The Study of the Surface Quality of High-Speed Steel Tool after the Combined Electric Diamond Grinding

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose. The use of diamond grinding wheels on a metal bond for grinding high-speed steels is recommended by most literature sources using electrophysical, electrochemical, or combined processing methods. At the same time, it is recommended to limit the field of application to the final circular grinding, due to the appearance of a defective layer on the processed surface. Its signal features include systematic chips along the cutting edge and microchips on the front surface of the samples, the size of carbide particles, individual craters or holes in the front surface, a decrease in hardness and an increase in the height of asperity profile. This paper is devoted to the determination of such technological regimes of the combined electric diamond processing of tools made of high-speed steel M2, when grinding, on which there would be no signal signs of the defect layer. The solution to this problem will allow expanding the scope of application of diamond grinding wheels on a metal bond when processing tool steels. The subject of research is the condition of the surface and cutting edge of high-speed plates of metal-cutting tools, depending on the technological modes of the combined electric diamond grinding (CEDG). The purpose of the work is to study the influence of the technological modes of CEDG on the nature of changes to the surface layer of high-speed steel tools. Materials and methods. The grinding operation is carried out on a universal sharpening machine, model 3D642E, modernized under the technology of CEDG. The following grinding diamond cup on a metal bond is used: AC6 80/63 M1 100%. The electrical parameters, studied in this range, are: ipr = 0.17…0.25 A/cm2; itr = 3.125…9.375 A/cm2, respectively. Mechanical parameters, studied in this range, are: V = 17…35 m/s; t = 0.01…0.03 mm/doub.st; S = 1.5 m/min. Grinding is performed using standard electrolyte: NaNO3 – 3 %, NaNO2 – 1 %, Na2CO3 – 0.5 %, and the rest is water. Microstructural studies are performed on microsections of the samples after etching. The surface quality is studied using scanning electron microscopy (Carl Zeiss EVO50 XVP); light microscopy (METAM LV-42); roughness is determined using a profilograph-profilometer (Abris-PM7); HRC hardness is determined using a hardness tester (600 MRD). Results and discussion. It has been established that the best combination of technological modes, which guarantee the absence of signal signs of a defective layer and the high quality of metal-cutting tools made of high-speed steel is maintained, are the following: V = 35 m/s; S = 1.5 m/min; t = 0.02 mm/doub.st; ipr = 0.25 A/cm2; itr = 6.25 A/cm2. It is found that when processing in the recommended modes, the cutting edge is even with shallow notches, the size of carbide particles is, on average, 2…5 μm. The established modes make it possible to obtain a roughness of the front surface Ra = 0.070 μm. It is found that the obtained hardness is 6 % higher than the initial hardness and is 67…70 HRC.

About the authors

V. Y. Popov

Email: berkutoff@rambler.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Bratsk State University, 40 Makarenko st, Bratsk, 665709, Russian Federation, berkutoff@rambler.ru

D. A. Rychkov

Email: dielektrik84@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Bratsk State University, 40 Makarenko st, Bratsk, 665709, Russian Federation, dielektrik84@mail.ru

P. V. Arkhipov

Email: pavded@yandex.ru
Ph.D. (Engineering), Bratsk State University, 40 Makarenko st, Bratsk, 665709, Russian Federation, pavded@yandex.ru

A. M. Kuznetsov

Email: predalex@yandex.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Bratsk State University, 40 Makarenko st, Bratsk, 665709, Russian Federation, predalex@yandex.ru

E. D. Losev

Email: _elk_@mail.ru
Bratsk State University, 40 Makarenko st, Bratsk, 665709, Russian Federation, _elk_@mail.ru

N. V. Selin

Email: selin138@yandex.ru
Bratsk State University, 40 Makarenko st, Bratsk, 665709, Russian Federation, selin138@yandex.ru

