Introducción La aplicación de finas capas de recubrimiento duro en herramientas HSS utilizando la técnica de PVD ha creado una revolución en el corte de metales y la formación. En general, se entiende que los revestimientos de la cara de desprendimiento de la herramienta de torneado cambio interacciones de fricción entre el chip y la herramienta, sobre todo en la formación de viruta continua resultando en la reducción de ficha / longitud de la herramienta de contacto y cambio de distribución de la temperatura sobre el mismo. La vida de la herramienta de corte por lo tanto, aumenta diez veces [1, 2]. Según Loffler [3], la temperatura o la velocidad de corte es el factor principal que afecta los mecanismos de desgaste. A velocidades de corte lento, la adhesión y la abrasión son los principales mecanismos de desgaste. Abrasión y el desgaste químico son esenciales en altas velocidades de corte, especialmente en la formación de viruta continua. Banh et al. [4] se confirmó el papel de la capa de recubrimiento en la reducción de la temperatura y la zona afectada por el calor (HAZ) en la cara de asiento de PVD TiN acero de alta velocidad (HSS) de inflexión herramientas utilizadas para los aceros de carbono medio de la máquina a ser el principal motivo de vida de la herramienta de las herramientas de corte. Soderberg et al. [5] realizó un estudio de los mecanismos de desgaste de herramientas de fresado con los aceros de carbono medio de la máquina. Ellos encontraron que una combinación de alta velocidad de corte y las bajas tasas de alimentación son perjudiciales para la vida de la herramienta. Esto es consistente con el estudio de la ecuación de vida de la herramienta para fresas de TiN en el que no sólo altas velocidades de corte, sino también las altas tasas de alimentación son preferibles para la vida de la herramienta [2]. Cinco mecanismos de desgaste de las herramientas de fresado se observaron entre el borde astillado, la deformación plástica del filo, el desgaste por la rotura de cizalla, el uso continuo y el desgaste por el flujo plástico superficial. Ambos flancos y desgaste de la cara rastrillo se hicieron evidentes en el estudio [5, 6]. En un tema relacionado, Medicus et al. [3] utiliza tanto sin recubrimiento y TiN, TiCN, TiAlN recubrimiento de carburo de tungsteno cementado fresas de bronce de la máquina de aluminio a altas velocidades de corte y de avance. Embotamiento del filo y la formación de un escalón de vanguardia fueron los principales tipos de desgaste. Ismail et al. [7] construyó un modelo para la formación de la superficie de fresa en relación con el desgaste de la herramienta en la cara de costado. El propósito de esta investigación es encontrar el papel de la capa de recubrimiento en el aumento de la vida de fresa recubierto. Además, en este trabajo, el efecto de la temperatura alta (≥ 600 °) sobre el fracaso de la herramienta de corte a altas velocidades de corte se abordarán. Procedimiento experimental Los experimentos llevados a cabo en esta máquina tragaperras de investigación que participan en una máquina convencional verticales de fresa 6P12 hecho en Rusia. Un dinamómetro Kistler, tipo 9257BA se utilizó para medir los componentes de las fuerzas de corte sobre el plano perpendicular al eje de la y sin revestimiento fresas HSS. Una pinza de bloque con la precisión de 2 m m se utiliza para medir la reducción del diámetro de la herramienta (D D) debido al desgaste. Las condiciones de las herramientas de corte, mecanizado de la pieza y se detallan a continuación: Fresas de diámetro comercial de 10 mm con dos flautas fueron utilizadas. Las herramientas fueron PVD TiN o TiCN recubiertos con 3 m m de espesor. Fresas sin recubrimiento se utiliza como referencia. La dureza de la parte de flauta fue 62 a 65 Rockwell C (HRC). Era evidente que en estudios anteriores [3, 8] que la capa de recubrimiento de estaño en la cara de desprendimiento juega un papel mucho más importante en el rendimiento de la herramienta en comparación con la capa de revestimiento en la cara de costado. La capa de revestimiento en la cara el flanco principal de los fresas recubiertas en este estudio fue baja fuera para demostrar la conclusión anterior, en el caso de herramientas complejas. Parámetros de la geometría de las herramientas se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Parámetros de la geometría de las herramientas. La pieza fue de 30 mm de diámetro de los husillos de temple y revenido a la dureza de 24-28 HRC. La composición química de las herramientas y las piezas que se obtuvieron mediante el análisis espectrográfico se muestran en la Tabla 2. Las condiciones de corte fueron seleccionados en los