Análise de problema inverso não linear em transferência de calor para o estudo da ferramenta de metal duro revestida e não revestida
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) |
Texto Completo: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3326 |
Resumo: | Neste trabalho tem-se o objetivo de analisar a influência térmica do revestimento numa ferramenta de corte de metal duro juntamente com a influência da convecção. O modelo térmico consiste numa ferramenta de metal duro, um calço e um porta-ferramentas. Este modelo, é representado pela equação de difusão de calor tridimensional transiente que é resolvida pelo MEF (Método dos Elementos Finitos) por meio do uso do ( software) COMSOL Multiphysics® 5.6. Destaca-se aqui a grande vantagem na utilização deste soft ware que é a facilidade de se modelar o revestimento térmico, que tem sua espessura na ordem de micrometro (m). Para o revestimento térmico, escolheu-se uma ferramenta de corte revestida de Nitreto de Titânio (TiN), o Óxido de Alumínio (Al2O3) e Carboni treto de Titânio (TiCN). O modelo está sujeito as condições de contorno de convecção e radiação nas regiões expostas ao ambiente. Fluxo de calor prescrito na área de contato entre a ferramenta de corte e a peça. As propriedades térmicas adotadas neste trabalho são dependentes da temperatura. Isto é possível graças à utilização da Técnica da Função Especificada não-linear adotada para a solução do problema inverso. Para a obtenção de dados experimentais foram realizados 13 experimentos de torneamento numa amostra de ferro fundido nodular. Oito experimentos foram realizados para o inserto não revestido sendo 7 experimentos à seco e 1 com resfriamento por ar comprimido. Já para o inserto revestido foram realizados 5 experimentos, sendo 4 experimentos à seco e 1 experimento com resfriamento por ar comprido. Em todos os experimentos foram aquisitados dados de temperatura por termopares, temperatura por câmera térmica e forças de usinagem por dinamômetro. Uma análise exploratória dos dados experimentais foi realizada. O fluxo de calor é estimado através de um código em MATLAB® em conjunto com o software COMSOL® , utilizando a ferramenta MATLAB livelinkTM. Com o fluxo de calor obtido, o COMSOL® é utilizado novamente para obter o gradiente térmico de temperatura em todo o modelo. Resultados numéricos como: temperaturas máxima na área de contato e campo de temperaturas para a ferramenta de corte revestida e não revestida foram obtidos. Uma comparação entre os resultados numéricos e experimentais para os termopares também é realizada. Os resultados mostraram maior fluxo de calor e temperatura máxima na área de contato para o inserto revestido em comparação ao inserto não revestido. |
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2022-04-192022-07-132022-07-13T11:39:23Z2022-07-13T11:39:23Zhttps://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3326Neste trabalho tem-se o objetivo de analisar a influência térmica do revestimento numa ferramenta de corte de metal duro juntamente com a influência da convecção. O modelo térmico consiste numa ferramenta de metal duro, um calço e um porta-ferramentas. Este modelo, é representado pela equação de difusão de calor tridimensional transiente que é resolvida pelo MEF (Método dos Elementos Finitos) por meio do uso do ( software) COMSOL Multiphysics® 5.6. Destaca-se aqui a grande vantagem na utilização deste soft ware que é a facilidade de se modelar o revestimento térmico, que tem sua espessura na ordem de micrometro (m). Para o revestimento térmico, escolheu-se uma ferramenta de corte revestida de Nitreto de Titânio (TiN), o Óxido de Alumínio (Al2O3) e Carboni treto de Titânio (TiCN). O modelo está sujeito as condições de contorno de convecção e radiação nas regiões expostas ao ambiente. Fluxo de calor prescrito na área de contato entre a ferramenta de corte e a peça. As propriedades térmicas adotadas neste trabalho são dependentes da temperatura. Isto é possível graças à utilização da Técnica da Função Especificada não-linear adotada para a solução do problema inverso. Para a obtenção de dados experimentais foram realizados 13 experimentos de torneamento numa amostra de ferro fundido nodular. Oito experimentos foram realizados para o inserto não revestido sendo 7 experimentos à seco e 1 com resfriamento por ar comprimido. Já para o inserto revestido foram realizados 5 experimentos, sendo 4 experimentos à seco e 1 experimento com resfriamento por ar comprido. Em todos os experimentos foram aquisitados dados de temperatura por termopares, temperatura por câmera térmica e forças de usinagem por dinamômetro. 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This model is represented by the three dimensional transient thermal diffusion equation which is solved by the FEM (Finite Element Method) through the software COMSOL Multiphysics® 5.6. The most impor tant advantages of using this software is the easy way to model the thermal coating, whose thickness is in the order of (m). For the coating, a cutting tool coated by Tita nium Nitride (TiN), Aluminium Oxide (Al2O3) and Titanium Carbo-Nitride (TiCN) was chosen. This model is subjected to the boundary conditions of convection and radiation in the regions exposed to the environment. Boundary condition of prescribed heat flux in the contact area between the cutting tool and the workpiece. The thermal proper ties adopted in this work are temperature dependent. This is possible due the non-linear Function Specification technique used to solve the inverse problem. In order to obtain experimental data, 13 turning experiments were performed in nodular cast iron sample. Eight experiments were done for the uncoated tool, 7 dry experiments and 1 with pressure air cooling. For the coated tool, 5 experiments were performed, 4 dry experiments and 1 with pressure air cooling. In all experiments termocouples temperatures, thermal camera temperatures and dynamometer forces data were aquired. An exploratory data analysis of the experimental data was done. The heat flux is estimated through a MATLAB® script together with COMSOL® , using the tool MATLAB livelinkTM. Once the heat flux is obtained, COMSOL® is used again to generate the temperature thermal gradient for the whole model. Numerical results such as: Maximum temperature in the contact area and temperature field for the coated and uncoated tool were obtained. A comparaison be tween the numerical and experimental results for the thermocouples were also performed. The results showed an increase in the heat flux and in the maximum temperature in the contact area for the coated tool in comparison with the uncoated tool.porUniversidade Federal de ItajubáPrograma de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia MecânicaUNIFEIBrasilIEM - Instituto de Engenharia MecânicaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICAAnálise térmicaProblemas inversosFerramentas de corte revestidaCOMSOL®Resfriamento por ar comprimidoAnálise de problema inverso não linear em transferência de calor para o estudo da ferramenta de metal duro revestida e não revestidainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisSILVA, Sandro Metrevelle Marcondes Lima ehttp://lattes.cnpq.br/9221494854759414FERREIRA, João Robertohttp://lattes.cnpq.br/2091584947811081http://lattes.cnpq.br/0304518478025508FERREIRA, Diego CorrêaFERREIRA, Diego Corrêa. Análise de problema inverso não linear em transferência de calor para o estudo da ferramenta de metal duro revestida e não revestida. 2022. 130 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2022.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)instname:Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)instacron:UNIFEILICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/3326/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINALTese_2022025.pdfTese_2022025.pdfapplication/pdf41536365https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/3326/1/Tese_2022025.pdf31544041e23096da0edba16e360f900dMD51123456789/33262022-07-13 08:39:23.834oai:repositorio.unifei.edu.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unifei.edu.br/oai/requestrepositorio@unifei.edu.br || geraldocarlos@unifei.edu.bropendoar:70442022-07-13T11:39:23Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) - Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)false |
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