The influence of cutting fluid and diamond-like carbon coating on cutting tool wear

• Autorzy: Kowalczyk Joanna , Madej Monika , Milewski Krystian , Nowakowski Łukasz , Ozimina Dariusz

Warianty tytułu

PL

Wpływ chłodziwa i powłoki diamentopodobnej na zużycie narzędzi skrawających

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research was to determine the effect of coolant on the wear of tools made of cemented carbides without a coating and with a diamond-like coating DLC type a-C:H and the quality of workpiece surface. The a-C:H coating was obtained by plasma-assisted chemical vapour deposition PACVD. Identification of the elements included in the cutting tool before and after turning was performed using a scanning electron microscope equipped with an EDS X-ray microanalyser. The face turning was carried out using a numerically controlled lathe. Turning were made without using cutting fluid (“dry”) and using a non-toxic cutting fluid containing zinc aspartate. After turning, the wear of cutting tools was measured using a stereoscopic inspection microscope, and the surface texture of the workpieces was examined with an optical profilometer. The research discussed in this article contributed to the development of production thanks to the comparison of materials used for cutting tools for metalworking, as well as in the search for more and more durable cutting tools for extending durability of cutting tools, improving the quality of treated surfaces and reducing machining costs. During the machining process with the cutting fluid aspartate, layers of zinc compounds were formed, which reduced the coefficient of friction and tool wear.

PL

W artykule przedstawiono realizację i wyniki badań, których celem było określenie wpływu chłodziwa na zużycie narzędzi z węglików spiekanych bez powłoki oraz narzędzi z węglików spiekanych z naniesioną powłoką diamentopodobną DLC typu a-C:H. Oceniono również jakość obrobionej powierzchni detalu. Powłokę a-C:H uzyskano techniką chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganej plazmą PACVD. Identyfikację pierwiastków wchodzących w skład narzędzi przed i po toczeniu wykonano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego wyposażonego w mikroanalizator rentgenowski EDS. Toczenie poprzeczne przeprowadzono za pomocą tokarki sterowanej numerycznie. Wykonano toczenie poprzeczne bez użycia chłodziwa - „na sucho” oraz z zastosowaniem nietoksycznego chłodziwa zawierającego asparaginian cynku. Po toczeniu zmierzono zużycie narzędzi skrawających stereoskopowym mikroskopem inspekcyjnym, a teksturę powierzchni obrabianych przedmiotów zbadano profilometrem optycznym. Badania polegały na porównaniu materiałów stosowanych na narzędzia skrawające do obróbki metali, a także na poszukiwaniu coraz to wytrzymalszych, wpływających na przedłużenie trwałości narzędzi, poprawiających jakość obrabianych powierzchni oraz na zmniejszeniu kosztów obróbki. Podczas obróbki skrawaniem z użyciem chłodziwa zawierającego asparaginian cynku powstały warstwy związków cynku, które wpłynęły na zmniejszenie współczynnika tarcia oraz zużycia narzędzia.

Słowa kluczowe

EN

diamond-like carbon coating; DLC; cutting tool wear; friction; turning

PL

powłoka diamentopodobna; DLC; zużycie narzędzi; tarcie; toczenie

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 2
• Strony: 83--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalczyk Joanna

• Faculty of mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

autor

Madej Monika

• Faculty of mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

autor

Milewski Krystian

• Trzuskawica S.A., Nowiny, Poland

autor

Nowakowski Łukasz

• Faculty of mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

autor

Ozimina Dariusz

• Faculty of mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Ozimina D., Kowalczyk J., Madej M.: The impact of biodegradable cutting fluid on the tribological properties of the friction pairs. Tribologia, 2016, 1, pp. 69-80.
• 2. Sheikh-Ahmad J.Y.: Machining of Polymer Composites. USA: Springer, 2009.
• 3. Olszak W.: Obróbka skrawaniem. Warszawa: WNT, 2009 [in Polish].
• 4. Dolinšek S., Kopač J.: Mechanism and types of tool wear; particularities in advanced cutting materials. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2006, 19(1), pp. 11-18.
• 5. Szczerek M.: Metodologiczne problemy systematyzacji eksperymentalnych badań tribologicznych, Radom: ITeE, 1997 [in Polish].
• 6. Liu C., Lin N., HeY.H., LiuW.S., MaY.Z.: Influence of Micron WC Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of Ultrafine WC-Co Cemented Carbides at the Elevated Temperature. Journal of Superhard Materials, 2018, 40(1), pp. 40-46.
• 7. Wirtz Ch., Dehmer A., Trauth D., Mattfeld P., Klocke F.: Analysis of the grinding wheel wear in dependency of the cementedcarbide specification. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, 99, pp. 747-754.
• 8. Lisovskii A. F., Gnatenko I.A.: On the Formation of Intercarbide and Interface Surfaces in WC-Co Cemented Carbides. Journal of Superhard Materials, 2018, 40(5), pp. 335-347.
• 9. Madej M., Kowalczyk J., Ozimina D.: The tribological properties of DLC coatings lubricated with the biodegradable cutting fluid. Tribologia, 2014, 5, pp. 101-112.
• 10. Folea M., Roman A., Lupulescu N.B.: An overview of DLC coatings on cutting tools performance. Scientific papers. Academic journal of manufacturing engineering, 2010, 8(3), pp. 30-36.
• 11. Madej M., Marczewska-Boczkowska K., Ozimina D.: Effect of tungsten on the durability of diamondlike carbon coatings in the chemical industry. Przemysł Chemiczny, 2014, 93(4), pp. 505-505.
• 12. Vengudusamy B., Grafl A., Preinfalk K.: Tribological properties of hydrogenated amorphous carbon under dry and lubricated conditions. Diamond & Related Materials, 2014, 41, pp. 53-64.
• 13. Madej M.: Properties of tribological systems with diamond-like carbon coatings. Kielce: Ed. TU, 2013.
• 14. Ozimina D.: The exploitation of tribological systems. Tom I. The importance of scientific instrument in operation buildings. M48. Kielce: Ed. TU, 2013.
• 15. Sreejith P.: Machining of 6061 aluminium alloy with MQL, dry and flooded lubricant conditions. Materials Letters, 2008, 62, pp. 276-278.
• 16. Diniz A.E. Micaroni R.: Cutting conditions for finish turning process aiming: the use of dry cutting. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2002, 42(8), pp. 899-904.
• 17. Kustas F.M., Fehrehnbacher L.L., Komanduri R.: Nano coatings on cutting tools for dry machining. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 1997, 46, pp. 39-42.
• 18. Gupta K.: Innovations in Manufacturing for Sustainability. Switzerland: Springer, 2019.
• 19. Smith G.T.: Cutting tool technology. Industrial handbook. London: Springer, 2008.
• 20. Jethanandani R.: The Development and Application of Diamond Like Carbon Films. The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society (TMS), 1997, 49(2), pp. 63-65.
• 21. Berns H., Theisen W.: Ferrous Materials: Steel and Cast Iron. Berlin: Springer, 2008.
• 22. PN-ISO 3685: Tool-life testing with single-point turning tools.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).