rangos: velocidades de corte: 18,85 m / min a 31,25 m / min, velocidad de avance: f = 63 mm / min a 100 mm / min, la profundidad de corte: d = 4 mm = constante de las herramientas de corte y sin recubrimiento velocidad: 31,25 m / min a 50.26m/min; velocidades de avance: f = 100 mm / min a 800 mm / min, la profundidad de corte: d = 4 mm = constante de las herramientas recubiertas. Todos se detallan en la referencia [2]. Desgaste de la herramienta se estima por la reducción del diámetro de fresa (D D). La herramienta recubierta estaba a punto de fracasar cuando D D alcanzó aproximadamente 60 micras. Tabla 2. Composiciones químicas de las herramientas y piezas | M41 | 1,0945 | 0,3284 | 0,2657 | 0,0035 | 00123 | 0,1025 | 3,7448 | 4,4797 | 0,1331 | 1,4305 | 0,0049 | 0,8128 | 4,9797 | 45 de acero | 0,4752 | 0,5188 | 0,2787 | 0,0055 | 0,0205 | 0,0655 | 0,0619 | 0.002 | 0.105 | 0,0022 | 0,0009 | 0,0025 | 0,0088 |
Corte en seco se aplicó en este estudio. Las herramientas de mecanizado después fueron cortados y examinados en microscopio electrónico de barrido (SEM) Tipo de JM6400. Resultados y Discusión La figura 1 muestra un ejemplo de los componentes de medida de las fuerzas de corte cuando no estucado y fresas de TiN fueron utilizados en las condiciones de corte: v = 31,25 m / min, f = 100 mm / min, d = 4 mm. En el caso de una herramienta sin revestir, cortar componentes de la fuerza se F x = 0,48 KN y F y = 0.276 KN. Sin embargo, cuando las herramientas de TiN se utilizaron, los dos componentes de corte se midieron F x = 0.424 KN y P y = 0.163 KN. La fuerza de avance (F x) reduce en un 12% y F y reduce en un 40%. Por otra parte, la vibración de F y reduce considerablemente cuando las herramientas recubiertas se utilizan. El efecto de TiN en la reducción de las fuerzas de corte tanto, es evidente. 
| Figura 1. (A) las salidas gráficas de las x F y F y las fuerzas de corte de una fresa sin recubrimiento M41 con condición de corte (v = 31,25 m / min, f = 100 mm / min, d = 4 mm) a la máquina 45 de acero templado. (B) las salidas gráficas de las x F y F y las fuerzas de corte de una fresa de PVD TiN con condición de corte (v = 31,25 m / min, f = 100 mm / min, d = 4 mm) a la máquina 45 de acero templado. |
Vida útil de la fresas sin recubrimiento con las condiciones de corte (v = 31,25 m / min, f = 100 mm / min, d = 4 mm) fue sólo del 0,5 min. El uso de PVD TiN herramientas recubiertas aumento de sus vidas alrededor de 10 veces. Por otra parte, en las condiciones de corte óptimo (v = 37 m / min, f = 160 mm / min, d = 4 mm) de la vida de las herramientas de TiN fue de 8,95 min. Cuando una fresa PVD-TiCN recubiertos se utilizan en las mismas condiciones de corte, un TIN, las fuerzas de corte se redujo considerablemente como evidencia en la Figura 2 (b) en comparación con los de la figura 2 (a) (F x en aproximadamente un 30% y F y aproximadamente un 24%). Por otra parte, una reducción de la vibración las fuerzas de corte también se observó. TiCN tanto, es superior a la de estaño en el corte intermitente. Este hallazgo es consistente con las publicaciones de otros autores. 
| Figura 2. (A) las salidas gráficas de las x F y F y las fuerzas de corte de un PVD TiN M41 fresa con condición de corte v = 39,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm a 45 máquinas de acero templado . (B) las salidas gráficas de las x F y F y las fuerzas de corte de un PVD-TiCN recubiertos M41 fresa con condición de corte de v = 39,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm en la máquina 45 de acero templado. |
Vida de las fresas recubiertas en este estudio se registraron y analizaron con la aplicación de un programa de regresión en Matlab. Una ecuación de vida de la herramienta en forma logarítmica de segundo orden se deriva de la siguiente manera: lnt =- 64.7857 + + 0.35653lnf 36.187lnV + 3.4084 (LNF) (LNV) - 1.263 (LNF) 2-7.3196 (LNV) 2 Una conexión entre la prolongación de la vida de la TIN M41 fresas y los mecanismos de desgaste se ha investigado. SEM de fresas sin recubrimiento M41 después de 0.3 minutos de corte, como se muestra en la Figura 3 (a), reveló el desgaste de fresas sin recubrimiento se llevó a cabo tanto en la esquina y la cara del flanco de socorro de la vanguardia. El ancho de la tierra desgaste en la cara y el desgaste de flanco alivio esquina es un poco diferente. Además SEM exámenes de la esquina desgaste detectado pruebas de desgaste adhesivo serio con la transferencia de material, como se muestra en la Figura 3 (b). De energía dispersiva de rayos X (EDX) el análisis de la transferencia de material revelado material de la pieza con Fe y Mn poco, Cr, Al y Si, como se muestra en la Figura 6 (a).  
