Concepção de uma maquina CNC para medição e usinagem de peças em madeira

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, 1996Projeto conceitual de uma máquina CNC para medição e usinagem de peças em madeira, visando a flexibilização da produção das indústrias moveleiras, as quais apresentam como principal característica a produção rígida de grandes lotes de peças. As máquinas fresadoras CNC's para madeira representam um ponto chave no processo produtivo, pois representam o elo entre as operações de corte da matéria-prima e acabamento final da peça. O trabalho tem por objetivo a concepção de uma máquina controlada por Comando Numérico Computadorizado CNC, dedicada à medição e usinagem de peças de grande comprimento, com superfícies planas e curvaturas suaves, usuais na indústria moveleira. Realizou-se um estudo da melhor configuração para o sistema e foram determinados seus componentes fundamentais visando a obtenção de um bom desempenho dinâmico dos eixos irterpolados. Desta forma é garantida a usinagem em alta velocidade, com uso de ferramentas modernas (CBN e diamante policristalino) e obtenção de erros de posicionamento compatíveis à aplicação. Já sob o ponto de vista de produção, buscou-se a concepção de um sistema com alta flexibilidade, com possibilidade de trabalho sobre famílias de peças, utilizando recursos de medição de modelos, CAD (Computer Aided Design) e CAM (Computer Aided Manufacturing)

Estudo do efeito do toe grinding na resposta em fadiga de juntas cruciformes feitas de aço ASTM A131 grau AH36

   Os problemas devido à fadiga em componentes mecânicos e estruturais são recorrentes na indústria, sendo ainda mais preocupantes quando tais componentes apresentam uniões soldadas. Ao longo dos anos, estudos têm sido realizados com o objetivo de desenvolver procedimentos para aumentar a vida em fadiga desse tipo de união. Dentre tais procedimentos estão algumas técnicas aplicadas ao cordão ou filete após concluído o processo de soldagem. O presente trabalho científico tem por objetivo estudar o efeito, em termos de vida sob carga cíclica, da técnica conhecida globalmente por toe grinding, que consta da usinagem localizada do pé do cordão de solda. A ranhura resultante do processo propicia a redução do fator de concentração de tensões, bem como a retirada de microdefeitos. Mais especificamente, o estudo visou verificar a influência de tal pro-cesso na vida em fadiga de juntas cruciformes de Aço ASTM A131 Grau AH36, soldadas pelo processo Arame Tubular (Flux-Cored Arc Welding - FCAW) e submetidas a carregamento cíclico transversal. Para tal, procedimentos experimentais envolvendo diferentes áreas da fabricação foram utilizados para confeccionar os corpos de prova, dentre os quais, um processo pré-qualificado de soldagem, bem como técnicas de inspe-ção não destrutiva dos cordões. Mesmo assim, o corte lateral dos corpos de prova mostrou que as juntas apre-sentaram falta de penetração na raiz dos cordões. Em sequência, a amostra foi dividida em dois grupos -- com e sem toe grinding -- e os ensaios de fadiga foram realizados em condições semelhantes para ambos os gru-pos. Os resultados obtidos nos ensaios mostraram que o mecanismo de falha, no caso dos corpos de prova que não sofreram toe grinding, se tratou da propagação de microtrincas do tipo intrusão previamente locali-zadas no pé dos filetes de solda. Já os corpos de prova que passaram pelo toe grinding apresentaram migra-ção do local de falha do pé para a raiz dos cordões de solda, bem como um aumento expressivo do valor mé-dio de número de ciclos até a falha.Palavras-chave: Junta cruciforme, Aço ASTM A131 Grau AH36, toe grinding, fadiga

