Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Sinzato, Mateus Keniti Nakashima
Orientador(a): Fontes, João Vitor de Carvalho lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMec
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21207
Resumo: Grinding is an abrasive process often employed in finishing operations due to the possibility of obtaining narrow dimensional and geometric tolerances, besides low surface roughness. Besides hardened steels, that usually undergo finishing operations with grinding wheels, other materials may also be ground, like cermets: composites with ceramic particles and metallic matrix. Popularly known as hard metals, these materials mainly constituted by tungsten carbides and cobalt have wide application as machining tools. In this case, grinding is one among several abrasive processes that can be applied to the preparation of cutting edges; but it is verified a lack of publications on this purpose when related to the artificial intelligence, although their increasing number in the last few years. This work proposes to apply artificial intelligence (AI) algorithms as an optimization tool for carbide inserts grinding considering cutting speed, feed rate and radial depth of cut as input factors and geometric features of the products, such as surface roughness (Ra e Rz), as response outputs. Besides, as a complementar study, the IA application on the optimization of the straight turning was studied, using tools with two-chamfer cutting edges produced by grinding, which were evaluated the feed rate, tool nose radius and form factor (K), and their influences over the roughness Ra e Rz and residual stress generated on the 4142 alloy steel. A preliminary model was developed using the Taguchi methodology in addition to the analysis of variance (ANOVA) to complement the methodology; afterwards, it was developed optimization models using artificial Neuro-Fuzzy inference system (ANFIS) and artificial neural networks (ANN). The results demonstrated that the ANN model presented better prediction capability compared to the ANFIS model, obtaining higher capacities of becoming an optimization tool.
id SCAR_90394d75235a87a03f400757ff35e3ec
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21207
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str
spelling Sinzato, Mateus Keniti NakashimaFontes, João Vitor de Carvalhohttp://lattes.cnpq.br/9473668144091435Antonialli, Armando Ítalo Settehttp://lattes.cnpq.br/4367459395417045http://lattes.cnpq.br/0001417310482126https://orcid.org/0000-0002-5828-7978https://orcid.org/0000-0002-2196-690Xhttps://orcid.org/0000-0002-3466-04162025-01-13T20:02:02Z2025-01-13T20:02:02Z2024-11-30SINZATO, Mateus Keniti Nakashima. Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21207.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21207Grinding is an abrasive process often employed in finishing operations due to the possibility of obtaining narrow dimensional and geometric tolerances, besides low surface roughness. Besides hardened steels, that usually undergo finishing operations with grinding wheels, other materials may also be ground, like cermets: composites with ceramic particles and metallic matrix. Popularly known as hard metals, these materials mainly constituted by tungsten carbides and cobalt have wide application as machining tools. In this case, grinding is one among several abrasive processes that can be applied to the preparation of cutting edges; but it is verified a lack of publications on this purpose when related to the artificial intelligence, although their increasing number in the last few years. This work proposes to apply artificial intelligence (AI) algorithms as an optimization tool for carbide inserts grinding considering cutting speed, feed rate and radial depth of cut as input factors and geometric features of the products, such as surface roughness (Ra e Rz), as response outputs. Besides, as a complementar study, the IA application on the optimization of the straight turning was studied, using tools with two-chamfer cutting edges produced by grinding, which were evaluated the feed rate, tool nose radius and form factor (K), and their influences over the roughness Ra e Rz and residual stress generated on the 4142 alloy steel. A preliminary model was developed using the Taguchi methodology in addition to the analysis of variance (ANOVA) to complement the methodology; afterwards, it was developed optimization models using artificial Neuro-Fuzzy inference system (ANFIS) and artificial neural networks (ANN). The results demonstrated that the ANN model presented better prediction capability compared to the ANFIS model, obtaining higher capacities of becoming an optimization tool.A retificação é um processo abrasivo comumente empregado em operações de acabamento por conferir tolerâncias dimensionais e geométricas estreitas, bem como reduzida rugosidade. Além dos aços endurecidos, que frequentemente passam por operações de acabamento com rebolo, outros materiais também são objetos da retificação, como os cermetos: compósitos com partículas cerâmicas e matriz metálica. Conhecidos popularmente como metais duros, esses materiais constituídos majoritariamente de carbetos de tungstênio e cobalto têm larga aplicação como ferramentas para usinagem. Nesse caso, a retificação é um dentre os diferentes processos abrasivos que podem ser aplicados para a preparação das arestas cortantes; mas se verifica uma certa falta de publicações a esse respeito quando é considerado a sua relação com a inteligência artificial, ainda que em crescente número nos últimos anos. Esta pesquisa propõe utilizar algoritmos de inteligência artificial (IA) como recurso de otimização para a retificação de insertos de metal duro considerando a velocidade de corte, velocidade de avanço e penetração de trabalho como fatores de influência e características geométricas dos produtos, tal qual as rugosidades (Ra e Rz), como variáveis de resposta. Ademais, como estudo de caso complementar, também estudou-se a utilização da IA para a otimização do torneamento longitudinal realizado com ferramentas de arestas cortantes com dois chanfros produzidos pela retificação, sendo avaliados o avanço, o raio de ponta da ferramenta e o fator de forma (K), e suas influências sobre as rugosidades Ra e Rz e a tensão residual geradas sobre uma liga de aço 4142. Um modelo preliminar foi amparado na metodologia de Taguchi além de análise de variância (ANOVA) para complementar o método; após isto, foi implementado modelos de otimização utilizando sistema artificial de inferência Neuro-Fuzzy (ANFIS) e rede neural artificial (ANN). Os resultados demonstraram que o modelo ANN apresentou melhores capacidades de predição quando comparados ao ANFIS, possuindo maiores capacidades de se tornar uma ferramenta de otimização.