Análise de problema inverso não linear em transferência de calor para o estudo da ferramenta de metal duro revestida e não revestida

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: FERREIRA, Diego Corrêa
• Orientador(a): SILVA, Sandro Metrevelle Marcondes Lima e
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Análise térmica; Problemas inversos; Ferramentas de corte revestida; COMSOL®; Resfriamento por ar comprimido
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3326

Neste trabalho tem-se o objetivo de analisar a influência térmica do revestimento numa ferramenta de corte de metal duro juntamente com a influência da convecção. O modelo térmico consiste numa ferramenta de metal duro, um calço e um porta-ferramentas. Este modelo, é representado pela equação de difusão de calor tridimensional transiente que é resolvida pelo MEF (Método dos Elementos Finitos) por meio do uso do ( software) COMSOL Multiphysics® 5.6. Destaca-se aqui a grande vantagem na utilização deste soft ware que é a facilidade de se modelar o revestimento térmico, que tem sua espessura na ordem de micrometro (m). Para o revestimento térmico, escolheu-se uma ferramenta de corte revestida de Nitreto de Titânio (TiN), o Óxido de Alumínio (Al2O3) e Carboni treto de Titânio (TiCN). O modelo está sujeito as condições de contorno de convecção e radiação nas regiões expostas ao ambiente. Fluxo de calor prescrito na área de contato entre a ferramenta de corte e a peça. As propriedades térmicas adotadas neste trabalho são dependentes da temperatura. Isto é possível graças à utilização da Técnica da Função Especificada não-linear adotada para a solução do problema inverso. Para a obtenção de dados experimentais foram realizados 13 experimentos de torneamento numa amostra de ferro fundido nodular. Oito experimentos foram realizados para o inserto não revestido sendo 7 experimentos à seco e 1 com resfriamento por ar comprimido. Já para o inserto revestido foram realizados 5 experimentos, sendo 4 experimentos à seco e 1 experimento com resfriamento por ar comprido. Em todos os experimentos foram aquisitados dados de temperatura por termopares, temperatura por câmera térmica e forças de usinagem por dinamômetro. Uma análise exploratória dos dados experimentais foi realizada. O fluxo de calor é estimado através de um código em MATLAB® em conjunto com o software COMSOL® , utilizando a ferramenta MATLAB livelinkTM. Com o fluxo de calor obtido, o COMSOL® é utilizado novamente para obter o gradiente térmico de temperatura em todo o modelo. Resultados numéricos como: temperaturas máxima na área de contato e campo de temperaturas para a ferramenta de corte revestida e não revestida foram obtidos. Uma comparação entre os resultados numéricos e experimentais para os termopares também é realizada. Os resultados mostraram maior fluxo de calor e temperatura máxima na área de contato para o inserto revestido em comparação ao inserto não revestido.