| Figura 3. (A) Micrografía SEM que muestra el desgaste de esquina y el desgaste del flanco de socorro de la vanguardia de una fresa sin recubrimiento M41 (v = 18,85 m / min, f = 100 mm / min, d = 4 mm). (B) Mayor aumento de la esquina de desgaste de la fresa sin recubrimiento M41 muestra el desgaste de adhesión intensivos. |
El patrón de desgaste de los PVD-TiCN y fresas TiN era completamente diferente de herramientas sin recubrimiento. Esto es evidente en la Figura 4 (a) en comparación con la Figura 3 (a). El desgaste de la esquina tiene forma de triángulo y el ancho de llevar alivio flanco es aproximadamente una cuarta parte del desgaste de la esquina. Análisis EDX del desgaste de esquina en la figura 6 (b) muestra sólo la transferencia de material poco. En las muestras de otra herramienta, el desgaste del flanco también se observó, junto con el desgaste del flanco de socorro.  
| Figura 4. (A) Micrografía SEM que muestra el desgaste de esquina y el desgaste de flanco de socorro de la vanguardia de un recubrimiento TiCN M41 fresa (v = 39,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm). (B) Mayor aumento de la esquina de desgaste de la cubierta M41 fresa muestra de transferencia de material insignificante. |
Figura 5 (a) muestra patrón de desgaste en la cara flanco de socorro de la vanguardia de una fresa TiCN recubiertos después del corte de 2 minutos. La capa de recubrimiento en las inmediaciones de la vanguardia se llevaba a cabo, pero no hay evidencia de la transferencia bruta de material de trabajo en esta región. Análisis de EDX de la región más lejos de la punta y poco detectada Ti Fe muestra la transferencia de material de trabajo en el recubrimiento. Sin embargo, los elementos de las inclusiones en el acero no se encontraron en la transferencia de material como en el estudio [4].   | Figura 5. (A) Micrografía SEM que muestra el desgaste del flanco de ayuda del borde de ataque de un recubrimiento TiCN M41 fresa (v = 39,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm). (B) Micrografía SEM que muestra el desgaste del flanco de ayuda del borde de ataque de un TIN M41 fresa (v = 39,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm). |
Figura 5 (b) muestra el desgaste de la cara del flanco de socorro de la vanguardia de una fresa TiN después del corte de 5 minutos. Desgaste por abrasión es claramente evidente en esta región. El patrón de desgaste de la tierra es bastante similar al desgaste cráter en la cara de desprendimiento de la herramienta de torneado. No transferencia de cantidad de material de trabajo se observa en esta área. EDX análisis detectan sólo material de la herramienta con la Fe, Cr, V, Mo, W y Al, como se muestra en la Figura 6 (b).  
