Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1995.10a
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pp.60-63
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1995
The behavior of the work materials in the chip-tool interface in extremely high strain rates and temperatures is more that of viscous liquids than that of normal solid metals. In these circumstances the principles of fluid mechanics can be invoked to describe the metal flow in the neighborhood of the cutting edge. In the present paper an Eulerian finite element model is presented that simulates metal flow in the vicinity of the cutting edge when machining a low carbon steel with carbide cutting tool. The work material is assumed to obey visco-plastic (Bingham solid) constitutive law and Von Mises criterion. Heat generation is included in the model, assuming adiabatic conditions within each element. the mechanical and thermal properties of the work material are accepted to vary with the temperature. The model is based on the virtual work-stream function formulation, emphasis is given on analyzing the formation of the stagnant metal zone ahead of the cutting edge. The model predicts flow field characteristics such as material velocity effective stress and strain-rate distributions as well as built-up layer configuration
Xiaokang Shao;Yusheng Jiang;Zongyuan Zhu;Zhiyong Yang;Zhenyong Wang;Jinguo Cheng;Quanwei Liu
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.1
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pp.103-113
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2023
This study focused on understanding the relationship between the design of a tunnel boring machine disc cutter ring and its rock-breaking efficiency, as well as the applicable conditions of different cutter ring types. The discrete element method was used to establish a numerical model of the rock-breaking process using disc cutters with different ring types to reveal the development of rock damage cracks and variation in cutter penetration load. The calculation results indicate that a sharp-edged (V-shaped) disc cutter penetrates a rock mass to a given depth with the lowest load, resulting in more intermediate cracks and few lateral cracks, which leads to difficulty in crack combination. Furthermore, the poor wear resistance of a conventional V-shaped cutter can lead to an exponential increase in the penetration load after cutter ring wear. In contrast, constant-cross-section (CCS) disc cutters have the highest quantity of crack extensions after penetrating rock, but also require the highest penetration loads. An arch-edged (U-shaped) disc cutter is more moderate than the aforementioned types with sufficient intermediate and lateral crack propagation after cutting into rock under a suitable penetration load. Additionally, we found that the cutter ring wedge angle and edge width heavily influence cutter rock-breaking efficiency and that a disc cutter with a 16 to 22 mm edge width and 20° to 30° wedge angle exhibits high performance. Compared to V-shaped and U-shaped cutters, the CCS cutter is more suitable for soft or medium-strength rocks, where the penetration load is relatively small. Additionally, two typical case studies were selected to verify that replacing a CCS cutter with a U-shaped or optimized V-shaped disc cutter can increase cutting efficiency when encountering hard rocks.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.2
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pp.111-117
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2016
The cutting performance of a developed small-angle spindle tool was investigated with Al6061 using a TiAlN coated high-speed steel end mill. Up-cut and down-cut processes in a milling machine were carried out at the range of 1000-4000 rpm for spindle speed and 50-300 mm/min for feed rate. As a result, the highest cutting force in the Fx direction was obtained from the up-cut process when the spindle speed was 1000 rpm and the feed rate was 100 mm/min. In the Fy direction, the highest cutting force appeared in the up-cut process at a feed rate of 250 mm/min at the same spindle speed. Conversely, the lowest cutting force came out in the up-cut process at a spindle speed of 4000 rpm and a feed rate of 50 mm/min. As for surface finish, the finest surface roughness was obtained as Ra 0.7642 um at a spindle speed of 4000 rpm and a feed rate of 50 mm/min. Consequently, given the cutting performance of the developed small-angle spindle tool, we conclude that its use in industrial practice is feasible.
Mun-Gyu, Kim;Chang-Heon, Song;Joo-Young, Oh;Jung-Woo, Cho
Tunnel and Underground Space
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v.32
no.6
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pp.386-396
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2022
To analyze the influence of variables of roadheaders, the linear cutting testing data of pick cutter were collected from the former literatures. The input factors were set up as uniaxial compressive strength, cutting depth, cutting spacing, attack angle, skew angle, and output factors were determined as specific energy, average cutting force, maximum cutting force, average vertical force, and maximum vertical force. After composing a table of the design of experiment (DOE). The contribution level of each factor was calculated by analysis of variance (ANOVA). As a result, the factors having greatest influence on cutting force and specific energy were uniaxial compressive strength and cutting spacing.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.7
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pp.62-69
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2004
This paper presents an experimental study on the dimensional error in ball-end milling. In the 3D free-formed surface machining using ball-end milling, while machining conditions are varied due to the Z component of the feed and existing hemisphere part of the ball-end mill, the mechanics of ball-end milling are complicated. In the finishing, most of cutting is performed the ball part of the cutter and the machined surface are required the high quality. But the dimensional errors in the ball-end milling are inevitably caused by tool deflection, tool wear, thermal effect and machine tool errors and so on. Among these factors, the most significant one of dimensional error is usually known as tool deflection. Tool deflection is related to the instantaneous horizontal cutting force and varied the finishing cutting path. It lead to decrease cutting area, thus resulting cutting forces but the dimensional precision surface could not be obtained. So the machining experiments are conducted fur dimensional error investigation and these results may be used for decrease dimensional errors in practice.
