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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-2777-4500
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo da usinabilidade de ferros fundidos vermiculares de alta resistência nos processos de furação e fresamento
Alternate title (s): Study of the machinability of high strength compacted graphite cast irons in the drilling and milling processes
Author: Silva, Leonardo Rosa Ribeiro da
First Advisor: Machado, Álisson Rocha
First coorientator: Guesser, Wilson Luiz
First member of the Committee: Abrão, Alexandre Mendes
Second member of the Committee: Schröter, Rolf Bertrand
Third member of the Committee: da Silva, Rosemar Batista
Fourth member of the Committee: Ferraresi, Valtair Antonio
Summary: A constante procura por maior eficiência energética levou a busca por materiais que permitam construção de motores a combustão interna mais leves e resistentes. O ferro fundido vermicular se destaca entre estes novos materiais devido as suas propriedades mecânicas superiores, contudo estas propriedades também reduzem drasticamente sua usinabilidade em relação ao ferro fundido cinzento. Neste trabalho foi investigada a usinabilidade de três tipos de ferros fundidos vermiculares, um da classe 450 e outros dois da classe 500. A maior resistência dos ferros fundidos vermiculares da classe 500 foi obtida através do refino de grafita, sendo que em um dos materiais também foi adicionado molibdênio, resultando em uma maior dureza. A análise do tribossistema através de ensaios de fresamento frontal em rampa permitiu estimar o coeficiente de atrito na interface de corte, assim como o ensaio de deslizamento alternado nos três materiais contribuiu para simular o tribossistema de usinagem. As temperaturas de corte no processo de fresamento foram mensuradas através de uma termocâmera, observando-se uma elevada correlação entre elas e as propriedades mecânicas dos três materiais investigados. No processo de furação foram investigadas a correlação de diversas variáveis de saída do processo de usinagem, das propriedades mecânicas e metalúrgicas, além do monitoramento de sinais de emissão acústica e potência elétrica consumida. Observou-se que a combinação da nodularidade do material e do sinal de corrente elétrica da máquina apresenta o melhor custo benefício para predição e monitoramento do desgaste das ferramentas. A capacidade preditiva do desgaste da ferramenta do sinal de corrente elétrica foi investigada de maneira mais aprofundada no processo de fresamento frontal em peças com diferentes condições superficiais (maciça e pré-furada). Estas análises indicaram que o desvio médio quadrático (RMS) do sinal de corrente elétrica apresenta a melhor capacidade de monitoramento do processo. Por fim foram analisádas a usinabilidade dos três materiais no processo de fresamento frontal de placas maciças dos três materiais para diferentes parâmetros de usinagem, atmosferas lubri-refrigerantes (seco e mínima quantidade de lubrificação - MQL), geometrias e revestimentos das ferramentas de corte. Estas análises permitram concluir que o refino de grafita reduz a usinabilidade do material, e que trincas térmicas são o mecanismo de desgaste mais frequênte no fresamento destes materiais.
Abstract: The constant search for greater energy efficiency led to the search for materials that allow the construction of lighter and more resistant internal combustion engines. Vermicular cast iron stands out among these new materials due to its superior mechanical properties; however, these properties also drastically reduce its machinability compared to gray cast iron. In this work, the machinability of three types of vermicular cast iron was investigated, one of class 450 and two other of class 500. The higher resistance of the vermicular cast iron of class 500 was obtained through the graphite refining, and in one of the materials also molybdenum was added, resulting in higher hardness. The analysis of the tribosystem through face milling tests in ramp allowed to estimate the friction coefficient at the cutting interface, as well as the reciprocating test in the three materials contributed to simulate the machining tribosystem. The cutting temperatures in the milling process were measured using a thermocamera, observing a high correlation between them and the mechanical properties of the three materials investigated. In the drilling process, the correlation of several output variables from the machining process, mechanical and metallurgical properties, as well as the monitoring of acoustic emission signals and consumed electrical power, were investigated. It was observed that the combination of the nodularity of the material and the electric current signal of the machine presents the best cost-benefit for the prediction and monitoring of tool wear. The wear predictive capacity of the electric current signal was further investigated in the face milling process in workpieces with different surface conditions (solid and pre-drilled). These analyses indicated that the mean quadratic deviation (RMS) of the electric current signal has the best capacity for monitoring the process. Finally, the machinability of the three materials was investigated in the face milling process of solid plates of the three materials for different machining parameters, lubricating and cooling atmospheres (dry and minimal quantity of lubrication - MQL), geometries and coatings of the cutting tools. These analyses allowed to conclude that the graphite refining reduces the machinability of the material and that thermal cracks are the most frequent wear mechanism when milling these materials.
Keywords: Ferro fundido vermicular de alta resitência
Usinabilidade
Furação
Fresamento
High strength compacted graphite cas iron
Machinability
Drilling
Milling
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::MATRIZES E FERRAMENTAS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA::PROPRIEDADES MECANICAS DOS METAIS E LIGAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: SILVA, Leonardo Rosa Ribeiro da. Estudo da usinabilidade de ferros fundidos vermiculares de alta resistência nos processos de furação e fresamento. 2020. 144 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.114.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.114
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28915
Date of defense: 14-Feb-2020
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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