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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-05082009-093850
Documento
Autor
Nome completo
Marcelo Acacio Rodrigues
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Hassui, Amauri (Presidente)
Abrao, Alexandre Mendes
Coelho, Reginaldo Teixeira
Ribeiro, Marcos Valério
Souza, Roberto Martins de
Título em português
Uma contribuição para o estudo das deformações residuais proporcionadas pelo processo de usinagem por fresamento.
Palavras-chave em português
Fresagem
Ligas refratárias
Plasticidade das estruturas
Usinagem
Resumo em português
A operação de fresamento de faceamento tem como objetivo proporcionar superfícies planas isentas de deformação residual na seção transversal da peça usinada. Por outro lado, as evidências apresentadas neste trabalho demonstram que tal deformação existe e seu comportamento pode ser relacionado com grandezas tecnológicas como o tipo de ferramenta utilizada, a velocidade de avanço e de corte do processo além das propriedades mecânicas e metalúrgicas do material da peça.Foram realizados ensaios de fresamento de faceamento, em condições convencionais de usinagem, em duas superligas, sendo uma a base de níquel e outra a base de cobalto, além de uma liga de titânio. As relações de avanço por faca, ângulo de hélice e velocidade de corte foram manipuladas com o objetivo de se avaliar as deformações residuais sob diferentes taxas de deformação. Os corpos de prova foram avaliados em seu estado deformado e através de microscopia eletrônica de varredura, foi possível junto da modelagem matemática, concluir que a hipótese de deformação plana na seção transversal da peça é válida, e esta poderá ser avaliada através do uso da teoria de Slip Lines. O comportamento plástico do material foi avaliado através da teoria de Slip Lines com a implementação do modelo constitutivo Johnson-Cook, enquanto a estimativa de força no processo de usinagem foi feita com o uso da teoria da zona de planos de cisalhamentos paralelos modificada, conforme P.L.B Oxley e Lee e Shaffer. Os diversos pontos apresentados nesta tese que formam o conceito de contribuição foram identificados ao longo do texto, inclusive uma nova abordagem sobre a área de corte de uma fresa com canal helicoidal, bem como as críticas voltadas à definição do ângulo inicial do plano de cisalhamento e da temperatura para obtenção das tensões. A plasticidade do contínuo foi o principal aspecto tanto para estimar as tensões bem como para avaliar as deformações, seja no cavaco bem como na peça. O índice de plastificação do material se demonstrou como principal fator para uma reavaliação da proposta de P.L.B Oxley e, o entendimento de como as demais propriedades mecânicas associadas à este índice influenciam na deformação plana residual e demais condições de equilíbrio de tensões durante a usinagem são sugeridas para complementar o entendimento e uso desta contribuição.
Título em inglês
A contribution for residual deformation study originated by the face milling machining process.
Palavras-chave em inglês
Machining
Milling
Refractory materials
Residual deformation
Resumo em inglês
The face milling operation purpose is providing flat machined surfaces free from residual strains at the cross section of the workpiece. On the other hand, the evidences presented in this thesis are enough to demonstrate that the strain exists and its behavior can be related to technical measurements such as the cutting tool helical profile, the feed rate, the cutting speed beyond the materials mechanical and metallurgical properties. Several face milling operation under conventional cutting conditions onto two super alloys have been performed. A nickel base alloy and a cobalt base were observed. A titanium base alloy has also been observed. The feed rate, the rake angle and the cutting speed were manipulated aiming the evaluation of the residual strains under different strain rates. The specimen has been evaluated in its strained condition throughout the use of scanning electronic microscopy. Furthermore with the mathematical modeling it has been possible to conclude that the residual strain at the cross sectional surface is supportable and the strained profile can be evaluated through the use of the Slip Line Field plasticity theory. The plastic behavior of the material has been evaluated with the Slip Line Field plasticity theory with the Johnson-Cook´s constitutive material´s model. The cutting force estimation has used the modified parallel shear plane zone machining model assured by P.L.B. Oxley and an ancient Slip Line solution presented by Lee and Shaffer. All of the details of this thesis which collaborate with the contribution concept have been pointed out along this research, especially the derivation of the helical area profile as well as the criticism related with the shear plane initial value definition and temperature estimation. The continuum plasticity has been the main aspect to evaluate the stresses and also the strains in the workpiece and also at the chip. The materials strain hardening index is main point for a new evaluation of the P.L.B Oxley machining model, and the understanding of how the mechanical properties related with this index influence the residual plane strain and the other convergence conditions of strain during the machining are suggested in order to build up the understanding of this contribution.
 
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Data de Publicação
2009-08-05
 
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