MACHINING OF MMCs: A REVIEW

Over the last few decades, Metal Matrix Composites (MMCs) have emerged as a material system offering tremendous potential for future applications. The primary advantages offered by these materials are their improved mechanical properties, particularly in the areas of wear, strength and stiffness. Of the MMCs, Aluminum matrix composites have grown in prominence due to their low density, low melting point and low cost. However, machining these materials remains a challenging task mainly due to the high abrasiveness of the reinforcing phases. Conventional machining processes such as turning, milling or drilling are adopted for machining MMCs. In this article, the existing and ongoing developments in machining MMCs vis-a-vis tool life, tool wear, machinability and understanding chip formation mechanism have been highlighted. Most of the studies discussed in this review will focus on Aluminum matrix composites. Certain areas of machining studies which have hitherto not been investigated have also been detailed.

Fabricación de Blisks aeronáuticos mediante electroerosión (EDM)

[ES]En el mundo de la aeronáutica cada vez más se utilizan materiales de alta dureza y baja maquinabilidad. Por ello la necesidad de utilización de métodos de fabricación no convencionales de mecanizado. Para la fabricación de los Blisks, la electroerosión resulta un proceso ventajoso frente a otros procesos. En este trabajo se va llevar a cabo las etapas de puesta a punto de utillajes, mecanizado y control dimensional de los álabes mecanizados.

Mecanizado por torneado en duro

[ES]Los objetivos del siguiente trabajo consisten en analizar e optimizar el proceso del torneado en duro del acero ASP-23 indagando de especial manera en la realización de diferentes soluciones para brochas. En este caso, este proyecto nace de la importancia de reducir así como los costes económicos y los costes temporales de fabricación de elementos basados en el acero ASP-23 mediante el torneado en duro; proceso de mecanizado, cuya importancia cada vez es mayor como en las industrias de automoción o aeronáutica. El desarrollo del proyecto es fruto de la necesidad de EKIN S. Coop, uno de los líderes en los procesos de máquina-herramienta de alta precisión para el brochado, de desarrollar un proceso de mecanizado más eficaz de las brochas que produce. Así en el aula máquina-herramienta (ETSIB) se han intentado demostrar los beneficios que tiene el torneado en duro en el mecanizado del ASP-23. Hoy en día, con el rápido desarrollo de nuevos materiales, los procesos de fabricación se están haciendo cada vez más complejos, por la amplia variedad de maquinas con las que se realizan los procesos, por la variedad de geometría/material de las herramientas empleadas, por las propiedades del material de la pieza a mecanizar, por los parámetros de corte tan variados con los que podemos implementar el proceso (profundidad de corte, velocidad, alimentación...) y por la diversidad de elementos de sujeción utilizados. Además debemos ser conscientes de que tal variedad implica grandes magnitudes de deformaciones, velocidades y temperaturas. He aquí la justificación y el gran interés en el proyecto a realizar. Por ello, en este proyecto intentamos dar un pequeño paso en el conocimiento del proceso del torneado en duro de aceros con poca maquinabilidad, siendo conscientes de la amplia variedad y dificultad del avance en la ingeniería de fabricación y del mucho trabajo que queda por hacer.

Estudio del rectificado de Inconel 718

[ES]Cada vez más industrias como las aeronáuticas o espaciales buscan nuevos materiales con excelentes propiedades hoy en día. Sin embargo, estos materiales suelen presentar hándicaps como por ejemplo su maquinabilidad. Mediante este TFG, se estudiará el rectificado de uno de estos materiales, el Inconel 718. Para conseguir los objetivos, este TFG se elaborará en varias etapas. Primero es necesario conocer las propiedades del Inconel 718 y analizarlas. Tras esto, se realizará el mismo proceso con el proceso de rectificado, haciendo hincapié en el desgaste de muelas; para finalmente, encontrar soluciones y alternativas que optimicen el proceso de rectificado. La ejecución de este TFG permitirá comprender y minimizar el desgaste de las muelas durante el proceso de rectificado.

Evaluation of drilling process in Ti6Al4V using 3D FE simulation

Drilling of Ti6Al4V is investigated experimentally and numerically. A 3D finite element model developed based on Lagrangian approach using commercial finite element software ABAQUS/explicit. 3D complex drill geometry is included in the model. The drilling process simulations are performed at the combinations of three cutting speed and four feed rates. The effects of cutting parameters on the induced thrust force and torque are predicted by the developed model. For validation purpose, experimental trials have been performed in similar condition to the simulations. The forces and torques measured during experiment are compared to the results of the finite element analysis. The agreement of the experimental results for force and torque values with the FE results is very good. Moreover, surface roughness of the holes was measured for mapping of machining. Copyright © 2013 Inderscience Enterprises Ltd.