| Figura 6. (A) análisis de EDX de la transferencia de material en la Figura 3 (a) muestra la composición química del material de trabajo con Fe y Mn poco, Cr, Al y Si. (B) análisis EDX de la tierra desgaste en la Figura 4 (a) y 5 (b) muestra la composición química del material de la herramienta. |
Desgaste de Rastrillo cara entonces evidente en la esquina haciendo ángulo de inclinación negativa, como se muestra en la Figura 7 (a) y 7 (b). En consecuencia, la temperatura alta (≥ 600 ° C) podrían desarrollar en las inmediaciones de la vanguardia que causa el fracaso de las herramientas de corte [1, 9]. El punto de partida de la falta de control de temperatura se observó ni en la esquina o en un lugar en la vanguardia cuando la herramienta esté en contacto con la superficie de la pieza de trabajo.   | Figura 7. (A) Micrografía SEM mostrando el desgaste en la esquina en la cara de desprendimiento de un TIN M41 fresa (v = 39,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm después de 5 minutos de la corte). (B) Micrografía SEM mostrando el desgaste en la esquina en la cara de desprendimiento de un TIN M41 fresa (v = 50,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm después de 7 minutos de la corte). |
Es interesante observar que cuando las altas tasas de alimentación se aplica, las fuerzas de corte de alta fueron registrados y fueron la causa de la rotura de la esquina y de vanguardia, como se muestra en la Figura 8 (a). En la mayor velocidad de corte en el estudio (50,26 m / min), herramientas de TiN no inmediatamente por otro mecanismo, deformidades de plástico debido a la alta temperatura después de la anchura de la tierra llegó a usar un valor crítico, como se muestra en la Figura 8 (b). El color rojo fue observado durante el experimento antes de que la herramienta se dejó de cortar. Justo antes de que el ancho de la tierra llegó a usar el valor crítico (D D max »60μm) de adhesión se observó en la cara de desprendimiento de la esquina y la vanguardia de los principales.   | Figura 8. (A) Micrografía SEM que muestra la rotura de la esquina y de vanguardia de un TIN M41 fresa (v = 39,26 m / min, f = 630 mm / min, d = 4 mm). (B) Micrografía SEM que muestra la deformación plástica bruto de la región de la esquina de un TIN M41 fresa como consecuencia de las altas temperaturas (v = 50,26 m / min, f = 250 mm / min, d = 4 mm). |
Con base en la reducción de las medidas de fuerza, vida de la herramienta y la observación de desgaste de las herramientas de corte en el SEM, está claro que los diferentes mecanismos desgaste se llevó a cabo en fresas con y sin revestimiento. En el caso de fresas sin recubrimiento de corte a velocidades de corte lento y normal, la adhesión fue de un mecanismo de mayor desgaste que tuvo lugar en la esquina y la cara de los dos flancos de punta y de punta líder. Directo metal - metal entre en contacto materiales de trabajo y la herramienta es la razón de transferencia de material en las interfaces resultantes de las fuerzas de corte y amplitudes de las vibraciones. Las herramientas no recubiertas por lo tanto, no fueron capaces de máquina a altas velocidades de corte y no antes por la rotura de las herramientas después de sólo 0,5 minutos de corte con la condición de corte (v = 31,25 m / min, f = 100 mm / min, d = 4 mm) . En el caso de las herramientas de corte recubiertas a velocidades de corte normal y alto, vida de la herramienta podría aumentar a cerca de 9 minutos a la condición óptima de corte calculada a partir de la ecuación de la vida de la herramienta. La capa de recubrimiento en el desgaste del flanco trasero reduce el desarrollo de la tierra desgaste debido a su baja adherencia con el material de trabajo en esa región. Alta dureza, baja adherencia y la fricción con el material de trabajo y la inercia química de la capa de recubrimiento de contribuir a la reducción de las tasas de desgaste y un aumento de la vida de la herramienta. Desgaste por abrasión es evidente en la figura 5 (b) y la alta capacidad de los recubrimientos de resistir este tipo de desgaste se traduciría en una larga vida de la herramienta. Adhesión no se observa claramente en el desgaste de flanco de alivio. Esto es consistente con la dependencia de los mecanismos de desgaste en la velocidad de corte [3]. Mayores velocidades de corte son favorables para el desgaste abrasivo y la existencia de la capa en los límites de la tierra desgaste evitar la adherencia. Partículas duras en forma de óxidos y carburos en el material de trabajo y las partículas de carburo de material de la herramienta se cree que son la fuente de las partículas de desgaste por abrasión. De acuerdo con Trent y Wright [9], a una velocidad de corte de alta el punto de temperatura más alta se encuentra a una distancia de la punta en la cara antibalas. Es razonable concluir que la temperatura puede contribuir a profundizar en el efecto de desgaste del flanco trasero de socorro. Es ampliamente aceptado que la corte de alta velocidad en el resultado de fuerzas de corte bajas y altas temperaturas