RU2629577C1 - Method for selecting tool material - Google Patents
Method for selecting tool material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629577C1 RU2629577C1 RU2016148665A RU2016148665A RU2629577C1 RU 2629577 C1 RU2629577 C1 RU 2629577C1 RU 2016148665 A RU2016148665 A RU 2016148665A RU 2016148665 A RU2016148665 A RU 2016148665A RU 2629577 C1 RU2629577 C1 RU 2629577C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool material
- sample
- setting
- indenter
- force
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/58—Investigating machinability by cutting tools; Investigating the cutting ability of tools
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области механической обработки материалов, в частности к способам выбора инструментального материала для механической обработки деталей, преимущественно из металлов и сплавов.The invention relates to the field of mechanical processing of materials, in particular to methods of selecting tool material for machining parts, mainly from metals and alloys.
Известны способы выбора рационального инструментального материала, включающие определение зависимости интенсивности износа сравниваемых материалов от скорости резания с построением графиков этой зависимости и выявлением материала с минимальной интенсивностью износа в заданных условиях (см., например, SU №1202715, МПК B23B 1/00, опубл. 07.01.86).Known methods for choosing a rational tool material, including determining the dependence of the wear rate of the compared materials on the cutting speed with the construction of graphs of this dependence and identifying the material with the minimum wear rate under the given conditions (see, for example, SU No. 1202715, IPC
К недостаткам известных способов следует отнести их высокую трудоемкость и дороговизну, обусловленную необходимостью проведения множества фактически натурных испытаний с изготовлением нескольких единиц, а иногда - десятков, зачастую весьма дорогостоящих образцов.The disadvantages of the known methods include their high complexity and high cost, due to the need to conduct many actual field tests with the manufacture of several units, and sometimes dozens, often very expensive samples.
Наиболее близким из существующих является способ выбора инструментального материала, заключающийся в определении фрикционных свойств между инструментальным и обрабатываемым материалами (http://msi.ulstu.ru/files/Лекции%20ФОПРиИРИcИП.pdf, Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойкими покрытиями, с. 6-8, время обращения 12:58, 19.10.2016). Способ заключается в протягивании образца из инструментального материала между двумя образцами из предназначенного для обработки материала, выступающими в роли инденторов и воздействующими на образец из инструментального материала с определенной нагрузкой. В процессе операции посредством регистрирующей аппаратуры фиксируются значения возникающей кинетической силы трения Fк и ее амплитуды Ак, которые принимаются в качестве критериев оценки схватывания, фиксируя при этом следы трения в виде мостиков схватывания, таким образом, определяя в качестве приемлемого инструментального материала с наименьшим адгезионным взаимодействием с предназначенным для обработки материалом.The closest of the existing ones is the method of choosing tool material, which consists in determining the frictional properties between tool and work materials (http://msi.ulstu.ru/files/Lectures%20FOPRiIRISIP.pdf, Physical fundamentals of the cutting process and wear of cutting tools with wear-resistant coatings , p. 6-8, circulation time 12:58, 10/19/2016). The method consists in pulling a sample of tool material between two samples of material intended for processing, acting as indenters and acting on a sample of tool material with a certain load. During the operation, using the recording equipment, the values of the emerging kinetic friction force F k and its amplitude A k are fixed, which are accepted as criteria for the setting of the setting, while recording traces of friction in the form of setting bridges, thus determining as the acceptable tool material with the lowest adhesive interaction with the material intended for processing.
К недостаткам данного способа следует отнести его высокую сложность и трудоемкость, обусловленные необходимостью изготовления специального образца из инструментального материала, который обладает внушительными размерами и должен обладать изотропией по всей испытываемой поверхности, что, как показывает практика, очень сложно обеспечить.The disadvantages of this method include its high complexity and complexity, due to the need to manufacture a special sample of instrumental material, which has impressive dimensions and must have isotropy over the entire test surface, which, as practice shows, is very difficult to provide.
Задача изобретения - создание способа выбора инструментального материала, простого в осуществлении и не требующего изготовления специального дорогостоящего образца из инструментального материала.The objective of the invention is the creation of a method of choosing an instrumental material that is simple to implement and does not require the manufacture of a special expensive sample from an instrumental material.
