Theoretical study of temperature in the contact zone cBN cutting tool

Однією з сучасних світових тенденцій розвитку технологій лезової обробки є обробка матеріалів високої твердості. У той же час, зі збільшенням режимів обробки та твердості оброблюваного матеріалу має місце суттєве збільшення температури в зоні контакту, що впливає на стійкість та зношування різального інструменту та стає одним із факторів, що обмежує продуктивність процесу різання. Зниження температури на контактних ділянках інструмента мінімізує інтенсивність взаємодії між інструментальнім і оброблюваним матеріалами в зоні різання, що зменшує знос інструмента.The article is devoted to solving of actual scientific and technical task of increasing of tool life of the cutting tool equipped of cBN-Based PSHM while turning hardened steels. The concept of increasing of tool life of the PCBN cutting tools when turning hardened steel has been proposed, which is based on the reducing of temperature in the cutting zone. It was implemented by applying boron nitride coating with amorphous structure (BNam) on the working surfaces of the PCBN. Based on experimental data on the size of the contact area, contact loads and the topography of the contact areas of tools, the calculation of the value of temperature flashes was conducted. It was found that the change in temperature has an extreme character with a maximum of 2036 °C and 1044 °C on the sticking and sliding zones of contact area respectively. Wherein, it was revealed that a sufficient level of temperature for chemical interaction between instrumental and processed materials can be realized only in the sticking zone. The use of BNam coating reduces the temperature to 1770 °C in the sticking and to 893 °C in the sliding contact zones, hence reducing the intensity of reaction of the chemical interaction in the sticking zone of the contact area. On the basis of research and industrial tests of the obtained results it was found that exploitation of cBN tools coated with BN am allows one to increase the tool life of tool in comparison with the same tool without coating.Одной из современных мировых тенденций развития технологий лезвийной обработки является обработка материалов высокой твердости инструментом, оснащенным ПКНБ. В то же время, с ростом режимов обработки и твердости обрабатываемого материала имеет место существенное увеличение температуры в зоне контакта, что влияет на стойкость и интенсивность изнашивания режущего инструмента и становится одним из факторов, ограничивающим производительность процесса резания. Снижение температуры на контактном участке инструмента минимизирует интенсивность взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов в зоне резания, что способствует уменьшению износа инструмента

Influence n-TiC/α-C wear-resistant coatings on the performance of the CBN tools

Виготовлення деталей машин неможливе без використання інструментів з нових інструментальних композитів, які повинні мати високу стійкість, надійність, а також забезпечувати високу якість оброблених поверхонь, до таких композитів відносяться полікристалічні надтверді матеріали на основі кубічного нітриду бору. Одним з ефективних шляхів підвищення працездатності різального інструменту із ПНТМ на основі КНБ являється нанесення на його робочі поверхні зносостійких покриттів. Нанокомпозиційні покриття на основі n-TiC/α-C представляють собою нову генерацію матеріалів і потребують додаткових досліджень. З цією метою проведено дослідження впливу зносостійкого покриття n-TiC/α-C на працездатність різального інструменту із ПНТМ на основі КНБ. Досліджувалися такі параметри процесу, як температура різання, а також показники зносу різального інструменту. Дослідження показали, що використання покриття на основі n-TiC/α-C дає можливість зменшити температуру різання за рахунок того, що покриття знижує адгезійну взаємодію інструменту з оброблюваним матеріалом, тим самим зменшуючи коефіцієнт тертя і, як наслідок – температуру різання. Крім того зносостійке покриття n-TiC/α-C можна розглядати, як своєрідний проміжний технологічний шар між контактуючими поверхнями інструментального та оброблюваного матеріалу, через який можна керувати властивостями інструментального матеріалу, основними характеристиками різання, зношуванням і працездатністю інструменту, шляхом вибору складу, структури і будови покриття, типу його зв’язку з інструментальним матеріалом і технологічними умовами його отримання. Незважаючи не те, що покриття n-TiC/α-C має нижчі механічні характеристики ніж матеріал основи, але низький коефіцієнт тертя, стійкість до адгезійного зношення, дає можливість його використання на етапі припрацювання інструменту.To optimize the processing conditions, it is necessary to create opportunities for the cutting temperature controlling, because for each pair of tools – detail materials there is an optimal value of this parameter. Machining with conditions that match the optimal cutting temperature ensures maximum tool life. The practical solution of the problem is possible through the use of wear-resistant coatings. The presence of protective coatings at the contact surfaces of the instrument leads to the changes in mechanical, physical and chemical contact interaction between tool and the work piece. The nanocomposite coating, representing a new generation of materials, based on n-TiC/α-C was used at this paper. They consist of at least two phases of nanocrystalline and amorphous structure and have lower mechanical properties (hardness and elastic modulus) than the base material. The results of experimental researches showed that using the tools with such coatings reduces the average cutting temperature. It is due to the fact that the coating reduces the adhesion interaction between tool and working material leading to the friction declination.Изготовление деталей машин невозможно без использования инструментов из новых инструментальных композитов, которые должны иметь высокую стойкость, надежность, а также обеспечивать высокое качество обработанных поверхностей, к таким композитам относятся поликристаллические сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора. Одним из эффективных путей повышения работоспособности режущего инструмента с ПНТМ на основе КНБ является нанесение на его рабочие поверхности износостойких покрытий. Нанокомпозиционные покрытия на основе n-TiC/α-C представляют собой новое поколение материалов и требуют дополнительных исследований. С этой целью проведено исследование влияния износостойкого покрытия n-TiC/α-C на работоспособность режущего инструмента с ПНТМ на основе КНБ. Исследовались такие параметры процесса, как температура резания, а также показатели износа режущего инструмента. Исследования показали, что использование покрытия на основе n-TiC/α-C позволяет уменьшить температуру резания за счет того, что покрытие снижает адгезионное взаимодействие инструмента с обрабатываемым материалом, тем самым уменьшая коэффициент трения и, как следствие – температуру резания. Кроме того износостойкое покрытие n-TiC/α-C можно рассматривать как своеобразный промежуточный технологический слой между контактирующими поверхностями инструментального и обрабатываемого материала, через который можно управлять свойствами инструментального материала, основными характеристиками процесса резания, износом и работоспособностью инструмента, путем выбора состава, структуры и строения покрытия, типа его связи с инструментальным материалом и технологическими условиями его получения. Несмотря на то, что покрытие n-TiC/α-C имеет ниже механические характеристики чем материал основы, но вследствие низкого коэффициента трения, устойчивости к адгезионному износу, дает возможность его использовать на этапе приработки инструмента

Coarse-grained and ultrafine-grained titanium high-temperature creep

The publication describes the study of durability in tensile creep of VT1-0 commercial titanium in its two states - coarse-grained and ultrafine-grained. It is shown that the best temperature for log-term testing is 350°С. At this temperature, the ultrafine-grained titanium structure remains stable both during free annealing and durability testing. The obtained data enable retrieving the difference in fracture initiation energies for titanium in its coarse-grained and ultrafine-grained state