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Avanços no desenvolvimento de um porta-ferramenta com sistema interno de transferência de calor com fluido em mudança de fase

Resumo

Em Projeto de Iniciação Científica Fapesp (2008/50918-6), concluído em 2009, contemporânea a um mestrado a respeito do mesmo assunto, concluído em 2010, foi desenvolvido o primeiro protótipo de um porta-ferramenta refrigerado internamente por meio de um fluido em mudança de fase. O conceito básico desse sistema de refrigeração está apoiado na extração mais eficiente do calor durante a transformação do fluído em vapor, promovido na região imediatamente abaixo da ferramenta de corte onde se desenvolvem as maiores temperaturas de usinagem. Para que a mudança de fase do fluido ocorra com maior facilidade, e garanta que a principal função desse fluido se cumpra, é usado um fluido refrigerante do tipo CFC ou HCFC cujos pontos de saturação situam-se próximos da temperatura ambiente, como é o caso do Freon 11® (R-11) e Suva 123® (R-123). Construtivamente, o porta-ferramenta conta com uma cavidade abaixo da pastilha, a qual é preenchida pelo fluido refrigerante em passagem ao longo de toda a extensão interna do corpo do porta-ferramenta. Separando a cavidade e a pastilha é colocada uma placa de cobre para dissipação mais eficiente do calor para o fluido. Depois de vaporizado o fluido é recalcado até um condensador onde o fluido retorna ao estado líquido e é levado ao interior do porta-ferramenta estabelecendo um ciclo fechado, sem comunicação com o ambiente. Como resultado, no torneamento de um aço austenítico de difícil usinabilidade com forte presença de carbonetos de cromo (SAE XV 8), obteve-se resultados promissores quanto à vida de ferramenta, sendo alcançados valores próximos à operação com fluido de corte semi-sintético, aplicado de maneira convencional, e claramente superior à usinagem a seco. No entanto, problemas relacionados à configuração do porta-ferramenta e à máquina ferramenta foram constatados, limitando a capacidade de investigação do experimento. Especificamente, constatou-se que as deficiências estão localizadas na baixa rigidez dinâmica do torno, que em rotações mais altas, usadas para a manutenção da velocidade de corte constante nos ensaios, provocaram avarias oriundas das excessivas vibrações da máquina. Outra limitação relacionou-se ao projeto e construção do porta-ferramentas, que por não ter contado com financiamento, optou-se por uma solução construtiva simples, mas que acabou por impedir que a geometria da cavidade fosse irregular (curva) de tal forma que facilitasse o escoamento de fluido vaporizado sem causar possíveis aprisionamentos de vapor na interface da placa de cobre com o fluido no estado líquido, especialmente nos cantos agudos. Em função dos problemas encontrados e na tentativa de avançar no desenvolvimento de um sistema de refrigeração de usinagem no qual seja possível abolir o uso do fluido de corte, mesmo que em algumas condições específicas de usinagem, busca-se nesse Projeto a otimização do porta-ferramenta por meio de soluções mais adequadas para a troca de calor mais eficiente na região da cavidade abaixo da pastilha, bem como a fundamental aquisição de uma máquina CNC, capaz de utilizar os corpos de prova em velocidades de corte constantes sem perturbações dinâmicas advindas da falta de rigidez da máquina, infelizmente não disponível no Departamento de Engenharia Mecânica da FE-Bauru. (AU)

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Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
INGRACI NETO, RUBENS R.; SCALON, VICENTE L.; FIOCCHI, ARTHUR A.; SANCHEZ, LUIZ E. A. Indirect cooling of the cutting tool with a pumped two-phase system in turning of AISI 1045 steel. INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, v. 87, n. 9-12, p. 2485-2495, DEC 2016. Citações Web of Science: 3.

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PORTA-FERRAMENTAS COM SISTEMA INTERNO DE TRANSFERENCIA DE CALOR COM FLUIDO EM MUDANÇA DE FASE BR1020130181897 - Universidade Estadual Paulista (UNESP) . Arthur Alves Fiocchi; Luiz Eduardo de Ângelo Sanchez; Rubens Roberto Ingraci Neto; Vicente Luiz Scalon - 17 de julho de 2013

TOOLHOLDER WITH INTERNAL SYSTEM FOR HEAT TRANSFER WITH PHASE-CHANGE FLUID PCT/BR2014/000239 - Universidade Estadual Paulista (UNESP) . Arthur Alves Fiocchi; Luiz Eduardo de Ângelo Sanchez; Rubens Roberto Ingraci Neto; Vicente Luiz Scalon - 16 de julho de 2014