Технический результат - упрощение процесса выбора инструментального материала.The technical result is a simplification of the process of selecting tool material.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе выбора инструментального материала, заключающемся в поочередном силовом воздействии индентора из предназначенного для обработки материала на поверхность образцов инструментальных материалов при их взаимном перемещении и выбор в качестве приемлемого инструментального материала с наименьшим адгезионным воздействием с материалом, предназначенным для обработки, в процессе взаимного перемещения индентора и образца силу воздействия монотонно увеличивают до момента появления на образце следов схватывания с материалом индентора, а в качестве приемлемого выбирают материал образца, появление следов схватывания на котором соответствует наибольшей силе воздействия.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that in the method of selecting the tool material, which consists in alternating force action of the indenter from the material intended for processing the surface of the samples of the tool materials during their mutual movement and the choice as an acceptable tool material with the least adhesive effect with with the material intended for processing, in the process of mutual movement of the indenter and the sample, the force of exposure to monoto but increased until the appearance on the sample with the indenter trace setting material, and is selected as a suitable sample material, the appearance of traces of seizure which corresponds to the maximum force of impact.
Изобретение поясняется изображениями:The invention is illustrated by the images:
Фиг. 1 - схема осуществления способа;FIG. 1 is a diagram of a method;
Фиг. 2 - следы схватывания образца с материалом индентора.FIG. 2 - traces of setting of the sample with the material of the indenter.
Позиции, проставленные на изображениях, означают:Positions affixed to the images mean:
1 - образец;1 - sample;
2 - индентор из обрабатываемого материала;2 - indenter from the processed material;
3 - покрытие;3 - coating;
4 - стол;4 - table;
5, 6, 7 - следы схватывания.5, 6, 7 - traces of setting.
Суть заявленного способа заключается в следующем: на индентор 2, изготовленный из определенного обрабатываемого материала, прикладывают нормальную силу F, под действием которой индентор 2 взаимодействует с поверхностью образца 1, являющегося, в свою очередь, монолитным инструментальным материалом или, как это показано на Фиг. 1, подложкой с инструментальным покрытием 3, при их взаимном перемещении посредством стола 4 со скоростью перемещения V. При монотоно-возрастающем воздействии силы F на индентор при прохождении пути l на поверхности образца в процессе индентирования в какой-то момент появляется след схватывания 5, причем ведется активный контроль прикладываемой нагрузки вдоль всего пути L. Выбор приемлемого инструментального материала осуществляется, таким образом, чтобы возникновение следов схватывания (адгезионное взаимодействие инструментального и обрабатываемого материалов) соответствовало наибольшей силе воздействия.The essence of the claimed method is as follows: a normal force F is applied to an indenter 2 made of a certain processed material, under the influence of which the indenter 2 interacts with the surface of the
Данный способ был реализован на сменных многогранных пластинах (СМП) из режущей керамики с матрицей из оксида алюминия (Al2O3) с добавлением карбида титана (TiC). Часть образцов имели износостойкое покрытие системы (Ti,C)N fig. 2а, с осажденное по комбинированной технологии CVD-PVD промышленным способом. Вторая часть образцов представляла собой аналогичные пластины того же производителя, но с износостойким покрытием системы (Ti,Al)N fig. 2b, d полученные по технологии PVD в условиях ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН». Данный инструментальный материал является очень перспективным и эффективно применяется при обработке закаленных сталей резанием. В связи с этим, в качестве индентора использовались шарики из закаленной стали марки AISI 52100 (Российский аналог ШХ15). Шарик жестко закреплялся в стандартном держателе индентора Роквелла и крепился посредством прижима на скрэтч-тестере модели M1, NANOVEA, Великобритания. Режимы экспериментов представлены в таблице 1.This method was implemented on replaceable polyhedral inserts (SMP) made of cutting ceramics with a matrix of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) with the addition of titanium carbide (TiC). Some of the samples had a wear-resistant coating of the system (Ti, C) N fig. 2a, with industrial CVD-PVD precipitated. The second part of the samples was similar plates of the same manufacturer, but with a wear-resistant coating of the system (Ti, Al) N fig. 2b, d obtained using PVD technology under the conditions of FSBEI HE "MSTU" STANKIN ". This tool material is very promising and is effectively used in the processing of hardened steels by cutting. In this regard, balls made of hardened steel of the AISI 52100 grade (Russian analogue ШХ15) were used as an indenter. The ball was rigidly fixed in a standard Rockwell indenter holder and secured by means of a clip on a scratch tester of the M1 model, NANOVEA, UK. The experimental modes are presented in table 1.
