Definition of Thermal Conductivity of Cemented Carbide Cutting Tools with Multilayer Wear-Resistant Coatings

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The output parameters of cutting process, particularly the quality of machined surface, are largely determined by the character of chip-forming processes and contact interaction of parts and tool materials. Adaptive cutting process control for modern automated CNC machinery allows ensuring the reliability of the output processing parameters. The development of mathematical models, which take into account the thermal conductivity of tool materials, is the necessary condition for realizing the possibilities of adaptive control of modern equipment in digital production systems (DPS) for machining operation. Cemented carbides are the main tool materials for edge cutting of carbon, alloyed and stainless steels. At the same time, there is currently no complex of information on the thermal conductivity of instruments with multilayer coatings for machining operation of various materials, for various processing conditions and methods for applying coatings. This problem is a limiting factor for the development of reliable mathematical models for technological preparation of production and control of the output parameters of the cutting process. Therefore, the analysis of thermal and physical properties of modern cemented carbide tools with wear-resistant coatings and offering of practical recommendations are the up–to–date scientific and practical task. The purpose of the work is to define a value of thermal conductivity of modern cemented carbide tools with wear-resistant coatings for subsequent use in development of mathematical models linking the modes and processing conditions with the current cutting forces and the output processing parameter – the surface roughness. The research methods are: the analysis and systematization of information on the chemical composition and designs of multilayer coatings based on the method of coating, modes and conditions of machining and materials to be machinined, as well as determining the thermal conductivity coefficients of hard-alloy tools with coatings by the calculation method. The results and discussion. Based on the analysis and calculations, the most widely used in manufacturing practice values of thermal conductivity coefficients for cutting tools with multilayer coatings are obtained. These values are intended for use in the development of mathematical models that link the modes and processing conditions with the output processing parameters and are based on the consideration of thermal and physical processes during cutting. The models developed on the basis of these data are planned to be used for the technological preparation of production and the adaptive control of modern equipment in the DSP for machining.

About the authors

A. R. Ingemansson

Email: aleing@yandex.ru
Ph.D. (Engineering), JSC «Federal Scientific and production center «Titan-Barricady», Lenin av., w/n, Volgograd, 400071, Russian Federation, aleing@yandex.ru

A. A. Bondarev

Email: alexander_bondarev@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Volgograd State Technical University, 28 Lenin avenue, Volgograd, 400005, Russian Federation, alexander_bondarev@mail.ru

References

  1. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. – М.: Машиностроение, 1992. – 240 с. – ISBN 5-217-01857-7.
  2. Korloy. Metal cutting tools: catalogue. – South Korea: Korloy Publ., 2017. – P. 1060.
  3. Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение, 1986. – 192 с.
  4. Табаков В.П., Чихранов А.В. Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 255 с. – ISBN 5-89146-710-0.
  5. Инструмент для высокопроизводительного и экологически чистого резания / В.Н. Андреев, Г.В. Боровский, В.Г. Боровский, С.Н. Григорьев; под ред. В.А. Гречишникова. – М.: Машиностроение, 2010. – 480 с. – ISBN 978-5-94275-571-1.
  6. Balaji A.K., Mohan V.S. An «effective cutting tool thermal conductivity» based model for tool-chip contact in machining with multi-layer coated cutting tools // Machining Science and Technology. – 2002. – Vol. 6, iss. 3. – P. 415–436. – doi: 10.1081/MST-120016254.
  7. Ucun I., Aslantas K. Numerical simulation of orthogonal machining process using multilayer and single-layer tools // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2011. – Vol. 54, iss. 9–12. – P. 899–910. – doi: 10.1007/s00170-010-3012-9.
  8. Sandvik Coromant machining work manual: guide. – Sweden: Elanders Publ., 2010. – 803 p.
  9. Sandvik Coromant technology of metal cutting: guideline. – Sweden: Elanders Publ., 2009. – 359 p.
  10. Sadik M.I. An introduction to cutting tools materials and applications. – Sweden: Elanders Publ., 2013. – 208 p. – ISBN 978-91-637-4920-9.
  11. Widia. Turning tool: catalogue. – Germany: Widia Publ., 2017. – 657 p.
  12. Быков Ю.М. Исследование закономерностей износа твердосплавного инструмента с износостойкими покрытиями с целью повышения его работоспособности: дис. … канд. техн. наук: 05.03.01. – Волгоград, 1983. – 253 с.
  13. Постников В.С. Физика и химия твердого состояния. – М.: Металлургия, 1978. – 544 с.
  14. Исследование теплопроводности биметаллических соединений из однородных и разнородных сталей / Л.М. Гуревич, Ю.П. Трыков, Д.В. Проничев, А.Э. Петров // Известия ВолгГТУ. Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении». – 2009. – № 11, вып. 3. – C. 31–35.
  15. Effect of adhesion and tribological properties of modified composite nanostructured multi-layer nitride coatings on WC-Co tools life / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, A. Batako, M. Migranov, A. Aksenenko, S. Shevchenko, C. Sotova, A. Andreev // Tribology International. – 2018. – Vol. 128. – P. 313–327. – doi: 10.1016/j.triboint.2018.07.039.
  16. Working efficiency of cutting tools with multilayer nano-structured Ti-TiCN-(Ti,Al)CN and Ti-TiCN-(Ti,Al,Cr)CN coatings: analysis of cutting properties, wear mechanism and diffusion processes / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, A. Batako, G. Oganyan // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 332. – P. 198–213. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.10.027.
  17. Investigation of wear and diffusion processes on rake faces of carbide inserts with Ti-TiN-(Ti,Al,Si)N composite nanostructured coating / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, G. Oganyan, I. Sadov, Yu. Bublikov, C. Sotova // Wear. – 2018. – Vol. 416–417. – P. 72–80. – doi: 10.31145/1999-513x-2017-7-59-65.
  18. Influence of thickness of multilayer composite nano-structured coating Ti-TiN-(Ti,Al,Cr)N on tool life of metal-cutting tool / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, G. Oganyan, C. Sotova, S. Grigoriev // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 77. – P. 545–548. – doi: 10.1016/j.procir.2018.08.237.
  19. Klocke E.h.F. Cutting materials, tools and coolants for machining with geometrically defined cutting edges / WZL. Fraunhofer IPT. – URL: http://www1.diccism.unipi.it/Valentini_Renzo/es%20Metallurgia%20Meccanica/utensili.pdf (accessed: 12.08.2019).
  20. Improvement of wear performance of nano-multilayer PVD coatings under dry hard end milling conditions based on their architectural development / C. Shahereen, B.D. Beake, K. Yamamoto, B. Bose, M. Aguirre, G.S. Fox-Rabinovich, S.C. Veldhuis // Coatings. – 2018. – Vol. 8, iss. 2. – P. 59. – doi: 10.3390/coatings8020059.

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».