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Desenvolvimento de um sistema de baixo custo para o monitoramento do desgaste de ferramenta de corte via corrente elétrica

In machining processes, the premature replacement of cutting tools generates additional costs to the process and, when changed late, tool wear compromises surface quality and dimensional tolerances of the workpiece. In industry, the wear control of cutting tools is performed by estimation, by statis...

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Autor principal: Souza, Lucas Melegari de
Formato: Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma: Português
Publicado em: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:
Torneamento
Ferramentas de corte
Desgaste mecânico
Correntes elétricas
Arduino (Controlador programável)
Lathing
Cutting tools
Mechanical wear
Electric currents
Arduino (Programmable controller)
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Acesso em linha: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12314
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spelling riut-1-123142021-12-16T13:30:56Z Desenvolvimento de um sistema de baixo custo para o monitoramento do desgaste de ferramenta de corte via corrente elétrica Development of a low cost system for monitoring the wear of cutting tool via electric current Souza, Lucas Melegari de Gonçalves, Janaina Fracaro de Souza Michels, Roger Nabeyama Gonçalves, Janaina Fracaro de Souza Lombardi Neto, Amadeu Vieira, Haustin Stelmastchuk Torneamento Ferramentas de corte Desgaste mecânico Correntes elétricas Arduino (Controlador programável) Lathing Cutting tools Mechanical wear Electric currents Arduino (Programmable controller) CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA In machining processes, the premature replacement of cutting tools generates additional costs to the process and, when changed late, tool wear compromises surface quality and dimensional tolerances of the workpiece. In industry, the wear control of cutting tools is performed by estimation, by statistical methods or directly performed. However, these predictions are imprecise and labor-intensive, and take time out of the process to accomplish them. The present work proposes a low cost indirect monitoring system using an Arduino board integrated with a current sensor SCT 013-00-00, an SD Card module and an RTC DS3231 module that perform the measurement and storage, as function of time, of the directly collected current values on the power cable of the machine tool. The purpose of this system is to correlate electric current with maximum flank wear (VBmax) using a 10% Co high speed steel cutting tool in the SAE 4140 steel turning process. A short duration test with constant cutting parameters was performed, and images of the wear marks were recorded by means of a Zeiss Axio model microscope, with further image processing using the free software Image J. From the data collected for electric current, from mean roughness measurements (Ra) and values of wear, correlation models were obtained between wear and electric current as well as wear and average roughness. The correlation model of the average roughness (Ra) showed to be more limited when compared to the electric current model. An increase of 11% in the average electric current was observed between the new tool and the end of life. Em processos de fabricação por usinagem a substituição prematura de ferramentas de corte gera custos adicionais ao processo e quando trocada tardiamente o desgaste da ferramenta compromete a qualidade superficial e as tolerâncias dimensionais da peça. Na indústria, o controle de desgaste das ferramentas de corte é realizado por estimativa, por métodos estatísticos ou realizados diretamente. No entanto, essas previsões são imprecisas e trabalhosas, e ocupam um tempo do processo para realizá-las. O presente trabalho propõe um sistema de monitoramento indireto de baixo custo utilizando uma placa Arduino integrada a um sensor de corrente SCT-013-000, um módulo SD Card e um módulo RTC DS3231 que realizam a medição e armazenamento dos valores de corrente coletados, em função do tempo, diretamente no cabo de alimentação da máquina-ferramenta. O objetivo deste sistema é correlacionar a corrente elétrica com o desgaste máximo de flanco (VBmax) usando uma ferramenta de corte de aço rápido de 10% Co, no processo de torneamento do aço SAE 4140. Um teste de curta duração com parâmetros de corte constantes foi realizado, e as imagens das marcas de desgaste foram registradas por meio de um microscópio modelo Zeiss Axio, com posterior processamento de imagem utilizando o software livre Image J. A partir dos dados coletados para corrente elétrica, medições de rugosidade média (Ra) e valores medidos de desgaste, foram obtidos modelos de correlação entre desgaste e corrente elétrica assim como de desgaste e rugosidade média. O modelo de correlação da rugosidade média (Ra) mostrou se mais limitado comparado ao modelo de corrente elétrica. Foi observado um aumento de 11 % entre a corrente elétrica média quando a ferramenta não apresentava desgaste e no momento de fim da vida. 2020-11-16T11:55:32Z 2020-11-16T11:55:32Z 2019-06-11 bachelorThesis SOUZA, Lucas Melegari de. Desenvolvimento de um sistema de baixo custo para o monitoramento do desgaste de ferramenta de corte via corrente elétrica. 2019. 74 f. Trabalho de Conclusão do Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12314 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Londrina Brasil Engenharia Mecânica UTFPR
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Souza, Lucas Melegari de
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description In machining processes, the premature replacement of cutting tools generates additional costs to the process and, when changed late, tool wear compromises surface quality and dimensional tolerances of the workpiece. In industry, the wear control of cutting tools is performed by estimation, by statistical methods or directly performed. However, these predictions are imprecise and labor-intensive, and take time out of the process to accomplish them. The present work proposes a low cost indirect monitoring system using an Arduino board integrated with a current sensor SCT 013-00-00, an SD Card module and an RTC DS3231 module that perform the measurement and storage, as function of time, of the directly collected current values on the power cable of the machine tool. The purpose of this system is to correlate electric current with maximum flank wear (VBmax) using a 10% Co high speed steel cutting tool in the SAE 4140 steel turning process. A short duration test with constant cutting parameters was performed, and images of the wear marks were recorded by means of a Zeiss Axio model microscope, with further image processing using the free software Image J. From the data collected for electric current, from mean roughness measurements (Ra) and values of wear, correlation models were obtained between wear and electric current as well as wear and average roughness. The correlation model of the average roughness (Ra) showed to be more limited when compared to the electric current model. An increase of 11% in the average electric current was observed between the new tool and the end of life.
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