Результат воздействия интендора на исследуемый образец хорошо определяется визуально (Фиг. 2а, b).The result of the impact of the intender on the test sample is well defined visually (Fig. 2A, b).
Для более точной фиксации результата после нанесения треков образцы подвергаются очистке в ультразвуковой ванне от образующихся на поверхности загрязнений и помещают в камеру сканирующего электронного микроскопа для картирования распределения химических элементов в рассматриваемой области индентирования. На фиг. 2, с, d приведен элементный химический состав поверхностей режущих пластин с износостойкими покрытиями после индентирования, полученный посредством энерго-дисперсионного анализа на сканирующем электронном микроскопе VEGA 3 LMH TESCAN, Чешская Республика. Представленные карты распределения Fe в областях индентирования позволяют наиболее точно определить начальную точку схватывания, в ее связи с действующей в этой точке силой F. На образце с покрытием (Ti,C)N следы схватывания в процессе индентирования отсутствовали, что согласно теории резания означает, что данный образец будет обладать большим эксплуатационным ресурсом. На образце с покрытием (Ti,Al)N образование следов регистрировались при нагрузке F=14÷16 Н. Схватывание при столь малых воздействиях позволяет судить о низкой эффективности функционального покрытия.To more accurately record the result after applying the tracks, the samples are cleaned in an ultrasonic bath to remove impurities on the surface and placed in a scanning electron microscope chamber to map the distribution of chemical elements in the indentation region under consideration. In FIG. 2c, 2d shows the elemental chemical composition of the surfaces of cutting inserts with wear-resistant coatings after indentation, obtained by energy-dispersive analysis on a VEGA 3 LMH TESCAN scanning electron microscope, Czech Republic. The maps of Fe distribution in the indentation regions presented make it possible to most accurately determine the initial setting point, in connection with the force F acting at this point. On the sample coated with (Ti, C) N, there were no traces of setting during indentation, which, according to the cutting theory, means that This sample will have a large operational resource. Trace formation was recorded on a sample with a coating (Ti, Al) N at a load of F = 14–16 N. Setting at such low impacts makes it possible to judge the low efficiency of the functional coating.
Дальнейшие натурные исследования показали полное соответствие результатам заявленного способа.Further field studies showed full compliance with the results of the claimed method.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - создание способа выбора инструментального материала, простого в осуществлении и не требующего изготовления специального дорогостоящего образца из инструментального материала, - решена, а заявленный технический результат - упрощение процесса выбора инструментального материала - достигнут.The foregoing allows us to conclude that the task - the creation of a method of selecting tool material that is simple to implement and does not require the manufacture of a special expensive sample from tool material - has been solved, and the claimed technical result - simplification of the process of choosing tool material - has been achieved.