References

  1. Янюшкин А.С., Шоркин В.С. Контактные процессы при электроалмазном шлифовании. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 230 с. – ISBN 5-94275-092-0.
  2. Popov V.Y., Yanyushkin A.S. Adhesion-diffusion interaction of contact surfaces with the treatment diamond grinding wheels // Eastern European Scientific Journal. – 2014. – N 2. – P. 301–310. – doi: 10.12851/EESJ201404ART46.
  3. Badger J., Murphy S., O’;Donnell G.E. Loading in grinding: chemical reactions in steels and stainless steels // Advanced Materials Research. – 2010. – Vol. 126–128. – P. 597–602. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.126-128.597' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.126-128.597.
  4. Handbook of machining with grinding wheels / I.D. Marinescu, M.P. Hitchiner, E. Uhlmann, W.B. Rowe, I. Inasaki. – 2nd ed. – Boca Raton: CRC Press, 2016. – 724 p. – ISBN: 978-1482206685.
  5. Grzesik W., Kruszynski B., Ruszaj A. Surface integrity of machined surfaces // Surface integrity in machining / ed. by J. Davim. – London: Springer, 2010. – P. 143–179.
  6. The impact of grinding on surface integrity of powder-metallurgy high-speed steel (S390) / S.H. Mu, S.L. Cao, X.L. Zhang, Z. Xiang, X. Mao // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 442. – P. 52–57. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.442.52' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.442.52.
  7. Influence of pulsed magnetic treatment on microstructures and mechanical properties of M42 high speed steel tool / L. Ma, Z. Liang, X. Wang, W. Zhao, L. Jiao, Z. Liu // Acta Metall. – 2015. – Vol. 51 (3). – P. 307–314. – doi: 10.11900/0412.1961.2014.00295.
  8. Chaus A.S. Structural and phase changes in carbides of the high-speed steel upon heat treatment // The Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117 (7). – P. 684–692. – doi: 10.1134/S0031918X16070048.
  9. Morphology and microstructure of M2C carbide formed at different cooling rates in AISI M2 high speed steel / X.F. Zhou, F. Fang, F. Li, J.Q. Jiang // Journal of Materials Science. – 2011. – Vol. 46 (5). – P. 1196–1202. – doi: 10.1007/s10853-010-4895-4.
  10. Microstructural characterization of carbides in a cast high-speed steel using different metallographic techniques / S. Gümüs, S.H. Atapek, S. Polat, E. Erisir, A. Alkan // Praktische Metallographie. – 2012. – Vol. 49 (12). – P. 767–781. – doi: 10.3139/147.110202.
  11. Particularities of grinding high speed steel punching tools / P. Krajnik, R. Drazumeric, J. Badger, J. Kopac, C. Nicolescu // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 325. – P. 177–182. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.325.177' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.325.177.
  12. Lao Q.C., Shang Z.Y. Experimental study on cooling-air grinding of high speed steel // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 288. – P. 308–312. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.288.308' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.288.308.
  13. Morphology, microstructure and decomposition behavior of M2C carbides in high speed steel / X. Zhou, D. Liu, W.-l. Zhu, F. Fang, Y.-y. Tu, J.-g. Jiang // Journal of Iron and Steel Research. – 2017. – Vol. 24 (1). – P. 43–49. – doi: 10.1016/S1006-706X(17)30007-9.
  14. Phase transformation study of a high speed steel powder by high temperature X-ray diffraction / M. Wiessner, M. Leisch, H. Emminger, A. Kulmburg // Materials Characterization. – 2008. – Vol. 59 (7). – P. 937–943. – doi: 10.1016/j.matchar.2007.08.002.
  15. Bosheh S.S., Mativenga P. White layer formation in hard turning of H13 tool steel at high cutting speeds using CBN tooling // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2006. – Vol. 46 (2). – P. 225–233. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2005.04.009.
  16. Simulation study on high-speed grinding with single CBN grain / J. Zhang, Q. Wang, J. Guo, Y. Wang // Diamond and Abrasives Engineering. – 2017. – Vool. 37 (4). – P. 1–5. – doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0001.
  17. Ungureanu C., Ibanescu R. Experimental investigation on AECM of high speed steel // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 657. – P. 221–225. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.657.221' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.657.221.
  18. Vijayan K., Gouthaman N., Rathinam T. A study on the parameters in hard turning of high speed steel // International Journal of Materials Forming and Machining Processes. – 2018. – Vol. 5 (2). – P. 1–12. – doi: 10.4018/IJMFMP.2018070101.
  19. Повышение эффективности алмазного инструмента на металлической связке при шлифовании высокопрочных материалов / А.С. Янюшкин, Д.В. Лобанов, В.Ю. Скиба, В.А. Гартфельдер, Л.С. Секлетина // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 3 (76). – С. 17–27. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-3-17-27.
  20. Popov V.Yu., Arkhipov P.V., Rychkov D.A. Adhesive wear mechanism under combined electric diamond grinding // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01002. – doi: 10.1051/matecconf/201712901002.
  21. Медведева О.И., Янюшкин А.С., Попов В.Ю. Влияние параметров электроалмазного шлифования твердых сплавов на величину растворенного слоя // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 3 (64). – С. 68–75.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».