Tese
Estudos de processos térmicos decorrentes da usinagem: aplicação de problemas inversos em furação
Thermal studies of cutting process. Inverse problem application in drilling
Registro en:
SOUSA, Priscila Ferreira Barbosa de. Thermal studies of cutting process. Inverse problem application in
drilling. 2009. 176 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.
Autor
Sousa, Priscila Ferreira Barbosa de
Institución
Resumen
Heat generation is a common problem during any type of cutting, but particularly
during a drilling due to the difficulty of conducting heat away from the cutting edge
and the fact that the chips remain in contact with the tool for a relatively long time in a
hole. Cutting temperatures have strongly influenced both the tool life and the
metallurgical state of machined surfaces. Since the direct temperature
measurements at the tool-piece interface are very complex this work proposes the
estimation of the temperature and the heat flux at the tool-piece interface using the
inverse heat conduction problem technique. The aim of the present paper is to
develop a three-dimensional inverse algorithm in transient conditions for heat flux
and drilling temperature estimation. While various studies modeling the drill are found
in the literature, this wok focuses the thermal model of the piece to obtain the
interface temperature. This work presents a modified procedure to use the concept of
dynamic observers based on Green s functions to solve inverse problems. The
modification presented here proposes two different improvements in the original
technique: i) A different method of obtaining the transfer function model, GH, using
analytical functions instead of numerical procedures, and ii) Definition of a new
concept of GH to allow the use of more than one response temperature. Obtaining the
heat transfer functions represents an important role in the observer method and is
crucial to allow the technique to be directly applied to three-dimensional heat
conduction problems with moving heat source. The thermal model is obtained by a
numerical solution of the transient three-dimensional heat diffusion equation that
considers drill as a heat source moving. To determine the solution equation the finite
volume method is used. Several tests using cemented carbide tools drilling a micro
allowed steel piece were performed in order to check the model and to estimate the
heat flux rate and the temperature at interface tool-piece. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Doutor em Engenharia Mecânica A geração de calor devido ao atrito é um problema comum nos diversos processos de
usinagem. Entretanto seus efeitos são geralmente mais severos em processos de furação,
uma vez que, a ferramenta se encontra inserida em uma área restrita da peça e permanece
em contato com o cavaco durante um longo tempo. A dificuldade da obtenção da
temperatura na interface cavaco-ferramenta mesmo para condições de corte simples,
requer, por sua vez, o desenvolvimento de uma técnica eficiente. Nesse sentido, o principal
objetivo deste trabalho é apresentar uma nova metodologia que possibilite a obtenção da
taxa de transferência de calor na interface de corte e do campo de temperatura na peça a
partir da solução numérica do problema térmico de furação e do uso de técnicas inversas de
solução de problemas de transferência de calor. De forma diferente da maioria dos trabalhos
encontrados na literatura nos quais as brocas são estudadas, optou-se pela abordagem
direta do problema de furação modelando-se termicamente a peça. O método inverso
baseado em funções de Green e observadores dinâmicos é modificado neste trabalho
sendo incorporando-se avanços importantes com o objetivo de se aumentar a robustez,
confiança nos resultados e permitir a aplicação específica aos problemas de estimativas de
fonte de calor móvel. Dentre as vantagens da nova técnica proposta estão a capacidade de
incorporação dos parâmetros de ajuste que variam em função do nível de ruído presente
nos dados experimentais, do uso do conceito de função de transferência global e da
incorporação de soluções analíticas para a obtenção das funções transferência. Resultados
simulados e experimentais são apresentados. Os experimentos realizados neste trabalho
são relativos a um processo de furação em amostras de material em aço microligado a partir
do uso de brocas de metal duro sob condições de usinagem específicas e constantes.
Embora este estudo tenha sido aplicado a um processo de furação específico, o
procedimento aqui desenvolvido pode ser aplicado em condições gerais a qualquer
processo de furação, incluindo a furação em ossos, motivação inicial deste trabalho.