Molecular dynamics simulation investigation on the plastic flow behaviour of silicon during nanometric cutting

Molecular dynamics (MD) simulation was carried out to acquire an in-depth understanding of the flow behaviour of single crystal silicon during nanometric cutting on three principal crystallographic planes and at different cutting temperatures. The key findings were that (i) the substrate material underneath the cutting tool was observed for the first time to experience a rotational flow akin to fluids at all the tested temperatures up to 1200 K. (ii) The degree of flow in terms of vorticity was found higher on the (1 1 1) crystal plane signifying better machinability on this orientation in accord with the current pool of knowledge (iii) an increase in the machining temperature reduces the springback effect and thereby the elastic recovery and (iv) the cutting orientation and the cutting temperature showed significant dependence on the location of the stagnation region in the cutting zone of the substrate.

Estudo da maquinabilidade das ligas Ti-6Al-4V e Co-28Cr-6Mo na fresagem de dispositivos biomédicos

Os estudos de maquinabilidade de biomateriais e outros materiais aplicados na área médica são extensos. Todavia, muitos destes estudos recorrem a modelos de geometria regular e operações elementares de maquinagem. Relativamente a estas, os estudos académicos atualmente disponíveis mostram que a tecnologia preferencial é o torneamento, opção que se fundamenta na simplicidade de análise (corte ortogonal). Saliente-se ainda que, neste contexto, a liga de titânio Ti-6Al-4V constitui o biomaterial mais utilizado. Numa perspetiva complementar, refira-se que as publicações científicas evidenciam que a informação disponível sobre a fresagem Ti-6Al-4V não é muito extensa e a do Co-28Cr-6Mo é quase inexistente. A presente dissertação enquadra-se neste domínio e representa mais uma contribuição para o estudo da maquinabilidade das ligas de Titânio e de crómio-cobalto. A aplicação de operações de maquinagem complexas, através do recurso a programas informáticos de fabrico assistido por computador (CAM), em geometrias complexas, como é o caso das próteses femorais anatómicas, e o estudo comparativo da maquinabilidade das ligas Co-28Cr-6Mo e Ti-6Al-4V, constituem os objetivos fundamentais deste trabalho de doutoramento. Neste trabalho aborda-se a problemática da maquinabilidade das ligas metálicas usadas nos implantes ortopédicos, nomeadamente as ligas de titânio, de crómiocobalto e os aços Inoxidáveis. Efetua-se ainda um estudo da maquinagem de uma prótese femoral com uma forma geométrica complexa, onde as operações de corte foram geradas recorrendo às tecnologias de fabrico assistido por computador (CAD/CAM). Posteriormente, procedeu-se ao estudo da maquinabilidade das duas ligas usadas neste trabalho, dando uma atenção particular à determinação das forças de corte para diferentes velocidades de corte. Para além da monitorização da evolução da força de corte, o desgaste das ferramentas, a dureza e a rugosidade foram avaliadas, em função da velocidade de corte imposta. Por fim, com base nas estratégias de maquinagem adotadas, analisa-se a maquinabilidade e selecionam-se os parâmetros de corte mais favoráveis para as ligas de Titânio e Crómio-cobalto. Os resultados obtidos mostram que a liga de crómio-cobalto induz maior valor de força de corte do que a liga de titânio. Observa-se um aumento progressivo das forças de corte quando a velocidade de corte aumenta, até atingir o valor máximo para a velocidade de corte de 80m/min, após a qual, a força de corte tende a diminuir. Apesar do fabricante das ferramentas recomendar a velocidade de corte de 50 m/min para ambos os materiais, conclui-se que a velocidade de corte de 65 m/min induz o mesmo desgaste na ferramenta de corte no caso da liga de titânio, e menor desgaste no caso da liga de crómio-cobalto.

Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

Sol-Gel Alumina Nano Composites for Functional Applications

The thesis entitled "Sol-Gel Alumina Nano Composites for Functional Applications" investigate sol-gel methods of synthesis of alumina nanocomposites special reference to alumina-aluminium titanate and alumina-lanthanum phosphate composites. The functional properties such as thermal expansion coefficient and thermal shock resistance, machinability of composites as well as thermal protection are highlighted in addition to novel approach in synthesis of composites.A general introduction of alumina matrix composites materials, followed by brief coverage of alumina-aluminium titanate and alumina-lanthanum phosphate composites is highlight of the first chapter. The second chapter deals with the sol-gel synthesis of aluminium titanate and alumina-aluminium titanate composite. The synthesis of machinable substrate, based on alumina and lanthanum phosphate forms the basis of the third chapter. The fourth chapter describes the sol-gel coating of mullite on SiC substrate for the possible gas filtration application.

