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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2006.tde-14092006-165321
Document
Author
Full name
Lincoln Cardoso Brandão
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2006
Supervisor
Committee
Coelho, Reginaldo Teixeira (President)
Abrao, Alexandre Mendes
Braga, Durval Uchoas
Ferreira, João Roberto
Oliveira, Joao Fernando Gomes de
Title in Portuguese
Estudo experimental da condução de calor no fresamento de materiais endurecidos utilizando altas velocidades de corte
Keywords in Portuguese
altas velocidades de corte
condução de calor
medição de temperatura
moldes e matrizes
Abstract in Portuguese
Modernas empresas buscam a melhoria dos seus sistemas de produção a fim de aumentar a produtividade e a qualidade de produtos. A tecnologia de usinagem com alta velocidade de corte (HSC – High Speed Cutting) permite aumentar as taxas de remoção de material, as tolerâncias dimensionais das partes, assim como a melhoria do acabamento superficial. Esta tecnologia tem sido muito utilizada na área de moldes e matrizes, pois minimiza o problema de tempos de usinagem longos na produção e facilita a obtenção de elevada qualidade, normalmente requerida em produtos injetados/estampados. Atualmente diversos estudos em HSC buscam a compreensão de todos os fatores envolvidos nesta nova tecnologia, a qual ainda apresenta diversas lacunas para o seu domínio completo. Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental da condução de calor nos materiais utilizados na fabricação de moldes e matrizes, submetidos à usinagem com altas velocidades de corte. Os materiais utilizados foram os aços AISI D2 e AISI H13, muito utilizados nas indústrias de moldes e matrizes. Os ensaios foram realizados com fresas de ponta esférica (Ball-Nose) com e sem angulação de hélice e com ângulo de saída neutro, com revestimento de ('TI'AL')N e com uma ferramenta com uma placa de PcBN soldada. A geometria dos corpos-de-prova foi projetada para aproximar-se dos casos reais encontrados na indústria, casos em que superfícies complexas e paredes finas são comumente usinadas em matrizes e moldes. Dois sistemas de resfriamento foram utilizados o ar comprimido e o ar gelado utilizando o princípio de vórtice. Os resultados demonstraram uma pequena variação da temperatura em função dos materiais empregados e das ferramentas utilizadas em todos os testes. Os dois sistemas de resfriamento alternativos à usinagem sem sistema de resfriamento, o ar comprimido e o ar frio, também se mostraram influentes na variação da temperatura, apresentando-se como sistemas capazes de remover o calor no processo durante a usinagem. Os desvios de forma encontrados nos corpos-de-prova devem ser considerados na usinagem de perfis muito precisos. Foram encontrados valores da ordem de 0,05 mm, oriundos da combinação de distorções térmicas e tensões residuais, os quais podem ser signifcativos, por exemplo, na área de matrizaria
Title in English
Experimental study on heat conduction in milling of hardened materials using high speed cutting
Keywords in English
heat conduction
high speed cutting
molds and dies
temperature measure
Abstract in English
Modern industries improve their production systems aiming at increasing productivity and product quality. The high speed cutting (HSC) technology allows increasing material removal rates, workpiece dimensional tolerance and surface finishing as well. Such technology has been extensively used in mold and dies areas, since it minimizes long lead time problems and facilitates high quality machining, normally required in injected/formed products. Nowadays, several studies in HSC search for understanding all aspects involved in that new technology, which still presents many blanks for its complete knowledge. The present work shows a theoretical and experimental study on heat conduction flux in materials applied to mold and die manufacturing, submitted to HSC. It was used AISI D2 and AISI H13, which are very common in mold and die industry. Two types of cylindrical ball nose end milling tool were used in the experiments: coated with ('TI'AL')N and tipped with PcBN. The workpiece geometry was conceived to simulate real cases found in industry, in which complex surfaces and slim walls are commonly machined in molds and dies. Two cooling systems were used in the tests, compressed air and frozen air using vortex principle. Results indicated a small temperature variation as a function of machined materials and tools throughout the tests. Both alternative cooling systems, besides dry machining, compressed air and cool air, also demonstrated to affect temperature variation. They presented themselves as capable of remove heat from the process during the cutting operation. The form deviation found in the workpiece after machining must be considered when machining very precise profiles. Variation values of around 0.05 mm were found, coming from a combination of thermal distortion and residual stress, which could be significant, for example, in die manufacturing area
 
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LINCOLN_PDF.pdf (9.86 Mbytes)
Publishing Date
2006-09-15
 
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