Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.85-91
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2013
The machinability of wear-resistible tungsten carbides and the tool wear behavior in machining of V30 and V50 tungsten carbides using PCD (Poly Crystalline Diamond) cutting tool was investigated to understand machining characteristics. This material is one of the difficult-to-cut materials in present, but their usage has been already broadened to every commercial applications such as mining tools, and impact resistant tools etc. Summary of the results are as follows. (1) Tool wear progression of PCD tools in turning of wear-resistible tungsten carbides were observed specially fast in primary cutting distance within 10m. (2) Three components of cutting resistance in this research were different in balance from the ordinary cutting such as that cutting of steel or cast iron. Those were expressed large value by order of thrust force, principal force, feed force. (3) If presume from viewpoint of high efficient cutting within this research, a proper cutting speed was 15m/min and a proper feed rate was 0.1mm/rev. In this case, it was found that the tool life of PCD tool was cutting distance until 230m approximately. (4) In cutting of wear-resistible tungsten carbides such as V30 and V50, it was recognized that the tool wear rate of V30 was very fast as compared with V50. (5) When the depth of cut was 0.1mm, there was no influence of the feed rate on the feed force. And the feed force tended to decrease as the cutting distance was long, because the tool was worn and the tool edge retreated. (6) It was observed that the tungsten carbides were adhered to the flank.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.12
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pp.47-54
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2008
Hard turning process can be defined as a single-point machining process carried out on "hard" materials. The process is intended to replace or limit traditional grinding operations that are expensive, environmentally unfriendly, and inflexible. The purpose of this study is to achieve a systematic understanding of machining characteristics and the effects of machining parameters on cutting force, tool wear shape and chip formation by the outer cutting of a kind of wear resistant tungsten carbide V30. Hard turning experiments were carried out on this alloy using the PCD (Poly Crystalline Diamond), cBN (cubic Boron Nitride) and PcBN (Polycrystalline cubic Boron Nitride) cutting tools. The PcBN and the usual cBN tools were used to be compare with the PCD tool and the dry turning was carried out. The PcBN is attractive as the tool material which replaces the PCD. The tool wear width and cutting force were measured, and the worn tool and chip were observed. The difference of the tool wear mechanism among the three tool materials was investigated.
This paper describes the micro cutting of wear resistant tungsten carbides using PCD (Poly-Crystalline Diamond) cutting tools in performance with SEM (Scanning Electron Microscope) direct observation method. Turning experiments were also carried out on this alloy (V50) using a PCD cutting tool. One of the purposes of this study is to describe clearly the cutting mechanism of tungsten carbides and the behavior of WC particles in the deformation zone in orthogonal micro cutting. Other purposes are to achieve a systematic understanding of machining characteristics and the effects of machining parameters on cutting force, machined surface and tool wear rates by the outer turning of this alloy carried out using the PCD cutting tool during these various cutting conditions. A summary of the results are as follows: (1) From the SEM direct observation in cutting the tungsten carbide, WC particles are broken and come into contact with the tool edge directly. This causes tool wear in which portions scrape the tool in a strong manner. (2) There are two chip formation types. One is where the shear angle is comparatively small and the crack of the shear plane becomes wide. The other is a type where the shear angle is above 45 degrees and the crack of the shear plane does not widen. These differences are caused by the stress condition which gives rise to the friction at the shear plane. (3) The thrust cutting forces tend to increase more rapidly than the principal forces, as the depth of cut and the cutting speed are increased preferably in the orthogonal micro cutting. (4) The tool wear on the flank face was larger than that on the rake face in the orthogonal micro cutting. (5) Three components of cutting force in the conventional turning experiments were different in balance from ordinary cutting such as the cutting of steel or cast iron. Those expressed a large value of thrust force, principal force, and feed force. (6) From the viewpoint of high efficient cutting found within this research, a proper cutting speed was 15 m/min and a proper feed rate was 0.1 mm/rev. In this case, it was found that the tool life of a PCD tool was limited to a distance of approximately 230 m. (7) When the depth of cut was 0.1 mm, there was no influence of the feed rate on the feed force. The feed force tended to decrease, as the cutting distance was long, because the tool was worn and the tool edge retreated. (8) The main tool wear of a PCD tool in this research was due to the flank wear within the maximum value of $V_{max}$ being about 260 $\mu\textrm{m}$.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.5
