Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Blödorn, Rodrigo
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205909
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
id UFSC_0852807c237f9690a7e46a5aedc09e64
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/205909
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str 2373
spelling Universidade Federal de Santa CatarinaBlödorn, RodrigoSchroeter, Rolf BertrandGonçalves Júnior, Armando Albertazzi2020-03-31T14:23:15Z2020-03-31T14:23:15Z2018360600https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205909Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.O Método do Furo Cego para medição de tensão residual faz uso, tradicionalmente, de uma fresa odontológica e uma turbina pneumática de altíssima rotação para a usinagem em cheio de um furo cego no material a ser analisado. Baseia-se na medição das deformações na superfície adjacente ao furo cego como consequência do alívio de tensões decorrente da criação de uma nova superfície. Essas deformações, o conhecimento da geometria do furo e mais algumas propriedades do material dão condições ao cálculo das tensões presentes no local sob análise. No entanto, a técnica de medição apresenta forte influência de fatores externos, como a geometria do furo cego e os danos causados pelo processo de usinagem à parede do furo cego. Tem-se ainda uma perda considerável de sensibilidade às deformações que afloram na superfície do material à medida que se aumenta a profundidade do furo cego, mantendo-se o mesmo diâmetro. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar algumas técnicas tradicionais de execução do furo cego, como a furação em cheio com fresa odontológica acionada por uma turbina pneumática a 220 000 rpm e a furação em cheio executada por uma fresa de topo reto acionada por electrospindle, em rotações entre 25 000 e 40 000 rpm. Adicionalmente, propõe-se a usinagem do furo cego por fresamento orbital com fresa de topo reto para produção de um furo cego de forma incremental, onde o diâmetro e a profundidade do furo cego crescem concomitantemente, mantendo a razão máxima z/D0 < 0,250 onde z é a profundidade e D0 é o diâmetro do furo. Também foi avaliado o uso de brocas helicoidais, com ângulo de ponta 118º e 150º, que são ferramentas específicas para furação em cheio, com ótimo custo-benefício e facilidade de uso na execução do furo cego. Três estratégias de medição de tensão residual, distintas à indicada pela norma ASTM E 837-13a (2013) são propostas: o Fresamento Incremental Orbital (FIO) e a Furação Incremental com Broca (FIB118º e FIB150º). Testes de usinagem e medição de tensão residual foram realizadas em um centro de usinagem Romi D600 em corpos de prova de aço ABNT 1020, aço AISI 304L e da liga de alumínio AA 6061. Para a medição das deformações avaliou-se o emprego de um interferômetro óptico já desenvolvido anteriormente. Os coeficientes de calibração para as novas geometrias de furo cego, inéditas para o MFC, foram determinados numericamente em simulações de elementos finitos no software ANSYS® e validados experimentalmente numa bancada que induz uma tensão de flexão conhecida ao corpo de prova e em um corpo de prova jateado, ambos de aço ABNT 1020. Foi observado que a estratégia FIO apresenta grandes vantagens frente às outras técnicas de usinagem estudas, sendo a geometria do furo cego alcançada e repetida facilmente, apresentando os menores desvios dimensionais e geométricos. Os efeitos térmicos e mecânicos do processo de usinagem do furo cego são minimizados, comparado com o observado na usinagem com a turbina pneumática, electrospindle e com as brocas helicoidais, especificamente no aço AISI 304L. A utilização das brocas helicoidais no MFC ainda demanda de maiores estudos, visto que a geometria dos furos cegos produzida por essas ferramentas apresenta consideráveis diferenças com relação à geometria ideal, introduzindo erros ao processo de medição da tensão residual. As limitações técnicas de aplicação do interferômetro influenciaram na obtenção da tensão residual nos corpos de prova, entretanto, a partir das deformações medidas observa-se que a estratégia FIO apresenta robustez e confiabilidade superior às demais estratégias de medição avaliadas.Abstract : The Hole-Drilling Method for residual stress measurement traditionally makes use of a dental milling cutter and a high-speed pneumatic turbine for full machining of a blind hole in the material to be analyzed. It measures the deformations on the surface adjacent to the blind hole as a consequence of a new surface created by the hole geometry. These deformations, the hole geometry and some other material properties allow the calculation of the stresses in the region under analysis. However, the measurement technique is strongly influenced by external factors such as the blind hole geometry and the damage caused by the machining process to the blind hole wall. There is still a considerable loss of sensitivity to deformations on the surface of the material as the depth of the blind hole is increased while maintaining the same diameter. In this context, the main objective of