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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3147| Título: | Metodologia para estimativas de fluxo de calor na peça em operações de fresamento |
| Título(s) alternativo(s): | Methodology for heat flow estimates in the part in milling operations |
| Autor(es): | Barrios, André Nozomu Sadoyama |
| Orientador(es): | Beltrão, Paulo André de Camargo |
| Palavras-chave: | Calor - Transmissão Usinagem Fresagem (Trabalhos em metal) Mecânica - Estimativas Métodos de simulação Engenharia mecânica Heat - Transmission Machining Milling (Metal-work) Mechanics - Estimates Simulation methods Mechanical engineering |
| Data do documento: | 5-Fev-2018 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BARRIOS, André Nozomu Sadoyama. Metodologia para estimativas de fluxo de calor na peça em operações de fresamento. 2018. 232 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. |
| Resumo: | Um dos processos de usinagem com maior emprego na indústria é o fresamento. O estudo da área térmica no fresamento é um desafio, por ser um processo em que o corte ocorre numa região bem específica de difícil acesso para sua correta mensuração. Uma das soluções para análise da temperatura no processo de usinagem é a utilização de modelos térmicos resolvidos por métodos matemáticos que trazem boas estimativas. Atualmente, além dos softwares desenvolvidos no ambiente acadêmico, existem também ferramentas computacionais disponíveis no mercado. Entretanto, os softwares comerciais apresentam código de programação fechado o que dificulta estudos mais específicos para casos particulares. Por meio de busca em vários autores, tanto em trabalhos no contexto de torneamento quanto para fresamento, notou-se que a utilização do método de resolução inversa por Gauss-Newton para estimativas de fluxo de calor ainda é muito restrita. Nos trabalhos de Braghini Junior (2002) e do próprio autor em Barrios (2013) este método foi implementado, porém a metodologia foi para estimativas apenas do fluxo de calor médio, desprezando a variação do fluxo de calor em função do deslocamento da ferramenta pelo tempo. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma nova metodologia para realizar estimativas de fluxo de calor na peça em operações de usinagem por fresamento considerando os efeitos do deslocamento da ferramenta em função do tempo utilizando o método de Gauss-Newton. Para isso foi necessário desenvolver um Simulador Térmico de Usinagem por Fresamento (STUF), analisar os efeitos das variáveis adotadas no simulador e por fim realizar estimativas de fluxo de calor por meio dos dados de temperatura experimental de usinagem. Foram criadas duas interfaces para o STUF, sendo uma interface para as estimativas de fluxo de calor e uma interface para as estimativas de temperatura na peça. Para este fim, o Matlab® foi utilizado como ambiente computacional e como linguagem de programação para as simulações. Os efeitos das variáveis no simulador como o coeficiente convectivo (h), refino de malha, passo do tempo (Δt), geometria da peça, temperatura experimental e análise de erro foram analisados. Foi possível realizar estimativas de fluxo de calor e temperatura na peça por meio do estudo de caso 1, utilizando os dados experimentais de Braghini (2002), estudo de caso 2, por meio dos dados experimentais de Barrios (2013), e estudo de caso 3, por meio dos dados experimentais proposto por este trabalho. Essa nova metodologia empregada por meio do STUF permitiu a identificação do fluxo de calor máximo na peça, possibilitou a geração de resultados de temperaturas estimadas com bons ajustes com as temperaturas experimentais com R² médio de 0,85 para estudo de caso 1 e R² de 0,95 para estudo de caso 2. O estudo de caso 3 apresentou muitos ruídos, porém foram possíveis as estimativas. |
| Abstract: | One of the most widely used machining processes in the industry is milling. The study of the thermal area in the milling is a challenge, because it is a process in which the cutting occurs in a very specific region of difficult access for its correct measurement. One of the solutions for the analysis of the temperature in the machining process is the use of thermal models solved by mathematical methods that bring good estimates. Currently, besides the software developed in the academic environment, there are also computational tools available in the market. However, commercial software presents closed programming code which makes it difficult to study more specifically for particular cases. Through the search of several authors, both in work in the context of turning and in milling, it was noticed that the use of the inverse resolution method by Gauss-Newton for estimates of heat flow is still very restricted. In the works by Braghini Junior (2002) and by the author himself in Barrios (2013) this method was implemented, but the methodology was only for estimates of the average heat flux, neglecting the variation of the heat flow as a function of the time displacement of the tool . The objective of this work is to develop a new methodology for estimating the heat flux in the part in milling operations considering the effects of tool displacement as a function of time using the GaussNewton method. For this, it was necessary to develop a Thermal Simulator for Machining by Milling (STUF), to analyze the effects of the variables adopted in the simulator and finally to make estimates of heat flux through the experimental temperature data of machining. Two interfaces were created for the STUF, being an interface for the estimations of heat flow and an interface for the temperature estimates in the part. For this purpose, Matlab® was used as a computational environment and as a programming language for simulations. The effects of the variables in the simulator, such as the convective coefficient (h), mesh refining, time step (Δt), part geometry, experimental temperature and error analysis were analyzed. It was possible to estimate heat flux and temperature in the piece by means of the case study 1, using the Braghini (2002) experimental data, case study 2, through the experimental data of Barrios (2013), and case study 3, through the experimental data proposed by this work. This new methodology used by the STUF allowed the identification of the maximum heat flux in the part, allowed the generation of estimated temperature results with good adjustments with the experimental temperatures with mean R² of 0.85 for case study 1 and R² of 0,95 for case study 2. Case study 3 presented many noises, but estimates were possible. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3147 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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