en las interfases entre el trabajo y los materiales para herramientas [9]. En este estudio, las tasas de alimentar a tener efectos importantes sobre el aumento de las fuerzas de corte. Las tasas de los piensos se aplican las fuerzas de corte más alta se miden. Fuerzas de corte de alta provocar la rotura de la esquina y el borde de corte (fallo mecánico). Por el contrario, alta velocidad de corte y resultado normal de alimentación en las tasas de fracaso de la herramienta de corte, debido a las altas temperaturas, como se muestra en la Figura 8 (b). Cuando el ancho de la tierra desgaste desarrolla a un valor crítico, la temperatura de más o menos 600 ° C (en la que HSS está a punto de suavizado considerablemente) generadas y desarrolladas en los materiales para herramientas en la interfaz entre la superficie de corte y la cara de alivio flanco o la herramienta saque de esquina resultante de la deformación plástica bruta. La capa de revestimiento duro en los límites de la retarda el flanco alivio desgaste de la cara el desarrollo de la anchura de la tierra desgaste y elimina considerablemente la transferencia de material que lleva a la posibilidad de utilizar mayores velocidades de corte. El uso de altas velocidades de corte es un factor para reducir las fuerzas de corte, sino que genera altas temperaturas. Por lo tanto, la herramienta podría fallar los mecanismos de control de temperatura. Otros mecanismos de desgaste como se menciona en la parte introductoria podría contribuir al desgaste de las herramientas de corte en este estudio. Sin embargo, los autores prestaron atención sólo en los mecanismos de mayor desgaste que causa el fracaso de las herramientas de corte. Conclusiones Desgaste adhesivo en la esquina y se enfrenta el flanco es el principal mecanismo de desgaste cuando se utiliza sin recubrimiento M41-HSS fresas para ranuras de la máquina en 1045 piezas endurecidos a velocidades de corte a menos de 20 m / min. Capa de recubrimiento duro modifican las condiciones de fricción de contacto entre los materiales de trabajo y la herramienta resulte de la aplicación de condiciones de corte mucho más alto. El recubrimiento reduce considerablemente las fuerzas de corte, de transferencia bruta de material de trabajo, y el desgaste por abrasión, incluso cuando la capa se llevaba a cabo en las inmediaciones de la vanguardia. El patrón de la tierra desgaste en la esquina de desgaste de las herramientas recubiertas es completamente diferente de los no revestidos. Desgaste por abrasión se hizo evidente en los rostros de flanco. Mayor vida útil de la herramienta se consigue con las herramientas recubiertas. Deformación plástica bruto, el mecanismo de rotura controlada por la temperatura alta se observa en altas velocidades de corte y de avance. Ac knowledgements Dr. Phan QT gustaría agradecer el apoyo financiero del Ministerio vietnamita de Educación y Capacitación y el apoyo técnico de la Universidad Tecnológica de Suranaree - Tailandia durante el período se llevó a cabo el trabajo. Los autores desean expresar su especial agradecimiento a la empresa Diesel Song Cong, en especial al Sr. Nguyen Van Khoi, Director de la empresa por su invaluable ayuda en la realización de nuestros experimentos. Referencias 1. K. Holmberg y Matthews A, "capa Tribología - Propiedades, Técnicas y Aplicaciones en Ingeniería de Superficies", Elsevier, Nueva York, (1994). 2. QT Phan, DH Nguyen, DB y Nguyen CNTran, "ecuación de la vida de herramientas para Fresas TIN", la Conferencia Internacional de Conmemoración de los 50 Aniversario de la Universidad Nacional de Chung Nam, Mayo 22-24 (2002) 203 a 208. 3. FHW Loffler, "enfoque sistemático para mejorar el rendimiento de los recubrimientos PVD para aplicaciones de Herramientas", recubrimientos superficiales, Tecnología, 68/69 (1994) 729-740. 4. TL Banh, QT Phan Nguyen y DH, "El desgaste de herramientas HSS con recubrimiento PVD uso de acero de la máquina Medium", la primera entre Corea y Vietnam Simposio Internacional Conjunto sobre Materiales Avanzados, Universidad Nacional de Chung Nam, 4 de noviembre - 5 (2002) 64-172 . 5. S. Soderberg, Hogmark S., H. Haag y Wisell H., "Resistencia al desgaste de las herramientas de fresado de alta velocidad de acero", Tecnológico del Metal, 10 (1983) cuatrocientos setenta y uno-cuatrocientos ochenta y un. 6. KM Medicus, MA Davies, BS Dutterer, C. J. Evans y Fielder-RS ", desgaste de la herramienta y el acabado superficial en el fresado de alta velocidad de Bronce Aluminun", Ciencia y Tecnología de mecanizado, 5 (2001) 255-268. 7. F. Ismail, MA Elbestawi, Du R. y K. Urbasik, "Generación de superficies fresadas incluyendo la dinámica de la herramienta y desgaste", Revista de Ingeniería para la Industria, 115 (1993) 245-252. 8. QT Phan, "Examen de contacto entre el chip y tribológico cara de desprendimiento de PVD TiN herramientas HSS", Tesis de Maestría, Swinburne University of Technology, Australia, (1996). 9. EM Trento y Wright PK, "de corte de metal", Butterworth-Heinemann, EE.UU., (2000). Detalles de Contacto |