Determinação do campo de temperatura em ferramentas de corte durante um processo de usinagem por torneamento
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2005 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14729 |
Resumo: | During machining, high temperatures are generated in the region of the tool cutting edge, and these temperatures have a controlling influence on the wear rate 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 rotating movement of the workpiece and the presence of the chip. Therefore, the use of inverse heat conduction techniques represents a good alternative since these techniques takes into account temperatures measured from accessible positions. This work proposes a new experimental methodology to determine the thermal fields and the heat generated in the chiptool interface during machining process using inverse problems techniques. This work develops a numerical 3-D transient thermal model that takes into account both the tool and toolholder assembly. The thermal model represents the direct problem and is solved using finite volume techniques on a non uniform mesh. The related inverse problem is solved by using the golden section technique. The experimental data and inverse technique are processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux estimation in manufacturing processes called INV3D. An error analysis of the results and the experimental procedures to determine the cut area and the tool holder temperature are also presented. Besides the machining problem, INV3D is also able to solve different thermal problems. As an example of its generality, this work also presents an application of this software in the thermal fields study during a welding process. |
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Determinação do campo de temperatura em ferramentas de corte durante um processo de usinagem por torneamentoCutting temperature estimation during a machining processSoftwareUsinagemProblemas inversosCondução de calor tridimensionalOtimizaçãoSoldagemFerramentas para cortar metaisMachiningInverse problemsThree-dimensional heat conductionOptimizationWeldingCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICADuring machining, high temperatures are generated in the region of the tool cutting edge, and these temperatures have a controlling influence on the wear rate 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 rotating movement of the workpiece and the presence of the chip. Therefore, the use of inverse heat conduction techniques represents a good alternative since these techniques takes into account temperatures measured from accessible positions. This work proposes a new experimental methodology to determine the thermal fields and the heat generated in the chiptool interface during machining process using inverse problems techniques. This work develops a numerical 3-D transient thermal model that takes into account both the tool and toolholder assembly. The thermal model represents the direct problem and is solved using finite volume techniques on a non uniform mesh. The related inverse problem is solved by using the golden section technique. The experimental data and inverse technique are processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux estimation in manufacturing processes called INV3D. An error analysis of the results and the experimental procedures to determine the cut area and the tool holder temperature are also presented. Besides the machining problem, INV3D is also able to solve different thermal problems. As an example of its generality, this work also presents an application of this software in the thermal fields study during a welding process.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDoutor em Engenharia MecânicaDurante a usinagem de metais, altas temperaturas são geradas na interface de cavacoferramenta. Essas temperaturas, por sua vez, têm forte influência no controle da taxa de remoção de material e no atrito entre o cavaco e a ferramenta de corte. Observa-se, entretanto que a medição direta de temperaturas nessa região é de difícil execução devido ao movimento da peça e a presença do cavaco. Assim, o uso de técnicas inversas em condução de calor se apresenta como uma boa alternativa para a obtenção dessas temperaturas uma vez que essas técnicas permitem o uso de dados experimentais obtidos em regiões acessíveis. Este trabalho propõe uma nova metodologia experimental para a determinação dos campos térmicos e do fluxo térmico gerado em ferramentas de corte durante um processo de torneamento. Uma das inovações apresentadas é o desenvolvimento de um modelo térmico tridimensional transiente que considera além da ferramenta de corte, o conjunto ferramenta, calço e porta-ferramenta. O problema direto é então resolvido numericamente usando-se diferenças finitas a partir de uma malha de discretização não uniforme. O problema inverso, por sua vez, é resolvido por meio da técnica de otimização da seção áurea. Para a solução dos problemas envolvidos, desenvolveu-se um código computacional específico, denominado INV3D. O programa INV3D contém ainda uma série de funções que auxiliam na aquisição dos dados experimentais, na geração da malha tridimensional e na análise em ambiente gráfico. O trabalho apresenta também os procedimentos experimentais usados na medição das temperaturas na ferramenta, calço e porta-ferramenta e na identificação da área de interface de corte. Os resultados obtidos são validados por meio de experimentos controlados em laboratório e de análises qualitativas. Além do problema de usinagem investigado, como exemplo da generalidade do Inv3D na solução de problemas térmicos, apresenta-se também uma aplicação deste software no estudo de campos térmicos decorrentes de um processo de soldagem TIG em alumínio.Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEngenhariasUFUGuimarães, Gilmarhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783806Y6Abrão, Alexandre Mendeshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4723847J0Orlande, Helcio Rangel Barretohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787746J1Silva, Márcio Bacci dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4785913J0Miranda, Ricardo Fortes dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783854D0Carvalho, Solidônio Rodrigues de2016-06-22T18:39:39Z2006-11-222016-06-22T18:39:39Z2005-07-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfCARVALHO, Solidônio Rodrigues de. Cutting temperature estimation during a machining process. 2005. 151 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14729porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2016-06-23T06:58:25Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/14729Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2016-06-23T06:58:25Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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During machining, high temperatures are generated in the region of the tool cutting edge, and these temperatures have a controlling influence on the wear rate 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 rotating movement of the workpiece and the presence of the chip. Therefore, the use of inverse heat conduction techniques represents a good alternative since these techniques takes into account temperatures measured from accessible positions. This work proposes a new experimental methodology to determine the thermal fields and the heat generated in the chiptool interface during machining process using inverse problems techniques. This work develops a numerical 3-D transient thermal model that takes into account both the tool and toolholder assembly. The thermal model represents the direct problem and is solved using finite volume techniques on a non uniform mesh. The related inverse problem is solved by using the golden section technique. The experimental data and inverse technique are processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux estimation in manufacturing processes called INV3D. An error analysis of the results and the experimental procedures to determine the cut area and the tool holder temperature are also presented. Besides the machining problem, INV3D is also able to solve different thermal problems. As an example of its generality, this work also presents an application of this software in the thermal fields study during a welding process. |
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