Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.41
no.6
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pp.335-340
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2008
Cutting performance and wear behavior were studied with the diamond micro-blade of Cu/Sn bond materials containing various amount of lubricant materials such as graphite and $MoS_2$. Measurement of instantaneous electric power consumption for cutting glass workpiece at the constant velocity was conducted and proposed as a method to assess cutting efficiency. The energy consumption of micro-blade for glass cutting decreased with the content of graphite and $MoS_2$ while wear amount of blade in volume increased with the amount of lubricant addition during the dicing test. It is because that hardness, flexural strength, and fracture toughness ($K_{IC}$) reduced with the amount of lubricant addition. Blades with $MoS_2$ additive showed higher mechanical properties than those with graphite additives when the same amount of the lubricant additive in wt.% was added. Due to the lower density of graphite than $MoS_2$, higher volume fraction of graphite could result in stronger effect on lowering electric power consumption by reducing the friction between blade and work piece however increasing wear rate due to the reduction in strength and fracture toughness. Adhesive wearing mode of micro blade could be remarkably improved by the addition of graphite as well as $MoS_2$.
Wear and wear transition mechanisms during sliding as a function of time in Al2O3 have been studied to understand the wear behaviour of brittle ceramic materials. Commercial Si3N4 ball was rotated against flat Al2O3 specimens which were hot pressed and polished using upto 1${\mu}{\textrm}{m}$ diamond paste. Paraffin oil was used as a lubricant. Experimental data show that wear of Al2O3 is separated into distinct two stages, i.e., initial stage of slow wear and final stage of rapid wear. Microstructural observations at worn surface show that wear occurs through grooving and grain pull-out in the initial and final stage respectively. TEM observations beneath the worn surfaces show that grain pull-out starts to occur by the propagation of grain boundary cracks induced by dislocation pile-up throughthe surface.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.533-537
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2003
Compared to sintered polycrystalline diamond (PCD), the deposited thin film diamond has a great advantage on the fabrication of cutting tools with complex geometries such as drills. Because of high performance in high speed machining non-ferrous difficult-to-cut materials in the field of automobiles industry, aeronautics and astronautics industry, diamond-coated drills find large potentialities in commercial applications. However, the poor adhesion of the diamond film on the substrate and high surface roughness of the drill flute adversely affect the tool lift and machining quality and they become the main technical barriers for the successful development and commercialization of diamond-coated drills. In this paper, diamond thin films were deposited on the commercial WC-Co based drills by the electron aided hot filament chemical vapor deposition (EACVD). A new multiple coating technology based on changing gas pressure in different process stages was developed. The large triangular faceted diamond grains may have great contribution to the adhesive strength between the film and the substrate, and the overlapping ball like blocks consisted of nanometer sized diamond crystals may contribute much to the very low roughness of diamond film. Adhesive strength and quality of diamond film were evaluated by scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM), Raman spectrum and drilling experiments. The ring-block tribological experiments were also conducted and the results revealed that the friction coefficient increased with the surface roughness of the diamond film. From a practical viewpoint, the cutting performances of diamond-coated drills were studied by drilling the SiC particles reinforced aluminum-matrix composite. The good adhesive strength and low surface roughness of flute were proved to be beneficial to the good chip evacuation and the decrease of thrust and consequently led to a prolonged tool lift and an improved machining quality. The wear mechanism of diamond-coated drills is the abrasive mechanical attrition.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.23
no.4_2
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pp.675-682
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2020
Multi-wire sawing is the prominent technology employed to cut hard material ingots into wafers. This paper aimed to research the effect of diamond toughness index on the cutting performance of electroplated diamond wire. Three different toughness index of diamond abrasives were used to manufacture electroplated diamond wires. The cutting performance of electroplated diamond wire is verified through experiments, in which sapphire ingot are cut using single wire sawing machine. A single wire saw for constant load slicing is developed for the cutting performance evaluation of electroplated diamond wire. Choosing the cutting depth, total cutting depth, cutting force and wear of electroplated diamond wires as evaluation parameters, the performance of electroplated diamond wire is evaluated. The results of this study showed that there was a significant direct relationship between the toughness index of diamond abrasives and the cutting performance. Results demonstrated that diamond abrasive with a high toughness index showed higher cutting performance. However, all diamond abrasives showed similar cutting performance under low load conditions. The results of this paper are useful for the development of cutting large diameter ingots and cutting high hardness ingots at high speed.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.8
no.2
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pp.38-43
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2007
This paper describes ultrasonically assisted grinding used to obtain a glossy surface quickly and precisely. High-quality surfaces are required for plastic injection molding dies used in the production of plastic parts such as dials for cellular phones. Traditionally, in order to finish the dies, manual polishing by a skilled worker has been required after the machining processes, such as electro discharge machining (EDM), which leaves an affected layer, and milling, which leaves tooling marks. However, manual polishing causes detrimental geometrical deviations of the die and consumes several days to finish a die surface. Therefore, a machining process for finishing dies without manual polishing to improve the surface roughness and form accuracy would be extremely valuable. In this study, a 3D positioning machine equipped with an ultrasonic spindle was used to conduct grinding experiments. An electroplated diamond tool was used for these experiments. Generally, diamond tools cannot grind steel because of excessive wear as a result of carbon atoms diffusing into bulk steel and chips. However, ultrasonically assisted grinding can achieve a fine surface (roughness Rz of $0.4{\mu}m$) on die steel without severe tool wear. The final aim of this study is to realize mirror surface grinding for injection molding dies without manual polishing. To do this, it is necessary to fabricate an electroplated diamond tool with high form accuracy and low run-out. This paper describes a tool-making method for high precision grinding and the grinding performance of a self-electroplated tool. The ground surface textures, tool performance and tool life were investigated A ground surface roughness Rz of 0.14 um was achieved Our results show that the spindle speed, feed rate and cross feed affected the surface texture. One tool could finish $5000mm^2$ of die steel surface without any deterioration of the ground surface roughness.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.7
