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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Modelo térmico para a solução de problemas inversos em transferência de calor com aplicação em um processo de usinagem por torneamento
Other Titles: Thermal model for the solution of inverse problems in heat conduction with application in machining process
metadata.dc.creator: Santos, Marcelo Ribeiro dos
metadata.dc.contributor.advisor1: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
metadata.dc.contributor.referee1: Machado, álisson Rocha
metadata.dc.contributor.referee2: Guimarães, Gilmar
metadata.dc.contributor.referee3: Silva, Sandro Metrevelle Marcondes de Lima e
metadata.dc.description.resumo: Durante o torneamento a energia mecânica é convertida em calor através da deformação plástica do cavaco e do atrito entre a ferramenta e a peça. O calor conduzido na ferramenta de corte resulta em altas temperaturas na interface de contato. A partir do conhecimento destas temperaturas é possível avaliar de uma forma mais eficiente o desgaste da ferramenta. Contudo existe uma dificuldade em se medir a temperatura na interface cavacoferramenta, mostrando a importância do desenvolvimento de técnicas eficientes para a análise desta variável. Neste sentido, o Laboratório de Transferência de Calor e Massa e Dinâmica dos Fluidos (LTCM) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU) vêm desenvolvendo softwares específicos que utilizam técnicas inversas para determinar o fluxo de calor e a distribuição de temperatura em processos de fabricação, mais especificamente de usinagem. Dentre os softwares existentes no laboratório destaca-se o INV 3D que resolve problemas diretos e inversos de transferência de calor. O INV 3D baseia-se na solução numérica, via volumes finitos, de um modelo térmico tridimensional transiente utilizando malha irregular e co-localizada. Para a solução do problema inverso o software possui implementadas as seguintes técnicas inversas: Seção Áurea, Simulated Annealing e Função Especificada. Para validar o software e algumas melhorias propostas neste trabalho, realizam-se alguns testes no algoritmo envolvendo a conservação de energia durante a análise térmica de algumas formas geométricas. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo desenvolver um novo algoritmo computacional para o INV 3D, que permita obter a solução do problema direto para modelos com formas geométricas complexas. Além disto, será estudado neste trabalho algumas técnicas inversas existentes, de forma a adotar a mais conveniente a ser aplicada no problema térmico de usinagem por torneamento de aço de corte-fácil com ferramenta de aço-rápido. Propõe-se ainda uma análise da influência dos parâmetros de corte (avanço, profundidade e velocidade de corte) na temperatura desenvolvida na interface cavaco-ferramenta. Por fim, os resultados obtidos serão comparados ao método experimental do termopar ferramenta-peça.
Abstract: This work proposes the determination of the high temperatures generated, during machining, in the region of the tool cutting edge. These temperatures have a controlling influence on the rate of wear of the cutting tool and on the friction between the chip and the tool. However, direct measurement of temperature using contact type sensors at the tool-work interface is difficult to implement due to the movement of the workpiece and the presence of the chip. In these sense, these work proposes the development of a computational code to solve numerically the three-dimensional thermal transient equation using finite volumes technique, irregular and co-located mesh. For the solution of the inverse problem were tested the following inverse techniques: Golden Section, Simulated Annealing, Function Specification and Dynamic Observers based on Green´s Function. The software is validated by controlled experiments and qualitative analyses. Several tests were realized and some improvements were implemented in the algorithm with the objective of guaranteeing the energy conservation during the thermal analysis of complex geometries. This work applies the software called INV3D to determine the thermal fields during machining of free cutting steel with high speed steel tool. It is also presented the influence of the parameters of cut - feed rate, depth of cut, cutting speed - in the temperature of the chip-tool interface. It is pointed out that the temperatures for each cutting condition are compared to the tool-work thermocouple technique. Finally, an error analysis of the results is presented.
Keywords: Usinagem de aços de livre corte
Problemas inversos
Condução de calor tridimensional
Método termopar ferramenta-peça
Software
Machining of free cutting steel
Inverse problems
Three-dimensional heat conduction
Tool-work thermocouple technique
Usinagem
Calor - Transmissão
Ferramentas para cortar metais
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: SANTOS, Marcelo Ribeiro dos. Thermal model for the solution of inverse problems in heat conduction with application in machining process. 2008. 153 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14822
Issue Date: 26-Sep-2008
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