Inteligência artificial aplicada à preparação e aplicação de insertos de metal duro
| Ano de defesa: | 2024 |
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| 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
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| 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. |
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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 |
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