Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Otimização robusta evolutiva multiobjetivo do processo multivariado de fresamento helicoidal do aço inoxidável super duplex UNS S32760
Autor(es): TOLEDO, José Veríssimo Ribeiro de
Primeiro Orientador: FERREIRA, João Roberto
metadata.dc.contributor.advisor-co1: PEREIRA, Robson Bruno Dutra
Resumo: Os aços inoxidáveis super duplex são materiais de baixa usinabilidade devido a sua alta taxa de encruamento, baixa condutividade térmica, alta resistência à fratura, elevados valores de resistência mecânica e ductilidade, alta taxa de dilatação térmica e alto coeficiente de atrito. Estas propriedades implicam na formação de um cavaco instável, alto esforço de corte, vibração, desgaste severo, baixa vida das ferramentas e acabamento superficial inadequado. Neste trabalho, o fresamento helicoidal é empregado para a usinagem de furos de aço inoxidável super duplex UNS S32760. Para obter os melhores resultados em relação a qualidade do furo, o monitoramento dos esforços de corte e da produtividade, uma abordagem de otimização evolutiva robusta multiobjetivo para este processo é proposto. Um projeto composto central foi definido, considerando como variáveis de controle: avanço axial por dente, avanço tangencial por dente, e velocidade de corte; e três variáveis de ruído: o comprimento de balanço da ferramenta, a profundidade de medição do furo, e o volume de fluido de corte. Este projeto combina variáveis de controle e ruído e permite a propagação dos erros das variáveis de ruído para atingir níveis de variáveis de processo que tornam as respostas robustas. Componentes da força de usinagem foram medidas durante os experimentos e as respostas de rugosidade e erro geométrico foram medidas nos furos usinados. Para considerar a estrutura de correlação dos resultados, a análise fatorial foi aplicada considerando o método dos eixos principais e a rotação varimax. Fatores ortogonais ou variáveis latentes foram obtidas para permitir a redução da dimensionalidade e para representar as respostas originais sem correlação. Modelos de resposta em função das variáveis de processo e ruído foram obtidas através do método dos mínimos quadrados ponderados, e modelos de média e variância em função de variáveis de processo foram obtidas. Modelos robustos do erro quadrático médio foram obtidos para modelar o viés e a variação de cada variável latente. Finalmente, a otimização evolutiva multiobjetivo foi aplicada para obter soluções de Pareto ótimas que otimizam a rugosidade, as componentes das forças, o desvio geométrico e a taxa de remoção de material. Três algoritmos evolutivos foram aplicados e comparados através do hipervolume. O algoritmo evolutivo multiobjetivo AGEMOEA obteve o melhor desempenho e algumas soluções com alto trade-off foram selecionadas através de pseudopesos para auxiliar a tomada de decisão.
Abstract: Super duplex stainless steels are difficult-to-cut materials due to their high hardening rates, low thermal conductivity, high fracture resistence, high values of mechanical strength and ductility, high thermal expansion rate and high friction coefficient. These properties entail unstable chip formation, high cutting efforts, chatter, severe tool wear, low tool life, and inadequate surface finishing. In this work, helical milling is employed for hole-making of super duplex stainless steel UNS S32760. To get the best results regarding hole quality, cutting efforts, and productivity, a multi-objective robust evolutionary optimization approach for this multivariate process is proposed. A central composite design was defined, considering as control variables: axial feed per tooth, tangential feed per tooth, and cutting speed; and three noise variables: the tool overhang length, the hole measurement depth, and the lubri-cooling flow rate. This design combines control and noise variables and allows error propagation of the noise variables to achieve levels of the process variables that make the responses robust. Machining force components were measured during tests and roughness and geometrical error responses were measured in the machined holes. To consider the correlation structure of the outputs, factor analysis was applied. The factor analysis was performed considering the principal axis method and varimax rotation. Orthogonal factors or latent variables were obtained to enable dimensionality reduction and to represent the original outputs without correlation. Response models in the function of process and noise variables were obtained through the weighted least squares method. Mean and variance models in the function of process variables were obtained. Robust mean square error models were obtained to model the bias and variance of each latent variable. Finally, multi-objective evolutionary optimization was applied to get Pareto optimal solutions that optimize roughness, cutting forces, geometrical error, and material removal rate. Three evolutionary algorithms were applied and compared through hypervolume. The AGEMOEA multi objective evolutionary algorithm obtained the best performance and some solutions with high trade-off were selected through pseudo-weights to aid the decision-making.
Palavras-chave: Fresamento helicoidal
Aço inoxidável super duplex UNS S32760
Análise fatorial
Projeto de parâmetro robusto
Otimização evolutiva multiobjetivo
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4054
Data do documento: 20-Mar-2024
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