this work is to evaluate some traditional blind hole execution techniques, such as full drilling with dental end mill driven by a pneumatic turbine at 220 000 rpm and full drilling executed with a flat end mill driven by electrospindle, in rotations between 25 000 and 40 000 rpm. Additionally, it is proposed machining the blind hole with an orbital milling process with a flat end mill to produce a blind hole incrementally, where the diameter and depth of the blind hole increase concomitantly, maintaining the maximum ratio z/D0 < 0.250 where z is the depth and D0 is the hole diameter. It was also evaluated the use of twist drills with a point angle of 118° and 150°, which are specific tools for full drilling, with great cost-benefit and widely employed in the execution of the blind hole. Three strategies for residual stress measurements, different from that indicated by ASTM E 837-13a (2013), are proposed: Incremental Orbital Milling (FIO) and the Incremental Drilling with two Twist Drills (FIB118º e FIB150º). Machining tests and residual stress measurements were performed in a Romi D600 machining center in the following materials: ABNT 1020 steel, AISI 304L steel and AA 6061 aluminum. For the deformation measurements, the use of an optical interferometer previously developed was evaluated. The calibration coefficients for the new blind hole geometries, essential for the HDM, were numerically determined via finite element simulations in the ANSYS® software and experimentally validated on a test bench that induces a known bending stress to the specimen and also in shot peened specimens, both in ABNT 1020. It was observed that the FIO strategy has presented great advantages over the other machining studied techniques, with the blind hole geometry being easily reached and repeated, presenting the smallest dimensional and geometric deviations. The thermal and mechanical effects induced by the machining process were minimized, compared to the machining with the pneumatic turbine, electrospindle, and helical drills, specifically in the AISI 304L steel alloy. The use of twist drills in the HDM still demands further studies, since the geometry of blind holes produced by these tools presents considerable differences with respect to the ideal geometry, introducing errors to the process of measuring the residual stress. The technical limitations of the interferometer influenced the residual stress measurements, however, from the measured deformations, it is observed that the FIO strategy presented robustness and reliability superior to the other evaluated measurement strategies.242 p.| il., gráfs., tabs.porEngenharia mecânicaFresasPerfuração e broqueamentoMaquinas de perfuracaoEfeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPEMC1935-T.pdfPEMC1935-T.pdfapplication/pdf11325992https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/205909/-1/PEMC1935-T.pdfb5922c2da3e81a4b024fa7cb96a7bce7MD5-1123456789/2059092020-03-31 11:23:15.816oai:repositorio.ufsc.br:123456789/205909Repositório de PublicaçõesPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-03-31T14:23:15Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
title Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
spellingShingle Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
Blödorn, Rodrigo
Engenharia mecânica
Fresas
Perfuração e broqueamento
Maquinas de perfuracao
title_short Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
title_full Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
title_fullStr Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
title_full_unstemmed Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
title_sort Efeito do fresamento orbital com fresa de topo e furação em cheio com broca helicoidal sobre os valores medidos da tensão residual pelo "método do furo cego"
author Blödorn, Rodrigo
author_facet Blödorn, Rodrigo
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Blödorn, Rodrigo
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Schroeter, Rolf Bertrand
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Gonçalves Júnior, Armando Albertazzi
contributor_str_mv Schroeter, Rolf Bertrand
Gonçalves Júnior, Armando Albertazzi
dc.subject.classification.none.fl_str_mv Engenharia mecânica
Fresas
Perfuração e broqueamento
Maquinas de perfuracao
topic Engenharia mecânica
Fresas
Perfuração e broqueamento
Maquinas de perfuracao
description Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
publishDate 2018
dc.date.issued.fl_str_mv 2018
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2020-03-31T14:23:15Z
dc.date.available.fl_str_mv 2020-03-31T14:23:15Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205909
dc.identifier.other.none.fl_str_mv 360600
identifier_str_mv 360600
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205909
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 242 p.| il., gráfs., tabs.
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/205909/-1/PEMC1935-T.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv b5922c2da3e81a4b024fa7cb96a7bce7
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1766805353788342272

Registros relacionados