito às máquinas-ferramenta, isto significa que elas têm que satisfazer requisitos particulares de segurança. As ferramentas, devido à otimização de suas geometrias, substratos e revestimentos, contribuem para o sucesso deste processo. O presente trabalho objetiva estudar o comportamento de diversas geometrias ) de insertos de cerâmica (Al2O3 + SiCw e Al2O3 + TIC) e PCBN com duas concentrações de CBN na forma padrão, assim como modificações na geometria das arestas de corte empregadas em torneamento com alta velocidade em superligas à base de níquel (Inconel 718 e Waspaloy). Os materiais foram tratados termicamente para dureza de 44 e 40 HRC respectivamente, e usinados sob condição de corte a seco e com utilização da técnica de mínima quantidade de lubrificante (minimal quantity lubricant - MQL) visando atender requisitos ambientais. As superligas à base de níquel são conhecidas como materiais de difícil usinabilidade devido à alta dureza, alta resistência mecânica em alta temperatura, afinidade para reagir com materiais da ferramenta e baixa condutividade térmica. A usinagem de superligas afeta negativamente a integridade da peça. Por essa razão, cuidados especiais devem ser tomados para assegurar a vida da ferramenta e a integridade superficial de componentes usinados por intermédio de controle dos principais parâmetros de usinagem. Experimentos foram realizados sob diversas condições de corte e geometrias de ferramentas para avaliação dos parâmetros: força de corte, temperatura, emissão acústica e integridade superficial (rugosidade superficial, tensão residual, microdureza e microestrutura) e mecanismos de desgaste. Mediante os resultados apresentados, recomenda-se à geometria de melhor desempenho nos parâmetros citados e confirma-se a eficiência da técnica MQL. Dentre as ferramentas e geometrias testadas, a que apresentou melhor desempenho foi a ferramenta cerâmica CC650 seguida da ferramenta cerâmica CC670 ambas com formato redondo e geometria 2 (chanfro em T de 0,15 x 15º com raio de aresta de 0,03 mm).

Influence of drill speed and feed rate on bone damage

Implant failures and postoperative complications are often associated to the bone drilling. Estimation and control of drilling parameters are critical to prevent mechanical damage to the bone tissues. For better performance of the drilling procedures, it is essential to understand the mechanical behaviour of bones that leads to their failures and consequently to improve the cutting conditions. This paper investigates the effect of drill speed and feed-rate on mechanical damage during drilling of solid rigid foam materials, with similar mechanical properties to the human bone. Experimental tests were conducted on biomechanical blocks instrumented with strain gauges to assess the drill speed and feed-rate influence. A three-dimensional dynamic finite element model to predict the bone stresses, as a function of drilling conditions, drill geometry and bone model, was developed. These simulations incorporate the dynamic characteristics involved in the drilling process. The element removal scheme is taken into account and allows advanced simulations of tool penetration and material removal. Experimental and numerical results show that generated stresses in the material tend to increase with tool penetration. Higher drill speed leads to an increase of von-Mises stresses and strains in the solid rigid foams. However, when the feed-rate is higher, the stresses and strains are lower. The numerical normal stresses and strains are found to be in good agreement with experimental results. The models could be an accurate analysis tool to simulate the stresses distribution in the bone during the drilling process.