Анализ заявленного изобретения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой и неизвестной на дату приоритета из уровня техники совокупности необходимых признаков, достаточной для получения заявленного технического результата.Analysis of the claimed invention for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable and unknown at the priority date level of the prior art set of necessary features sufficient to obtain the claimed technical result.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области механической обработки материалов, в частности к способам выбора инструментального материала для механической обработки деталей преимущественно из металлов и сплавов;- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to the field of mechanical processing of materials, in particular to methods of selecting tool material for machining parts primarily from metals and alloys;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the above-described applications and known from the prior art on the priority date of the means and methods is confirmed;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of the patentability conditions of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148665A RU2629577C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Method for selecting tool material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148665A RU2629577C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Method for selecting tool material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629577C1 true RU2629577C1 (en) | 2017-08-30 |
Family
ID=59797528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148665A RU2629577C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Method for selecting tool material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629577C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU938108A1 (en) * | 1980-12-30 | 1982-06-23 | Предприятие П/Я Р-6793 | Method of device for determination of adhesion strength of cutting instrument to machined surface |
| SU968695A1 (en) * | 1980-03-31 | 1982-10-23 | Предприятие П/Я В-2620 | Method of testing tool materials for wear resistanse |
| SU1202715A1 (en) * | 1984-07-25 | 1986-01-07 | Грузинский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Method of selecting optimized tool material |
| US4934185A (en) * | 1988-01-25 | 1990-06-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Device for measuring adhesive strength and shear strength of coated film |
-
2016
- 2016-12-12 RU RU2016148665A patent/RU2629577C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU968695A1 (en) * | 1980-03-31 | 1982-10-23 | Предприятие П/Я В-2620 | Method of testing tool materials for wear resistanse |
| SU938108A1 (en) * | 1980-12-30 | 1982-06-23 | Предприятие П/Я Р-6793 | Method of device for determination of adhesion strength of cutting instrument to machined surface |
| SU1202715A1 (en) * | 1984-07-25 | 1986-01-07 | Грузинский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Method of selecting optimized tool material |
| US4934185A (en) * | 1988-01-25 | 1990-06-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Device for measuring adhesive strength and shear strength of coated film |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Butola et al. | Mechanical and wear performance of Al/SiC surface composite prepared through friction stir processing | |
| Gant et al. | Use of FIB/SEM to assess the tribo-corrosion of WC/Co hardmetals in model single point abrasion experiments | |
| Gant et al. | New perspectives in hardmetal abrasion simulation | |
| Ameen et al. | Effect of loads, sliding speeds and times on the wear rate for different materials | |
| Velmurugan et al. | Investigation of friction and wear behavior of hybrid aluminium composites | |
| Akca et al. | Metallographic procedures and analysis–a review | |
| Holmberg et al. | Grit blasting for removal of recast layer from EDM process on Inconel 718 shaft: an evaluation of surface integrity | |
| RU2629577C1 (en) | Method for selecting tool material | |
| Mahato et al. | Quantitative in situ analysis of deformation in sliding metals: effect of initial strain state | |
| Dobránsky et al. | Evaluation of the impact energy of the samples produced by the additive manufacturing technology | |
| Math et al. | Tribological Performance of AA3003/B4C Metal Matrix Composites | |
| Ferri et al. | Sliding energy of textured surfaces via pendular tests | |
| Velmurugan et al. | Experimental investigations on the effect of heat-treatment parameters on the wear behavior of aluminum hybrid composites | |
| Wang | Investigation of the adhesion behavior of aluminum on various PVD coatings applied to H13 tool steel to minimize or eliminate lubrication during high pressure die casting, An | |
| Hattori et al. | Formulation of cavitation erosion behavior based on logistic analysis | |
| Lee et al. | Assessment of adhesion between thin film and silicon based on a scratch test | |
| Peng | Optimizing wear resistance of ceramic (TiN, WC and TiC) clad layer by gas tungsten arc welding (GTAW) | |
| Wang et al. | Micro-scale laser peen forming of single crystal | |
| Sărăcin et al. | Structural properties of the friction couple, dental milling cutter-dental material, before the work process | |
| Nautiyal et al. | Test Methods for In-Situ Mechanical Characterization | |
| Capitanu et al. | The abrasion resistance estimation of the C120 steel by a multi-pass dual-indenter scratch test | |
| Kumar et al. | Investigation on the impact of electrical discharge machining on the tribological properties of aluminum | |
| Pathak et al. | Frictional and wear analysis of high speed steel AMS 6491 (M50) micro coated with carbon composite coating | |
| JP2006255741A (en) | Method for evaluating squeezing property of press mold and test apparatus therefor | |
| Hawthorne et al. | On particle interactions with target materials of different mechanical properties in a long specimen Coriolis slurry erosion tester |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191205 Effective date: 20191205 |