A sustainable alternative for cooling the machining processes using a refrigerant fluid in recirculation inside the toolholder

This article presents a cooling system for cutting tool in turning based in a toolholder with cooling fluid flowing inside its body being that this fluid must necessarily be able to phase change due to heat generated from machining processes. In this way, the fluid evaporates just under the cutting tool allowing a heat transfer more efficient than if were used a fluid without phase change once the latent heat of evaporation is beneficial for removal heat. Following, the cooling fluid evaporated passes through a condenser located out of the toolholder where it is condensated and returns to the toolholder again and a new cycle is started. In this study, the R-123, a hydrochlorofluorocarbon (HCFC) fluid, was selected for the turning of a Cr-Ni-Nb-Mn-N austenitic steel of hard machinability. The machining tests were carried out under three different machining conditions: dry machining, external cutting fluid (conventional method), and with the toolholder proposed. As result, the developed system allows a surface roughness up to 10% better than dry machining and a tool life close to the conventional method, but 32% superior to dry machining; moreover, there are environmental and economics advantages once the cooling fluid is maintained in a loop circuit.

STUDY of THE TURNING NICKEL BASE ALLOY PYROMET (R) 31V (SAE HEV8)

Considering the constant technological developments in the aeronautical, space, automotive, shipbuilding, nuclear and petrochemical fields, among others, the use of materials with high strength mechanical capabilities at high temperatures has been increasingly used. Among the materials that meet the mechanical strength and corrosion properties at temperatures around 815 degrees C one can find the nickel base alloy Pyromet 31V (SAE HEV8). This alloy is commonly applied in the manufacturing of high power diesel engines exhaust valves where it is required high resistance to sulphide, corrosion and good resistance to creep. However, due to its high mechanical strength and low thermal conductivity its machinability is made difficult, creating major challenges in the analysis of the best combinations among machining parameters and cutting tools to be used. Its low thermal conductivity results in a concentration of heat at high temperatures in the interfaces of workpiece-tool and tool-chip, consequently accelerating the tools wearing and increasing production costs. This work aimed to study the machinability, using the carbide coated and uncoated tools, of the hot-rolled Pyromet 31V alloy with hardness between 41.5 and 42.5 HRC. The nickel base alloy used consists essentially of the following components: 56.5% Ni, 22.5% Cr, 2,2% Ti, 0,04% C, 1,2% Al, 0.85% Nb and the rest of iron. Through the turning of this alloy we able to analyze the working mechanisms of wear on tools and evaluate the roughness provided on the cutting parameters used. The tests were performed on a CNC lathe machine using the coated carbide tool TNMG 160408-23 Class 1005 (ISO S15) and uncoated tools TNMG 160408-23 Class H13A (ISO S15). Cutting fluid was used so abundantly and cutting speeds were fixed in 75 and 90 m/min. to feed rates that ranged from 0.12, 0.15, 0.18 and 0.21 mm/rev, and cutting depth of 0.8mm. The results of the comparison between uncoated tools and coated ones presented a machined length of just 30% to the first in relation to the performance of the second. The coated tools has obtained its best result for both 75 and 90 m/min. with feed rate of 0.15 mm/rev, unlike the uncoated tool which obtained its better results to 0.12 mm/rev.

Monitoring the dressing operation in the grinding process

This work was based on a methodology of development and experimentation, and involved monitoring the dressing operation by processing the acoustic emission and electric power signals to detect the optimal dressing moment. Dressing tests were performed in a surface grinding machine with an aluminium grinding wheel. Dressing analysis software was developed and used to process the signals collected earlier in order to analyse not only the dressing parameters but also the software's ability to indicate the instant when the dressing operation could be concluded. Parameters used in the study of burn in grinding were implemented in order to ascertain if they would also prove efficient in monitoring dressing. A comparative study revealed that some parameters are capable of monitoring the dressing operation. It was possible to verify the parameters effectiveness that today are utilised in burning to monitor dressing as well as to create new parameters for monitoring this operation. Copyright © 2009, Inderscience Publishers.

Rough turning of titanium alloy (6Al-4V)

Metal machining is the complex process due the used cutting parameters. In metal cutting process, materials of workpiece differ widely in their ability to deform plastically, to fracture and to sustain tensile stresses. Moreover, the material involved in the process has a great influence in these operations. The Ti-6Al-4V alloy is very used in the aeronautical industry, mainly in the manufacture of engines, has very important properties such the mechanical and corrosion resistance in high te mperatures. The turning of the Ti-Al-4V alloy is very difficult due the rapid tool wear. Such behavior result of the its low thermal conductivity in addition the high reactivity with the cutting tool. The formed chip is segmented and regions of the large deformation named shear bands plows formed. The machinability of the cutting process can be evaluated by several measures including power consume, machined surface quality, tool wear, tool life, microstructure and morphology of the obtained chip. This paper studies the effect of cutting parameters, speed and feed rates, in the tool wear and chip properties using uncoating cemented carbide tool. Microe-structural characterization of the chip and tool wear was performed using scanning electron microscopy (SEM) and Light Optical Mcroscopy (LOM).

Resistência da linha de cola em superfícies lixadas da madeira de eucalipto

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A valiação da integridade superficial e usinabilidade de engrenagens forjadas utilizando fresamento com alta velocidade de corte

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)