Fatigue performance of laser welds in heavy-gage press hardening steels

This work investigates and compares the fatigue performance of laser-welded joints of two press hardening steels: a standard 22MnB5 and a variant modified by a combination of niobium and molybdenum (NbMo) alloying. The results indicate that joint geometry aspects, superposed to an intrusion-generated damage mechanism, were prevalent in causing a poor fatigue life in the case of peak stress values greater than 11% of the base metal's ultimate strength being around 1450 MPa. As identical process procedures were employed, the tests allowed investigating the influence of the alloy design on fatigue performance. The results of geometrical analysis and fatigue tests indicated that the NbMo modified alloy performed better than the standard 22MnB5 steel. The results also suggest that, if extremely tight quality limits are used in the manufacturing procedures, laser-welded joints of press hardened steels could offer a very favorable fatigue performance being considerably better than that of conventional and high strength structural steels

Desenvolvimento de um sistema de transmissão mecânica baseado em engrenagens cônicas e faciais

O presente trabalho foi desenvolvido com o intuito de propor um sistema de transmissão mecânica baseado em engrenagens cônicas e faciais, de razões de velocidades escalonadas, para uso industrial e no setor da mobilidade. Em virtude do grande desenvolvimento das transmissões compostas por engrenagens faciais nos últimos anos, implementado por centros de pesquisa da área e por indústrias do setor aeronáutico, um dos objetivos deste trabalho foi estender o campo de aplicação dessas engrenagens para outros campos da engenharia. Inicialmente, mostra-se um estudo dos principais tipos de transmissões mecânicas presentes na indústria e, principalmente, no setor da mobilidade; área em que, usualmente, encontram-se os requisitos mais elevados de operação. Além disso, foi realizada uma revisão bibliográfica abordando tópicos importantes relacionados às engrenagens em geral e, mais especificamente, às transmissões cônicas e faciais. Esta revisão serviu de base para a implementação dos algoritmos para modelagem das engrenagens do sistema proposto. Para validar o conceito, um protótipo foi construído e testado, tendo como principal objetivo a comprovação da viabilidade e eficácia do sistema proposto, tanto na transmissão do movimento como na alteração da razão de velocidades. Realizados os testes, observou-se que, efetivamente, o sistema atendeu aos atributos funcionais especificados. Para a construção desse protótipo, as engrenagens envolvidas passaram por um processo de modelagem matemática, seguida pela modelagem sólida em software de CAD e pela fabricação em centro de usinagem. Para complementar o estudo, foi implementada uma rotina baseada nas normas AGMA, com foco na determinação das dimensões do pinhão, componente mais crítico do sistema. Desta forma, este trabalho permitiu avaliar os aspectos funcionais e elaborar um procedimento de projeto das engrenagens que compõem a transmissão proposta, concluindo que esta apresenta características herdadas das engrenagens faciais - facilidade de fabricação com custos competitivos - bem como características que a tornam adequada para operação automática em aplicações com alta taxa de flutuação da carga de trabalho, quais sejam: pequena variação da relação de transmissão e simplicidade do mecanismo de alteração da relação de velocidades.This work was developed with the aim of propose a multi-speed mechanical gear drive based on face and bevel gears, for industrial and mobility field applications. Because of the recent great development of face gears, implemented by gear research centers and by aeronautical industry, one of the present work objectives was the extension of the application of these gears to other areas. The text begins with a brief review of the most used mechanical transmissions in the industry and, mainly, in the mobility field, where usually are found the higher loading and operation requirements. Also, important topics related to all gear transmissions and, more specifically, to bevel and face gears are presented. This review gave support for the algorithms implemented for the gears modeling. In sequence, for concept validation, a prototype was constructed and tested. The main objective of this prototype was proving that the original concept was viable and effective to transmit motion and change the ratio of velocities. After the tests, it was observed that, effectively, the system attended to specified functional attributes. For prototype construction, the related gears have been mathematically modeled, which was followed by the solid modeling in a CAD software and, finally, by the manufacturing process in a CNC milling machine. To extend the knowledge about the proposed transmission, an algorithm based on AGMA standards was implemented to assist in the analysis process related to the pinions, which are the most critical components of the system. As a result, this work allowed to validate the functional aspects and to elaborate a gear design procedure for the proposed system. Such system presents features inherited from face gears - constructive and manufacturing simplicity, meaning competitive costs -as well as features that make it adequate for automatic operation in high working load floating rates, which are: small ratio of velocities variation and mechanical simplicity of gears changing mechanism