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2022/01711-7, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2023/06179-4, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMecUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessUsinagemMetal duroMetodologia de taguchiPreparação de arestaMachiningCarbideTaguchi methodologyEdge preparationENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAOInteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duroArtificial intelligence applied to the preparation and application of carbide insertsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTRelatório_Final_Mateus_Keniti_Mestrado.pdf.txtRelatório_Final_Mateus_Keniti_Mestrado.pdf.txtExtracted texttext/plain103359https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2a1cb9d9-32be-4a7f-a24f-4e2a396902fb/download5346a3b2db2675511c16ca5d4a752bc0MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILRelatório_Final_Mateus_Keniti_Mestrado.pdf.jpgRelatório_Final_Mateus_Keniti_Mestrado.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4452https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/27409e6a-faa5-4f7f-88d1-6aa3dc4bc316/download9c8aa14d2fb3712c7565685d25bf7811MD54falseAnonymousREADORIGINALRelatório_Final_Mateus_Keniti_Mestrado.pdfRelatório_Final_Mateus_Keniti_Mestrado.pdfDissertação de Mestrado - Mateus Keniti Nakasshima Sinzatoapplication/pdf3142245https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ebc1e61e-9275-4df0-a06f-e006613bb653/downloadd60d82015bdeeb3f89324fbeb1fb720fMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/98f99e69-bfef-49f3-95d9-43b5c5f2a3f9/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/212072025-02-06 04:45:08.701http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21207https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T07:45:08Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Artificial intelligence applied to the preparation and application of carbide inserts
title Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
spellingShingle Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
Sinzato, Mateus Keniti Nakashima
Usinagem
Metal duro
Metodologia de taguchi
Preparação de aresta
Machining
Carbide
Taguchi methodology
Edge preparation
ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
title_short Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
title_full Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
title_fullStr Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
title_full_unstemmed Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
title_sort Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
author Sinzato, Mateus Keniti Nakashima
author_facet Sinzato, Mateus Keniti Nakashima
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0001417310482126
dc.contributor.authororcid.por.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-5828-7978
dc.contributor.advisor1orcid.por.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-2196-690X
dc.contributor.advisor-co1orcid.por.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-3466-0416
dc.contributor.author.fl_str_mv Sinzato, Mateus Keniti Nakashima
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Fontes, João Vitor de Carvalho
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9473668144091435
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Antonialli, Armando Ítalo Sette
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4367459395417045
contributor_str_mv Fontes, João Vitor de Carvalho
Antonialli, Armando Ítalo Sette
dc.subject.por.fl_str_mv Usinagem
Metal duro
Metodologia de taguchi
Preparação de aresta
topic Usinagem
Metal duro
Metodologia de taguchi
Preparação de aresta
Machining
Carbide
Taguchi methodology
Edge preparation
ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
dc.subject.eng.fl_str_mv Machining
Carbide
Taguchi methodology
Edge preparation
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
description Grinding is an abrasive process often employed in finishing operations due to the possibility of obtaining narrow dimensional and geometric tolerances, besides low surface roughness. Besides hardened steels, that usually undergo finishing operations with grinding wheels, other materials may also be ground, like cermets: composites with ceramic particles and metallic matrix. Popularly known as hard metals, these materials mainly constituted by tungsten carbides and cobalt have wide application as machining tools. In this case, grinding is one among several abrasive processes that can be applied to the preparation of cutting edges; but it is verified a lack of publications on this purpose when related to the artificial intelligence, although their increasing number in the last few years. This work proposes to apply artificial intelligence (AI) algorithms as an optimization tool for carbide inserts grinding considering cutting speed, feed rate and radial depth of cut as input factors and geometric features of the products, such as surface roughness (Ra e Rz), as response outputs. Besides, as a complementar study, the IA application on the optimization of the straight turning was studied, using tools with two-chamfer cutting edges produced by grinding, which were evaluated the feed rate, tool nose radius and form factor (K), and their influences over the roughness Ra e Rz and residual stress generated on the 4142 alloy steel. A preliminary model was developed using the Taguchi methodology in addition to the analysis of variance (ANOVA) to complement the methodology; afterwards, it was developed optimization models using artificial Neuro-Fuzzy inference system (ANFIS) and artificial neural networks (ANN). The results demonstrated that the ANN model presented better prediction capability compared to the ANFIS model, obtaining higher capacities of becoming an optimization tool.
publishDate 2024
dc.date.issued.fl_str_mv 2024-11-30
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2025-01-13T20:02:02Z
dc.date.available.fl_str_mv 2025-01-13T20:02:02Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv SINZATO, Mateus Keniti Nakashima. Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21207.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21207
identifier_str_mv SINZATO, Mateus Keniti Nakashima. Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21207.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21207
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMec
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2a1cb9d9-32be-4a7f-a24f-4e2a396902fb/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/27409e6a-faa5-4f7f-88d1-6aa3dc4bc316/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ebc1e61e-9275-4df0-a06f-e006613bb653/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/98f99e69-bfef-49f3-95d9-43b5c5f2a3f9/download
bitstream.checksum.fl_str_mv 5346a3b2db2675511c16ca5d4a752bc0
9c8aa14d2fb3712c7565685d25bf7811
d60d82015bdeeb3f89324fbeb1fb720f
f337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aec
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv repositorio.sibi@ufscar.br
_version_ 1851688920894406656