Torneamento assistido por ultrassom de materiais cerâmicos em verde e pré-sinterizados - Gonçalves Júnior, Marcos [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
The advanced ceramic machining in green and pre-sintered states aims to minimize the machining step after sintering, in order to reduce the high cost of the process. Such methods provide a considerable advantage in the production of components with complex geometry in terms of surface finishing, economic efficiency and flexibility, as it allows obtaining near-netshape dimensions. However, it is easy to introduce damages and/or chipping due to its low mechanical resistance, mainly, in the use of inadequate cutting parameters. In order to improve the machining performance of hard and brittle materials, ultrasonic assisted machining can be employed. Applications of this technique have demonstrated that the process can greatly improve the machining performance. In this thesis, we investigated the application of ultrasonic assisted turning (UAT) in green and pre-sintered ceramic materials. For this purpose, components have been developed for the appropriate assembly of the test bench, with emphasis the flexure hinge support. In order to carry out the process, design of experiments (DOE) with fractional factorial and response surface modeling were performed and analysis of variance (ANOVA) was applied in some obtained data. The machining forces were measured by a dynamometer and correlated with the cutting parameters and the surface finishing. The results showed that the UAT method provided better surface finishes and reduced roughness in relation to the conventional turning (CT), as well as minimized the introduction of excessive surface damage under some conditions. It was verified that, the machining forces did not change between the CT and UAT methods using the same cutting parameters. In the tool wear analysis, the UAT method provided a reduction of 34% and 28.1% flank wear in the green and pre-sintered condition respectively, as well as, reduced the change of the original tool tip geometry and, consequently, the reduction in the forces generated

A usinagem de cerâmica avançada nos estados verde e pré-sinterizado tem como objetivo minimizar a etapa de usinagem após a sinterização, na qual se visa reduzir o alto custo do processo. Tais métodos propiciam uma vantagem considerável na produção de componentes com geometria complexa em termos de acabamento superficial, eficiência econômica e flexibilidade, pois, possibilita obter dimensões próximas às finais (near-net-shape). No entanto, há facilidade de introduzir danos e/ou lascamentos decorrente da sua baixa resistência mecânica, principalmente, na utilização de parâmetros de corte inadequados. Para melhorar o desempenho da usinagem de materiais duros e frágeis, pode-se empregar a usinagem assistida por ultrassom. As aplicações dessa técnica demonstraram que o processo pode melhorar consideravelmente o desempenho da usinagem. Nesta tese, se investigou a aplicação do torneamento assistido por ultrassom (UAT) em materiais cerâmicos em verde e présinterizados. Para isso, foram elaborados componentes para a montagem adequada da bancada de ensaio, tendo como ênfase o suporte flexure hinge. Para executar o processo, foi realizado o planejamento de experimentos (DOE) pelos modelos fatorial fracionário e de superfície de resposta e aplicou-se a análise de variância (ANOVA) em alguns dados obtidos. As forças de usinagem foram medidas por um dinamômetro e correlacionadas com os parâmetros de corte e com o acabamento superficial. Os resultados mostraram que o método UAT proporcionou melhores acabamentos superficiais e redução da rugosidade em relação ao torneamento convencional (CT), bem como minimizou a introdução de danos excessivos na superfície em algumas condições. Verificou-se que as forças de usinagem pouco se alteraram entre os métodos CT e UAT, quando empregado os mesmos parâmetros de corte. Na análise de desgaste da ferramenta, o método UAT propiciou uma redução do desgaste de flanco de 34% e 28,1% nas condições em verde e pré-sinterizada respectivamente, como também, reduziu a alteração da geometria original da ponta da ferramenta e, consequentemente, a redução nas forças geradas.
Ultrasonic assisted turning of green and pre-sintered ceramic materials
Keywords: Advanced ceramics; Green machining; Pre-sintered machining; Ultrasonic assisted turning; Design of experiments; Cerâmica avançada; Usinagem em verde; Usinagem pré-sinterizada; Torneamento assistido por ultrassom; Planejamento de experimentos