Desenvolvimento de um sistema de transmissão mecânica baseado em engrenagens cônicas e faciais

O presente trabalho foi desenvolvido com o intuito de propor um sistema de transmissão mecânica baseado em engrenagens cônicas e faciais, de razões de velocidades escalonadas, para uso industrial e no setor da mobilidade. Em virtude do grande desenvolvimento das transmissões compostas por engrenagens faciais nos últimos anos, implementado por centros de pesquisa da área e por indústrias do setor aeronáutico, um dos objetivos deste trabalho foi estender o campo de aplicação dessas engrenagens para outros campos da engenharia. Inicialmente, mostra-se um estudo dos principais tipos de transmissões mecânicas presentes na indústria e, principalmente, no setor da mobilidade; área em que, usualmente, encontram-se os requisitos mais elevados de operação. Além disso, foi realizada uma revisão bibliográfica abordando tópicos importantes relacionados às engrenagens em geral e, mais especificamente, às transmissões cônicas e faciais. Esta revisão serviu de base para a implementação dos algoritmos para modelagem das engrenagens do sistema proposto. Para validar o conceito, um protótipo foi construído e testado, tendo como principal objetivo a comprovação da viabilidade e eficácia do sistema proposto, tanto na transmissão do movimento como na alteração da razão de velocidades. Realizados os testes, observou-se que, efetivamente, o sistema atendeu aos atributos funcionais especificados. Para a construção desse protótipo, as engrenagens envolvidas passaram por um processo de modelagem matemática, seguida pela modelagem sólida em software de CAD e pela fabricação em centro de usinagem. Para complementar o estudo, foi implementada uma rotina baseada nas normas AGMA, com foco na determinação das dimensões do pinhão, componente mais crítico do sistema. Desta forma, este trabalho permitiu avaliar os aspectos funcionais e elaborar um procedimento de projeto das engrenagens que compõem a transmissão proposta, concluindo que esta apresenta características herdadas das engrenagens faciais - facilidade de fabricação com custos competitivos - bem como características que a tornam adequada para operação automática em aplicações com alta taxa de flutuação da carga de trabalho, quais sejam: pequena variação da relação de transmissão e simplicidade do mecanismo de alteração da relação de velocidades.This work was developed with the aim of propose a multi-speed mechanical gear drive based on face and bevel gears, for industrial and mobility field applications. Because of the recent great development of face gears, implemented by gear research centers and by aeronautical industry, one of the present work objectives was the extension of the application of these gears to other areas. The text begins with a brief review of the most used mechanical transmissions in the industry and, mainly, in the mobility field, where usually are found the higher loading and operation requirements. Also, important topics related to all gear transmissions and, more specifically, to bevel and face gears are presented. This review gave support for the algorithms implemented for the gears modeling. In sequence, for concept validation, a prototype was constructed and tested. The main objective of this prototype was proving that the original concept was viable and effective to transmit motion and change the ratio of velocities. After the tests, it was observed that, effectively, the system attended to specified functional attributes. For prototype construction, the related gears have been mathematically modeled, which was followed by the solid modeling in a CAD software and, finally, by the manufacturing process in a CNC milling machine. To extend the knowledge about the proposed transmission, an algorithm based on AGMA standards was implemented to assist in the analysis process related to the pinions, which are the most critical components of the system. As a result, this work allowed to validate the functional aspects and to elaborate a gear design procedure for the proposed system. Such system presents features inherited from face gears - constructive and manufacturing simplicity, meaning competitive costs -as well as features that make it adequate for automatic operation in high working load floating rates, which are: small ratio of velocities variation and mechanical simplicity of gears changing mechanism