Zhiyong Yang;Xiaokang Shao;Hao Han;Yusheng Jiang;Jili Feng;Wei Wang;Zhengyang Sun
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.1
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pp.73-84
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2024
Owing to the high strength and abrasive characteristics of cobble-boulders, cutters are easily worn and damaged during shield tunneling, making construction inefficient. In the present work, the stress on the ripper and scraper on the cutterhead was analyzed by the PFC3D-FLAC3D coupling model of shield tunneling to get insight into the performance of the cutterhead for cutting underground cobble and boulders. The numerical calculation results revealed that the increase in trajectory radius leads to a rising stress on the cutters, and the stress on the front cutting surface is greater than that on the back of the cutters. Moreover, the correlation between cutter wear and stress is revealed based on field measurement data. The distribution of the cutter stress is consistent with the cutter wear and breakage characteristics in actual construction, in which more extensive cutter stress is exhibited, extreme cutter wear appears, and more cutter breakage occurs. Finally, the relationship between the cutterhead opening area's layout and cutter wear distribution was investigated, indicating that the cutter wear extent is the most severe in the region where the radial opening ratio dropped sharply.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.3
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pp.66-75
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1987
The determination of stress distributions on the rake face of tool are important to understand the mechanism of metal cutting. For this reason, many researchers have been payed much effort to analyize machining stress distribution on the rake face. The author's photoelastic experiment has shown that the stress distributions on a rake face can be obtained photoelastically by using a specially designed tool made of epoxy resin plate, and also, Stress Intensity Factors $k_{I}$, $k_{II}$ and Crack Extension Angle can be deter mined by using Linear Elastic Fracture Mechanics.ics..
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3151-3157
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2013
Rib cutting is being used to many electronic components and small plastic products. In this study, comparison experiment on tool of flat type(2F) and single edge type(1F) was conducted. Results were as follows: Surface roughness and tool wear of straight cutting showed good results in tool with a straight structure of the Existing tool. Rib cutting of 7mm depth was shown 50% higher surface roughness of development tool than the existing tool. The cutting time varies depending on the shape of the rib. But it is three times faster compared to existing tool.
In the present work, the effects of cutting parameters on surface roughness parameters (Ra), tool wear parameters (VBmax), tool vibration (Vy) and material removal rate (MRR) during hard turning of AISI 4140 steel using coated carbide tool have been evaluated. The relationships between machining parameters and output variables were modeled using response surface methodology (RSM). Analysis of variance (ANOVA) was performed to quantify the effect of cutting parameters on the studied machining parameters and to check the adequacy of the mathematical model. Additionally, Multi-objective optimization based desirability function was performed to find optimal cutting parameters to minimize surface roughness, and maximize productivity. The experiments were planned as Box Behnken Design (BBD). The results show that feed rate influenced the surface roughness; the cutting speed influenced the tool wear; the feed rate influenced the tool vibration predominantly. According to the microscopic imagery, it was observed that adhesion and abrasion as the major wear mechanism.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.2
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pp.443-448
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2010
Rapid advance in information technology requires high performance devices with compact size. Integrated multi-layer electronic element with different functions enables those compact devices to possess various performances and powerful capabilities. In mass production, the multi-layer electronic element is manufactured as a bulk type with a large number of parts for productivity. However, this may cause the electronic part to be damaged in the cutting process of the bulk elements to separate into each part. Therefore the cutting performance of multi-layer element bulk is playing an important role in the view of production efficiency. This study focuses on the cutting characteristics of multi-layer electronic elements. In order to increase the efficiency, the vibration cutting method was applied to the blade cutting machine. Flexure hinge structure, which is an physical amplifier of increasing displacement, was attached to the vibration cutting device for machining efficiency. The behaviors of flexure hinge were modeled with Lagrange equation and simulated with finite element method (FEM). Performance of hinge structure was verified by experimental modal analysis (EMA) for hinge structure to be tuned to the specific mode of vibrations. Cutting experiments of multi-layer elements were conducted with the proposed vibrating cutting module, and the characteristics was analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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