Mechanical, thermal and tribological aspects of the machining process of nodular iron with coated carbide and ceramic tools

• Autorzy: Grzesik W. , Żak K.

Warianty tytułu

PL

Mechaniczne, cieplne i tribologiczne aspekty skrawania żeliwa sferoidalnego narzędziami z węglików spiekanych i ceramiki azotkowej z powłokami ochronnymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper overviews some typical cutting characteristics obtained in the turning of the pearlitic-ferritic nodular iron (EN-GJS-500-7 grade with UTS=500 MPa) when using carbide tools coated with single TiAlN and multiple TiC/Ti(C,N)/Al2O3/TiN layers, as well as silicon nitride Si3N4 based ceramic tools. As a competitor, a P20 uncoated carbide grade was selected. The fundamental process readings include the cutting forces, the tool-chip interface temperature, Peclet number, friction coefficient and the tool-chip contact length as functions of cutting parameters. In particular, the measurements of cutting temperature were carried out using conventional tool-work thermocouple method and IR mapping technique. It is concluded based on many process characteristics that multilayer coated and ceramic tools can substantially improve the performance of nodular iron machining.

PL

W pracy omówiono wybrane typowe charakterystyki procesu toczenia perlityczno-ferrytycznego żeliwa sferoidalnego (gatunek EN-GJS-500-7 o wytrzymałości na rozciąganie RM=500 MPa). Stosowano ostrza z węglików spiekanych z naniesioną pojedynczą powłoką TiAlN lub wielowarstwową powłoką TiC/Ti(C,N)/Al2O3/TiN, a także ostrza z ceramiki azotkowej Si3N4. Węglik spiekany ISO P20 przyjęto jako materiał referencyjny. Prowadzono pomiary podstawowych wielkości procesu, składowych całkowitej siły skrawania, temperatury styku wiór-ostrze, liczby Pecleta, współczynnika tarcia, długości styku wiór-ostrze w funkcji parametrów skrawania. Pomiary temperatury skrawania prowadzono metodą termoelementu naturalnego i metodą pirometrii w podczerwieni IR. Uzyskane charakterystyki procesu wskazują, że zastosowanie ostrzy z węglików spiekanych z powłokami wielowarstwowymi i ceramiki azotkowej polepsza istotnie wydajność procesu skrawania żeliwa sferoidalnego.

Słowa kluczowe

EN

nodular iron; coated tools; multilayer coating tool; ceramic tools; cutting temperature; tribological behaviour

PL

żeliwo sferoidalne; pokrywane narzędzia; narzędzie z powłoką wielowarstwową; narzędzie ceramiczne; temperatura skrawania; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 33, nr 1
• Strony: 31--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Grzesik W.

autor

Żak K.

• Dept. of Manufacturing Engineering and Production Automation, Opole University of Technology, 45-271 Opole, 5th Mikolajczyka St., Poland,

Bibliografia

• [1] H. SCHULZ, U. REUTER: Verschleißmechanismus geklärt: GGV-Motoren reif für die Großserie. Werkstatt und Betrieb, 134 (2001) 7-8, 80-82.
• [2] G. BYRNE, D. DORNFELD, B. DENKENA: Advancing cutting technology. Annals of CIRP, 52 (2003) 2,483-507.
• [3] F. J. MOMPER: Neue Schneidstoffe für neue Werkstoffe. Werkstatt und Betrieb. 131 (1998) 5,390-394.
• [4] D. Graham: Machining cast iron. Manufacturing Engineering, 136 (2006) 2.
• [5] H. K. TÖNSHOFF, B. DENKENA: Temperaturbeanspruchung keramischer Schneidstoffe bei unterbrochenem Schnitt. VDI-Z, 132 (1990) 6, 60-64.
• [6] D. K. ASPINWALL, W. CHEN: Machining of grey cast iron using advanced ceramic tool materials. Proc. 27th Matador Conference, Manchester 1988, 225-230.
• [7] Nodular iron. Classification. Polish and European Standard PN-EN 1563:2000.
• [8] R. M'SAOUBI, H. CHANDRASEKARAN: Investigation of the effects of tool micro-geometry and coating on tool temperature during orthogonal turning of quenched and tempered steel. Journal of Machine Tools and Manufacture, 44 (2004), 213-224.
• [9] W. GRZESIK, J. RECH, K. ZAK, C. CLAUDIN: Machining performance of pearlitic-ferritic nodular cast iron with coated carbide and silicon nitride cutting tools. Journal of Machine Tools and Manufacture, 49 (2009) 2, 125-133.
• [10] W. GRZESIK: The influence of thin hard coatings on frictional behaviour in the orthogonal cutting process. Tribology International, 33 (2000), 131-140.
• [11] W. GRZESIK, P. NIESLONY: A computational approach to evaluate temperature and heat partition in machining with multilayer coated tools. Journal of Machine Tools and Manufacture, 43 (2003), 1311-1317.
• [12] W. GRZESIK: Advanced machining processes of metallic materials. Elsevier, Amsterdam 2008.
• [13] W. GRZESIK: Advanced Protective Coatings for Manufacturing and Engineering, Hanser Gardner Publ., Cincinnati 2003.