Estudos de processos térmicos decorrentes da usinagem: aplicação de
problemas inversos em furação

Sousa, Priscila Ferreira Barbosa de

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14687

Document type:	Tese
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Estudos de processos térmicos decorrentes da usinagem: aplicação de problemas inversos em furação
Alternate title (s):	Thermal studies of cutting process. Inverse problem application in drilling
Author:	Sousa, Priscila Ferreira Barbosa de
First Advisor:	Guimarães, Gilmar
First coorientator:	Borges, Valério Luiz
First member of the Committee:	Carvalho, João Carlos Mendes
Second member of the Committee:	Silva, Márcio Bacci da
Third member of the Committee:	Seixlack, André Luiz
Fourth member of the Committee:	Robertis, Eveline de
Summary:	A geração de calor devido ao atrito é um problema comum nos diversos processos de usinagem. Entretanto seus efeitos são geralmente mais severos em processos de furação, uma vez que, a ferramenta se encontra inserida em uma área restrita da peça e permanece em contato com o cavaco durante um longo tempo. A dificuldade da obtenção da temperatura na interface cavaco-ferramenta mesmo para condições de corte simples, requer, por sua vez, o desenvolvimento de uma técnica eficiente. Nesse sentido, o principal objetivo deste trabalho é apresentar uma nova metodologia que possibilite a obtenção da taxa de transferência de calor na interface de corte e do campo de temperatura na peça a partir da solução numérica do problema térmico de furação e do uso de técnicas inversas de solução de problemas de transferência de calor. De forma diferente da maioria dos trabalhos encontrados na literatura nos quais as brocas são estudadas, optou-se pela abordagem direta do problema de furação modelando-se termicamente a peça. O método inverso baseado em funções de Green e observadores dinâmicos é modificado neste trabalho sendo incorporando-se avanços importantes com o objetivo de se aumentar a robustez, confiança nos resultados e permitir a aplicação específica aos problemas de estimativas de fonte de calor móvel. Dentre as vantagens da nova técnica proposta estão a capacidade de incorporação dos parâmetros de ajuste que variam em função do nível de ruído presente nos dados experimentais, do uso do conceito de função de transferência global e da incorporação de soluções analíticas para a obtenção das funções transferência. Resultados simulados e experimentais são apresentados. Os experimentos realizados neste trabalho são relativos a um processo de furação em amostras de material em aço microligado a partir do uso de brocas de metal duro sob condições de usinagem específicas e constantes. Embora este estudo tenha sido aplicado a um processo de furação específico, o procedimento aqui desenvolvido pode ser aplicado em condições gerais a qualquer processo de furação, incluindo a furação em ossos, motivação inicial deste trabalho.
Abstract:	Heat generation is a common problem during any type of cutting, but particularly during a drilling due to the difficulty of conducting heat away from the cutting edge and the fact that the chips remain in contact with the tool for a relatively long time in a hole. Cutting temperatures have strongly influenced both the tool life and the metallurgical state of machined surfaces. Since the direct temperature measurements at the tool-piece interface are very complex this work proposes the estimation of the temperature and the heat flux at the tool-piece interface using the inverse heat conduction problem technique. The aim of the present paper is to develop a three-dimensional inverse algorithm in transient conditions for heat flux and drilling temperature estimation. While various studies modeling the drill are found in the literature, this wok focuses the thermal model of the piece to obtain the interface temperature. This work presents a modified procedure to use the concept of dynamic observers based on Green s functions to solve inverse problems. The modification presented here proposes two different improvements in the original technique: i) A different method of obtaining the transfer function model, GH, using analytical functions instead of numerical procedures, and ii) Definition of a new concept of GH to allow the use of more than one response temperature. Obtaining the heat transfer functions represents an important role in the observer method and is crucial to allow the technique to be directly applied to three-dimensional heat conduction problems with moving heat source. The thermal model is obtained by a numerical solution of the transient three-dimensional heat diffusion equation that considers drill as a heat source moving. To determine the solution equation the finite volume method is used. Several tests using cemented carbide tools drilling a micro allowed steel piece were performed in order to check the model and to estimate the heat flux rate and the temperature at interface tool-piece.
Keywords:	Problemas inversos Condução de calor Processos de furação Campos de temperatura Inverse problems Heat conduction Drilling process Temperature field Calor - Transmissão Calor - Condução Problemas inversos (Equações diferenciais)
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language:	por
Country:	BR
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym:	UFU
Department:	Engenharias
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote:	SOUSA, Priscila Ferreira Barbosa de. Thermal studies of cutting process. Inverse problem application in drilling. 2009. 176 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14687
Date of defense:	28-Dec-2009
Appears in Collections:	TESE - Engenharia Mecânica

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