Sistema de transmissão de múltiplas velocidades e processo para posicionamento do sistema de transmissão

Fundação Universidade de Caxias do SulUniversidade Federal do Rio Grande do SulEngenhariaDepositad

Sistema de transmissão de múltiplas velocidades e processo para posicionamento do sistema de transmissão

Fundação Universidade de Caxias do SulUniversidade Federal do Rio Grande do SulEngenhariaDepositad

Evaluation of Fatigue Performance of Press Hardening Steel Joints Welded by GMAW-CSC and PAW Processes

The application of press hardening steels is spreading from automobiles, where crashworthiness demands are critical, to other segments, such as the agricultural and road transport industries. However, the operational conditions to which such equipment is exposed requires the application of heavier sheet gages and adapted joining processes. In this context, fatigue is recognized as the critical failure mode. The present article describes the procedures and results of fatigue testing performed on GMAW-CSC and PAW butt-welded specimens of 1500 MPa press hardening steel. Both methods are suitable alternatives to laser welding when joining relatively heavy-gaged components. The obtained fatigue results are also related to heat-affected zone characteristics and weld bead surfaces. Additionally, some ground-flush GMAW-CSC specimens were tested. The test results indicate that both welding procedures provide suitable fatigue performance. As-welded GMAW-CSC joints on this ultra-high strength steel accomplished a fatigue performance similar to welds of conventional steel. However, a remarkable performance increase was observed after flush grinding the weld beads. The plasma welding process presented less good results due to the more extensive manufacturing and geometric variability. The results indicate that adopting a suitable arc welding process, in association with post-weld geometry improvement, provides a fatigue performance that is competitive with laser-welded press hardening steels

Evaluation of Fatigue Performance of Press Hardening Steel Joints Welded by GMAW-CSC and PAW Processes

The application of press hardening steels is spreading from automobiles, where crashworthiness demands are critical, to other segments, such as the agricultural and road transport industries. However, the operational conditions to which such equipment is exposed requires the application of heavier sheet gages and adapted joining processes. In this context, fatigue is recognized as the critical failure mode. The present article describes the procedures and results of fatigue testing performed on GMAW-CSC and PAW butt-welded specimens of 1500 MPa press hardening steel. Both methods are suitable alternatives to laser welding when joining relatively heavy-gaged components. The obtained fatigue results are also related to heat-affected zone characteristics and weld bead surfaces. Additionally, some ground-flush GMAW-CSC specimens were tested. The test results indicate that both welding procedures provide suitable fatigue performance. As-welded GMAW-CSC joints on this ultra-high strength steel accomplished a fatigue performance similar to welds of conventional steel. However, a remarkable performance increase was observed after flush grinding the weld beads. The plasma welding process presented less good results due to the more extensive manufacturing and geometric variability. The results indicate that adopting a suitable arc welding process, in association with post-weld geometry improvement, provides a fatigue performance that is competitive with laser-welded press hardening steels

Fatigue Performance of Laser Welds in Heavy-Gage Press Hardening Steels

This work investigates and compares the fatigue performance of laser-welded joints of two press hardening steels: a standard 22MnB5 and a variant modified by a combination of niobium and molybdenum (NbMo) alloying. The results indicate that joint geometry aspects, superposed to an intrusion-generated damage mechanism, were prevalent in causing a poor fatigue life in the case of peak stress values greater than 11% of the base metal\u27s ultimate strength being around 1450 MPa. As identical process procedures were employed, the tests allowed investigating the influence of the alloy design on fatigue performance. The results of geometrical analysis and fatigue tests indicated that the NbMo modified alloy performed better than the standard 22MnB5 steel. The results also suggest that, if extremely tight quality limits are used in the manufacturing procedures, laser-welded joints of press hardened steels could offer a very favorable fatigue performance being considerably better than that of conventional and high strength structural steels