Characteristic of the wear of a tool coating based on amorphous carbon during chipboard milling

• Autorzy: Czarniak Paweł , Szymanowski Karol , Panjan Peter

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.6652

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Characteristic of the wear of a tool coating based on amorphous carbon during chipboard milling. The study verified the durability and the course of wear during the durability tests of the TiAlN / a-C:N double tool coating. The aforementioned coating consisted of a bottom layer of TiAlN and a top layer based on nitrogen-enriched amorphous carbon. Standard replaceable cutters for milling heads made of WC-Co sintered carbide were subjected to the modification process. The coating was applied using plasma by RF Magnetron Sputtering. During the tests, the blade wear was measured using a workshop microscope. The VB max indicator measured on the clearance face was adopted as the blunting criterion and its maximum value was set on 0,2 mm. The results show that the additional coating of amorphous carbon contributed to the increase of the tool durability determined with cutting distance. The use of only a single layer based on TiAlN shortened the durability by about 3%. On the other hand, applying both the bottom and top layers (TiAlN /a-C:N) extended the cutting distance by about 24%. The research showed a clear advantage in terms of the durability of the blades modified with a multi-layer coating in relation to a single-layer. Moreover, the positive effect of the top layer containing amorphous carbon on tool durability has been demonstrated.

PL

Charakterystyka zużywania się powłoki narzędziowej opartej na węglu amorficznym podczas frezowania płyty wiórowej. W pracy zweryfikowano trwałość oraz przebieg zużywania się podczas prób trwałościowych podwójnej powłoki narzędziowej TiAlN/a-C:N. Na wspomnianą powlokę składa się spodnia warstwa TiAlN oraz wierzchnia oparta na węglu amorficznym wzbogaconym azotem. Procesowi modyfikacji poddano standardowe wymienne noże do głowic frezarskich wykonane z węglika spiekanego WC-Co. Powłoka została naniesiona przy użyciu plazmy metodą RF Magnetron Sputtering. W trakcie badań wykonywano pomiary zużycia ostrzy przy pomocy mikroskopu warsztatowego. Jako kryterium stępienia przyjęto wskaźnik VBmax wynoszący 0.2 mm, mierzony na powierzchni przyłożenia. Rezultaty wskazują, iż dodatkowa powłoka z amorficznego węgla, przyczyniła się do podniesienia trwałości ostrza wyrażonego drogą skrawania. Zastosowanie jedynie pojedynczej warstwy opartej na TiAlN obniżyło trwałość narzędzia o ok 3 %. Natomiast zastosowanie zarówno spodniej jak i wierzchniej warstwy (TiAlN/a-C:N) wydłużyło drogę skrawania o ok 24%. Praca wykazała wyraźną przewagę ostrza modyfikowanego powłoką wielowarstwową pod kątem trwałości w stosunku do powłoki jednowarstwowej. Ponadto, został wykazany pozytywny wpływ wierzchniej warstwy zawierającej węgiel amorficznego na trwałość narzędzia.

Słowa kluczowe

EN

PVD; tool coatings; a-C:N; tool durability

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology
• Rocznik: 2020
• Tom: No. 111
• Strony: 53--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czarniak Paweł

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Institute of Wood Sciences and Furniture, Department of Mechanical Processing of Wood

autor

Szymanowski Karol

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Institute of Wood Sciences and Furniture, Department of Mechanical Processing of Wood