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pp.618-623
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2006
Hydrogenated Diamond-like carbon (DLC) films were prepared by the radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (RF PECVD) method on silicon substrates using methane $(CH_4)$ and hydrogen $(H_2)$ gas. The wear track on the DLC films was examined after the ball-on disk (BOD) measurement with a Raman mapping method. The BOD measurement of the DLC films was performed for 1 to 3 hours with a 1-hour step time. The sliding traces on the hydrogenated DLC film after the BOD measurement were also observed using an optical microscope. The surface roughness and cross-sectional images of the wear track were obtained using an atomic force microscope (AFM). The novel Raman mapping method effectively shows the graphitization of DLC films of $300{\mu}m\times300{\mu}m$ area according to the sliding time by G-peak positions (intensities) and $I_D/I_G$ ratios.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.45
no.1
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pp.37-42
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2012
$WS_2$ powder was added to the Cu/Sn bond metal of diamond micro-blades for machining of semi-conductor and IC chips to improve cutting efficiency. The effect of $WS_2$ additive on cutting efficiency was investigated and compared with the micro-blades with $MoS_2$ developed in previous research. Flexural strength, frictional coefficient, and wear resistance of blades decreased with $WS_2$ but wear depth increased. It was found that the blades including $WS_2$ consumed less momentary energy than the blades containing $MoS_2$ during dicing test. Micro-blades containing $WS_2$ exhibited lower flexural strength than the blades with $MoS_2$ resulting from higher amount of sintering defects relevant to the less effectiveness of $WS_2$ on fluidity. The effect of $WS_2$ and $MoS_2$ on fluidity during sintering was analyzed in terms of mismatching degree between the longitudinal direction of lubricant particles and the perpendicular direction to the compact loading. The blade with 8.1 vol.% of $WS_2$ showed the best cutting efficiency.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.5
no.3
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pp.35-42
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2004
This research describes that the cutting characteristics and tool wear behavior in the micro cutting of three kinds of wear resistant cemented carbides (WC-Co; V40, V50 and V60) using PCD (Poly Crystalline Diamond) and PCBN (Poly crystalline Cubic Boron Nitride) cutting tools by use of the SEM (Scanning Electron Microscope) direct observation method. The purpose of this research is to present reasonable cutting conditions from the viewpoint of high efficient cutting refer to a precise finished surface and tool wear. Summary of the results is as follows: (1) The cutting forces tend to increase as the increase of the weight percentage of WC particles, and the thrust forces was larger than the principal forces in the cutting of WC-Co. These phenomena were different from the ordinary cutting such as cutting of steel or cast iron. (2) The cutting speed hardly influenced the thrust force, because of the frictional force between the cutting tool edge and small WC particles at low cutting speed region such as 2$\mu\textrm{m}$/s. It seemed that the thrust cutting force occurred by the contact between the flank face and work material near the cutting edge. (3) The wear mechanism for PCD tools is abrasion by hard WC particles of the work materials, which leads diamond grain to be detached from the bond. (4) From the SEM direct observation in cutting the WC-Co, it seems that WC particles are broken and come into contact with the tool edge directly. This causes tool wear, resulting in severe tool damage. (5) In the orthogonal micro cutting of WC-Co, the tool wear in the flank face was formed bigger than that in the rake face on orthogonal micro cutting. And the machining surface integrity on the side of the cutting tool with a negative rake angle was better than that with a positive one, as well as burr in the case of using the cutting tool with a negative rake angle was formed very little compared to the that with a positive one.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2001.10a
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pp.344-348
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2001
In this study, experiments were carried out to investigate the characteristics of grinding and wear process of diamond wheel grinding ceramic materials. Normal component of grinding resistance was decreasing while increase of spindle speed. The resistance of vitrified bond wheel was less then that of resinoid bond wheel because of imbedded large holes on the surface of cutting edge. Surface roughness was decreasing while increase of spindle speed. The surface roughness after using vitrified bond wheel was less than that of resinoid bond wheel because of small elastic deformation. After continuous grinding of ceramics, cutting edge ratio of resinoid bond wheel decreases. For the case of vitrified bond wheel, cutting edge ratio does not change.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.332-335
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1997
With the advance of precision technique, the optical system is more precise and complex and the machining method of optical element which is composed of micro-grooves is developed. Especially, the method of micro-grooving using diamond tool is used widely owing to many merit, but has problems of damage of surface roughness due to tool wear and tool fracture. This paper deals with state monitoring using AE RMS in the micro-grooving. The change of AE RMS is very small with increment of cutting velocity and depth of cut. In spite of constance magnitude of principal force in machining using diamond tool of tool wear and tool fracture, AE RMS is highly fluctuated. Because changing of cutting state has relevance to surface roughness profile, surface toughness profile is expected using AE RMS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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