camila rezende

Download Camila Rezende

If you can't read please download the document

Post on 08-Sep-2015

220 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

engenharia mecânica

TRANSCRIPT

  • Fevereiro de 2006

    PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAIS PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM

    ENGENHARIA MECNICA MESTRADO EM ENGENHARIA MECNICA

    Dissertao de Mestrado

    CORRELAO ENTRE MODELAGEM NUMRICA E RESULTADOS EXPERIMENTAIS NA ANLISE

    DE ESTABILIDADE DINMICA DO TORNEAMENTO DE AOS

    Camila Rocha Rezende

    Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica da PUC

    Minas como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Mecnica.

    ORIENTADOR: Prof. Wisley Falco Sales, D. Sc. CO-ORIENTADOR: Prof. Jnes Landre Jnior, D. Sc. Banca Examinadora: Prof. Wisley Falco Sales, PUC Minas (orientador) Prof. Jnes Landre Jnior, PUC Minas (examinador interno) Prof. Alexandre Abro,UFMG (examinador externo) Prof. Leonardo Silva, CEFET-MG (examinador Externo)

  • Aos meus pais, Joo e Dina, meu

    querido filho, Matheus e a Deus.

  • AGRADECIMENTOS

    Aos meus professores, Wisley Falco Sales e Jnes Landre Jnior, pela orientao e

    incentivo prestados e pelo exemplo profissional.

    Aos meus pais, minhas irms e Paulo pelo incentivo, confiana e apoio incondicionais.

    Ao Matheus, meu filho, pela alegria, carinho e amor que me deu foras para seguir em

    frente, pela compreenso devido a minha ausncia e pela pacincia para a concretizao

    dos nossos sonhos.

    Aos amigos, Valria e Jomar, pela eterna amizade conquistada e pela constante

    dedicao e incentivo para o desenvolvimento deste trabalho.

    Aos funcionrios da oficina, principalmente ao Carlos, pela presteza e contribuio na

    execuo dos procedimentos experimentais efetuados ao longo deste trabalho.

    Aos colegas de ps-graduao pela excelente convivncia, pelos momentos de distrao

    e pela experincia compartilhada.

    Aos demais professores e colegas que indiretamente contriburam e incentivaram a

    realizao deste trabalho.

    A CAPES e PUC Minas pela concesso das bolsas de estudo durante o perodo do

    trabalho.

  • RESUMO

    Este trabalho apresenta uma metodologia para analisar a estabilidade dinmica do

    processo de torneamento de aos considerando os aspectos dinmicos e os fundamentos

    tericos de usinagem. O comportamento dinmico de um torno foi estudado por meio da

    modelagem numrica da mquina em um software comercial que usa o mtodo de

    elementos finitos e este modelo foi validado com o auxlio de sinais de vibrao obtidos

    a partir de procedimentos experimentais. Em seguida, os nveis de vibrao e os

    parmetros de topografia de superfcie foram monitorados durante o torneamento de

    peas, considerando trs parmetros variveis: diferentes dimenses das peas, variadas

    velocidades de corte e evoluo do desgaste da ferramenta de corte. A anlise do

    modelo numrico determinou as freqncias naturais e os modos de vibrao da

    estrutura, com um erro percentual mximo de 17%. A metodologia empregada para a

    gerao e validao do modelo pode ser utilizada para anlise de estabilidade de

    quaisquer outros processos de usinagem. O monitoramento dos sinais de vibrao se

    mostrou capaz de identificar as variaes dos parmetros considerados.

    Palavras-chave: Torneamento, Comportamento Dinmico, Modos de Vibrao, Mtodo

    dos Elementos Finitos

  • ABSTRACT

    This work presents a methodology used to analyse steel turning process dynamic

    stability, considering dynamic aspects and machining theoretical fundamentals. Turning

    dynamic behaviour was studied by means of structural machine numerical modeling

    using commercial software featuring finite element method and such model was

    validated with the aid of vibration signals obtained through experimental procedures.

    Afterwards, vibration levels and surface topography parameters were monitored during

    turning, considering three variable parameters: different workpiece dimensions, variable

    cutting speed and cutting tool wear. Numerical model analysis determined the natural

    frequencies and mode shapes for the structure, with a 17% maximum error. The

    methodology used to generate and validate the model can also be used to analyse any

    other machining process stability. Vibration signal monitoring was able to identify

    variations of the parameters considered.

    Keywords: Turning, Dynamic Behaviour, Normal Modes, Finite Element Method.

  • - i -

    NDICE

    CAPTULO 1...................................................................................................................1

    INTRODUO..................................................................................................................1

    1.1 Histrico........................................................................................................1

    1.2 Justificativas..................................................................................................3

    1.3 Objetivos........................................................................................................4

    1.3.1 Objetivos Gerais........................................................................................4

    1.3.2 Objetivos especficos.................................................................................5

    1.4 Organizao ..................................................................................................5

    CAPTULO 2...................................................................................................................7

    REVISO BIBLIOGRFICA...............................................................................................7

    2.1 Usinagem dos Materiais................................................................................7

    2.1.1 Mecanismo de Formao do Cavaco ......................................................10

    2.1.1.1 Interface Cavaco-Ferramenta ..............................................................13

    2.1.1.2 Aresta Postia de Corte .......................................................................16

    2.1.2 Avarias, Desgaste e Vida das Ferramentas de Corte...............................19

    2.1.2.1 Avarias nas Ferramentas de Corte.......................................................20

    2.1.2.2 Desgaste das Ferramentas de Corte.....................................................20

    2.1.2.2.1 Desgaste de Cratera...................................................................21

    2.1.2.2.2 Desgaste de Flanco....................................................................22

    2.1.2.2.3 Desgaste de Entalhe ..................................................................24

    2.1.2.3 Mecanismos de Desgaste ....................................................................24

    2.1.2.4 Vida das Ferramentas de Corte ...........................................................26

    2.1.3 Integridade Superficial ............................................................................26

    2.1.3.1 Textura Superficial ..............................................................................27

    2.1.3.1.1 Parmetros de Rugosidade ........................................................28

    2.2 Anlise Estrutural Dinmica.......................................................................32

    2.2.1 Fundamentos da Anlise Dinmica.........................................................32

    2.2.1.1 Anlise de Vibrao Livre...................................................................34

    2.2.1.2 Anlise de Vibrao Forada ..............................................................37

  • ii

    2.2.2 Processo de Anlise Dinmica ................................................................42

    2.2.2.1 Anlise Modal .....................................................................................44

    2.2.2.2 Anlise de Resposta em Freqncia....................................................47

    2.2.3 Vibraes em Operaes de Usinagem...................................................48

    2.3 Monitoramento do Processo de Usinagem .................................................49

    2.3.1 Monitoramento via Sinais de Vibraes .................................................55

    CAPTULO 3.................................................................................................................59

    METODOLOGIA EXPERIMENTAL ....................................................................................59

    3.1 Estudo do Comportamento Dinmico .........................................................61

    3.1.1 Modelagem Numrica .............................................................................61

    3.1.1.1 Pr-Processamento ..............................................................................62

    3.1.1.2 Processamento .....................................................................................65

    3.1.2 Comparao e Correlao da Modelagem Numrica com Resultados

    Experimentais..........................................................................................66

    3.2 Monitoramento de Operaes de Usinagem...............................................70

    3.2.1 Influncia das Dimenses da Pea ..........................................................72

    3.2.2 Influncia da Velocidade de Corte ..........................................................75

    3.2.3 Influncia do Desgaste da Ferramenta ....................................................77

    CAPTULO 4.................................................................................................................80

    RESULTADOS E DISCUSSES.............................