autor

Panjan Peter

• Josef Stefan Institute, Ljubliana, Slovenia

Bibliografia

• 1. ENDLER I., BARTSCH K., LEONHARDT A., SCHEIBE H.-J., ZIEGELE H., FUCHS I., RAATZ CH.: Preparation and wear behaviour of woodworking tools coated with superhard layers, Diamond and Related Materials 8 (1999) 834-839
• 2. FAGA M.G., SETTINERI L: Innovative anti-wear coatings on cutting tools for wood machining, Surface & Coatings Technology 201 (2006) 3002–3007.
• 3. GILEWICZ A., WARCHOLINSKI B., SZYMANSKI W., GRIMM W: CrCN/CrN ta-C multilayer coating for applications in wood processing, Tribology International 57 (2013) 1–7
• 4. PANCIELEJKO M., CZYŻNIEWSKI A., GILEWICZ A., SZYMAŃSKI W., ZAVALEYEV V: The influence of the MCVA deposition parameters on the structure and tribological properties of DLC coatings on woodworking HSS tool substrates, Archives of Materials Science and Engineering 64 (2013) 160-167
• 5. PANCIELEJKO M., CZYŻNIEWSKI A., GILEWICZ A., ZAVALEYEV V., SZYMAŃSKI W: The cutting properties and wear of the knives with DLC and W-DLC coatings, deposited by PVD methods, applied for wood and wood-based materials machining, Archives of Materials Science and Engineering 58 (2012) 235-244
• 6. PANCIELEJKO M., CZYŻNIEWSKI A., ZAVALEYEV V., PANDER A., WOJTALIK K: Optimization of the deposition parameters of DLC coatings with the MCVA method, Archives of Materials Science and Engineering 54 (2012) 60-67
• 7. PANJAN P., PASKVALE S., GSELMAN G., ZUPANIČ F., BONČINA T., ČEKADA M., PANJAN M., KEK MERL D., FIŠINGER B: Tribological properties of TiAlN/a-CNx coating., Preecedings of 8th International Conference on Industrial Tools and Material Processing Technologies. Ljubliana, Slovenia 2-5 October 2011.
• 8. RATAJSKI J., GULBINSKI W., STASKIEWICZ J., WALKOWICZ J., MYŚLIŃSKI P., CZYŻNIEWSKI A., SUSZKO T., GILEWICZ A., WARCHOLIŃSKI B.: Hard coatings for woodworking tools – a review, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 37 (2009) 668-674
• 9. VETTER: 60 years of DLC coatings: Historical highlights and technical review of cathodic arc processes to synthesize various DLC types, and their evolution for industrial applications, Surface and Coatings Technology 257 (2014) 2
• 10. WARCHOLINSKI B., GILEWICZ A: Multilayer coatings on tools for woodworking, Wear 271 (2011) 2812–2820
• 11. PN-EN 310 - Wood-based panels – Determination of modulus of elasticity in bending and of bending strength the standard describe the method in determination of modulus of elasticity in bending and bending strength wood-based panels. The test relay on weight down of the sample, which is supported at two points. The weight down point is in the middle length of the sample. There is also shown the method how to calculate results. Appropriate requirements are put in EN-636
• 12. EN 323 – European Standard (1999). “Wood-based panels – Determination of density”, CEN, Brussels, Belgium
• 13. EN 1534 – European Standard (2002). “Wood flooring. Determination of resistance to indentation. Test method”, CEN, Brussels, Belgium
• 14. PN-EN 320 - : 2011 Particleboards and fiberboard – determination of resistance to axial withdrawal of screws Describes a method to determine by measuring the force required to withdraw a defined screw from the test piece
• 15. PN-EN 319 - Chipboards and fiberboard - Determination of the tensile strength in the direction perpendicular to the plane of the board. The method for determining the tensile strength in the direction perpendicular to the planes (cohesion) of chipboard, fiberboard, chip-cement boards was defined. Polish version
• 16. PN-EN 317 (1999) - Chipboard and fiberboard: determination of the swelling in thickness after soaking in water. The method of determining the thickness swelling of flat-pressed and cross-pressed particle boards and particle-cement boards was defined. Polish version.
• 17. PN-D-04234, PN-D-04213, PN-D-04213:1964 - Chipboard and fiberboard: Determination of impregnability
• 18. ISO 3340 (PN-76/D-04245) - Fiberboards. Determination of sand content. The purpose of the method specified is to obtain an indication of machinability by cutting tools. The principle is based on the complete combustion of test pieces and weighing the sand remaining in the desiccator at the end of the procedure.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).