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pp.127-133
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1998
This research intends to gain the sight for the qualitative characteristics of precision cutting by using the CNC lathe with a mono-crystal diamond(MCD) and a poly-crystal diamond(PCD) tool on the cutting distance. In case of an MCD tool, as the cutting distance increases, the surface roughness becomes worse and the standard deviation of surface roughness is small. In case of a PCD tool, as the cutting distance increases, the surface roughness becomes stable with a large standard deviation. The cutting force ratio(Ft/Fn) decreases as the nose radius increases and the decreasing ratio becomes larger for small nose radius.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.3
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pp.41-47
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2012
Surface roughness is widely used as an index for processing degree of accuracy. Recently, regression analysis to predict the machining results are actively used to characterize a cutting operations. In the past, diamond machining had been used for ultra precision cutting operation, but now industrial diamond tools like PCD(Polycrystaline Diamond) has been widely used in ultraprecision machining of nonferrous metals. In this study, the authors focus on the effect of PCD tool property on the surface roughness of different types of aluminum alloy after cutting process by CNC operated lathe. Based on the regression analysis approach on a surface roughness data obtained by experiment, predictive analysis of surface roughness is effective to achieve better surface quality.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.6
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pp.69-74
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2012
Surface roughness is widely used as an index for processing degree of accuracy. Recently, regression analysis to predict the machining results are actively used to characterize a cutting operations. In the past, diamond machining had been used for ultra precision cutting operation, but now industrial diamond tools like PCD(Polycrystalline Diamond) have been widely used in ultraprecision machining of nonferrous metals. In this study, the authors focus on the effect of PCD tool property on the surface roughness of Al5083 aluminum alloy after cutting process by CNC operated lathe. Based on the regression analysis approach on a surface roughness data obtained by experiment, predictive analysis of surface roughness is effective to achieve better surface quality.
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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.10
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pp.74-81
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2003
This paper describes that the micro-cutting of WC-Co using PCD (Polycrystalline Diamond) and PcBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) cutting tools are performed with SEM(Scanning Electron Microscope) direct observation method. The purpose of this study is to present reasonable cutting conditions to obtain precise finished surface and machining efficiency. Summary of the results are shown below: (1) The thrust cutting forces tend to increase more than the principal forces as the depth of cut and the cuttlllg speed are increased preferably on orthogonal microcutting. (2) The tool wear in the flank face was formed larger than that in the rake face on orthogonal micro cutting. (3) The wear appearance for PCD tools is abraded by hard WC particles of the work materials, which lead diamond grain to be detached from the bond.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.9
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pp.55-62
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2003
This paper investigates the micro-cutting of cemented carbides using PCD (polycrystalline diamond) and PCBN (polycrystalline cubic boron nitride) cutting tools are performed with SEM direct observation method. The purpose of this study is to make clear the cutting mechanism of cemented carbides and the fracture of WC particles at the plastic deformation zone in orthogonal micro-cutting. And also to achieve systematic understanding, the effect of machining parameter on chip formation and machined surface was studied, including cutting speed, depth of cut and various tool rake angle. Summary of the results are shown below. (1) Three type of chip formation process have been proposed by the results of the direct observation in orthogonal micro-cutting of cemented carbide materials. (2) From the whole observation of chip formation, primary WC particles are crushed and/or fine grained in the shearing deformation zone. A part of them are observed to collide directly with a cutting edge of tool by following the micro-cutting. (3) Surface finish, surface morphology and surface integrity is good to obtain by cutting with PCD cutting tool compared with PCBN. (4) The machined surface has the best quality near the low cutting speed of 10${\mu}m$/sec with a cutting depth of 10 ${\mu}m$ using 0$^\circ$ rake angle and 3$^\circ$ flank angle in this condition, but it was found that excessively low speed, for example the extent of 1 ${\mu}m$/sec, is not good enough to select for various reason.
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