Estudos de caracterização do corte ortogonal da madeira de pinho

Data
2017-07-05
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Resumo
A maquinagem dos metais é uma área bastante investigada e que neste momento já se encontra numa fase consolidada. No entanto, a maquinagem da madeira apesar de ser uma área com grande relevo para a economia, contrariamente aos metais, tem sido menos estudada. Pode-se afirmar que a maquinagem de materiais anisotrópicos ainda se encontram numa fase embrionária quer a nível experimental quer sobretudo a nível numérico. Neste trabalho foi realizada um estudo exploratório do fenómeno de corte ortogonal em madeira de Pinus Pinaster Ait, tendo sido testada uma série de 24 provetes, onde foram variados alguns parâmetros geométricos de corte. Com os ensaios experimentais, foi possível concluir que o sistema de propagação mais favorável ao corte ortogonal é o sistema RL. Este sistema, mesmo não sendo aquele que apresenta as forças mais baixas, é o que reúne maior estabilidade do corte e melhores acabamentos superficiais. Não sendo a prioridade para este trabalho, decidiu-se também testar uma abordagem para simulação por elementos finitos do processo de corte ortogonal recorrendo a modelos de dano coesivo. Devido às adversidades presentes nos sistemas de propagação LR e LT, decidiu-se aplicar o modelo numérico exclusivamente aos sistemas RL e RT. No sentido de analisar o comportamento do modelo numérico estudou-se a influência de alguns parâmetros geométricos do ensaio e anatómicos da madeira. Posteriormente foi realizada uma comparação entre o modelo numérico e os resultados experimentais, evidenciando previsões consistentes para o sistema de propagação RL. Para o sistema RT as previsões ficaram aquém das expectativas. Os ensaios mecânicos foram complementados com a técnica de correlação digital de imagem que foi possível aplicar recorrendo a uma câmara de elevada resolução temporal. A aplicação desta técnica teve como objetivo avaliar os campos de deslocamentos e de extensões presentes nos provetes de madeira. Percebeu-se que os deslocamentos estão diretamente ligados ao curso da ferramenta. Para além da análise do problema do corte ortogonal, foi realizada uma comparação entre duas ferramentas para CDI, uma gratuita (Ncorr) e uma comercial (Aramis). Este balanço mostrou elevada coerência entre os resultados obtidos por ambas as ferramentas.
Metal machining has been studied intensively and the level of its understanding is at mature and consolidated stage. However the wood machining, despite being a very important economic area, and in opposition to the observed with metals, has been less investigated. The machining of anisotropic materials is in an early stage for experimental but mostly for numerical fields. This work presents an exploratory study on wood orthogonal cutting using 24 specimens of Pinus Pinaster Ait species, covering different cutting geometric parameters. The experimental results showed that the most favourable propagation system for orthogonal cutting is the RL system. This system, even not being the one with the lowest cutting forces, it resulted in greater cutting stability and better surface finishes. Despite not being the main ambition of this work, it was decided to test the possibility of simulate the orthogonal cutting of wood through finite element analysis and using cohesive zone damage models. Due to the difficulties verified by the LR and LT propagation systems which resulted in non-uniform damage processes, the finite element model was applied to the RL and RT systems. With the purpose of validate the numerical simulations various anatomic and geometric parameters have been tested. Posteriorly a comparison between the numerical and the experimental results has been done. The finite element model presented consistent results for the RL system, however, those results were not of good quality for the RT propagation system. The mechanical tests were complemented with the digital image correlation technique which was only possible due to the utilization of a high speed video camera. The application of this technique allowed the analysis of the displacement and strain fields present on wood specimens. It was noticed that displacements are directly connected with the stroke of the cutting tool. Further to the analysis of orthogonal cutting problem, the digital image correlation technique was performed using two alternative codes, a freeware/open source software (Ncorr) and a commercial software (Aramis). This assessment showed that Ncorr and Aramis produced consistent results.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
Palavras-chave
Madeira , Pinus pinaster , Corte ortogonal
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