Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.34
no.4
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pp.237-241
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2017
Cryogenic machining uses liquid nitrogen (LN2) as a coolant. This machining process can reduce the cutting temperature and increase tool life. Titanium alloys have been widely used in the aerospace and automobile industries because of their high strength-to-weight ratio. However, they are difficult to machine because of their poor thermal properties, which reduce tool life. In this study, we applied cryogenic machining to titanium alloys. Orthogonal cutting experiments were performed at a low cutting speed (1.2 - 2.1 m/min) in three cooling conditions: dry, cryogenic, and cryogenic plus heat. Cutting force and friction coefficients were observed to evaluate the machining characteristics for each cooling condition. For the cryogenic condition, cutting force and friction coefficients increased, but decreased for the cryogenic plus heat condition.
Kim, Sung-Kyun;Lee, Dong-Gyu;Lee, Kune-Woo;Song, Oh-Seop
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.7
no.2
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pp.115-124
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2009
Cryogenic cutting technology is one of the most suitable technologies for dismantling nuclear facilities due to the fact that a secondary waste is not generated during the cutting process. In this paper, the feasibility of cryogenic cutting technology was investigated by using a computer simulation. In the computer simulation, a hybrid method combined with the SPH (smoothed particle hydrodynamics) method and the FE (finite element) method was used. And also, a penetration depth equation, for the design of the cryogenic cutting system, was used and the design variables and operation conditions to cut a 10 mm thickness for steel were determined. Finally, the main components of the cryogenic cutting system were manufactures on the basis of the obtained design variables and operation conditions.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.1048-1051
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2001
This paper presents an analytical and experimental study of a cryogenic machining for precision hard turning. A cryogenic circulation system is designed and mounted on the top of the tool insert. The machining process used is facing operation on a CNC turning center with dry and cryogenic conditions. The tool temperature and cutting forces are measured by the K-type thermocouple and by a three-component Kistler dynamometer, respectively. Both data are fed into the data acquisition program through an A/D card. Surface roughness and form accuracy of the machined surface are measured by WYKO NT2000. It is also found that surface roughness and form accuracy with cryogenic cooling are better than those with no coolant.
The liquid nitrogen as an environmentally safe coolant has been widely recognized in cryogenic machining, its function as a lubricant is plausible due to its chemical inertness, physical volatility and low viscosity. Since a reduced friction is a direct witness of the lubrication effect from a tribological viewpoint, this paper presents an evaluation of the apparent friction coefficient on the tool-chip interface in cryogenic cutting operations to prove and characterize the lubricity of LN2 in cryogenic machining. The cryogenic cutting technology used in this study is based on a cooling approach and liquid nitrogen delivery system which are intended to apply liquid nitrogen in well-controlled fine jets to selectively localized cutting zones and to penetrate liquid nitrogen to the tool-chip interface. It has been found that the apparent friction coefficient can be significantly reduced in cryogenic machining, depending on the approach of liquid nitrogen delivery.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.4
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pp.36-43
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1998
We experimented turning SCM440, called difficult-to-cut materials in general, using tungsten carbon tool(PIO) in order to elevate machinability by a new cutting method. The cutting tool designed and made to study was cooled to -17$0^{\circ}C$ in about 1 minute by liquid nitrogen. Then, we operated cryogenic cutting by cooling tool with liquid nitrogen and stuided the effect about cutting force, chip thickness, surface roughness, behavior of tool wear and cutting temperature. In addition, we investigated the possibility that sur face roughness of workpiece can be predicted analyzing cutting characteristics.
Proceedings of the Safety Management and Science Conference
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2002.05a
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pp.207-214
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2002
This paper presents some physical evidences indicating that reduced friction occurs in an cryogenic machining process, in which LN2 is applied selectively in well-controlled jets to the selected cutting zone. In machining tests, cryogenic machining reduced the force component in the feed direction, indicating that the chip slides on the tool rake face with lower friction. This study also found that the effectiveness of LN2 lubrication depends on the approach how LN2 is applied regarding cutting forces related.
Machinability improvement by the use of liquid nitrogen in cryogenic machining has been reported in various studies. This has been mostly attributed to the cooling effect of liquid nitrogen. However, No study has been found in discussion on whether liquid nitrogen possesses lubrication effect in cryogenic cutting. In machining tests, cryogenic machining reduced the force component in the feed direction, indicating that the chip slides on the tool rake face with lower friction. This study also found that the effectiveness of LN2 lubrication depends on the approach how LN2 is applied regarding cutting forces related.
Kim, G.H.;Kim, D.J.;Sohn, J.I.;Yoon, G.S.;Heo, Y.M.;Cho, M.W.
Transactions of Materials Processing
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v.18
no.2
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pp.166-171
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2009
In this paper, a basic study on micro cutting process with SM20C at low temperature environment was performed. In macro cutting fields, the cryogenic cutting process has been applied to cut the refractory metal but, the serious problem may be generated in micro cutting fields by the cryogenic environment. However, if the proper low temperature is applied to micro cutting area, the cooling effect of cutting heat is expected. Such effect can make the reduction of tool wear and burr formation. For verifying this possibility, the micro cutting experiment at low temperature was performed and SEM images were analyzed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.10
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pp.62-70
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1996
We experimented on cutting characteristics-cutting force, behavior of cutting temperature, surface roughness. chip thickness under low temperature, which generated by liquid nitrogen(77K). The work-pieces were freezed to-195 .deg. C and liquid nitrogen was also sprinkled on cutting area in order to decrease an experimental error of machining in low temperature. The workpiece was became to -195 .deg. C in5 minutes. In cooled condition surface roughness of workpiece was better than normal condition. In addition, we investigated the possibility that surface roughness of workpiece and cutting force can be predicted analyzing cutting conditions by the trained neural network.
In conventional machining, the use of cutting fluid is essential to reduce cutting heat and to improve machining quality. However, to increase the performance of cutting fluids, various chemical components have been added. However, these chemical components during machining have a negative impact on the health of workers and cutting environment. In current machining, environment-friendly machining is conducted using MQL (minimum quantity lubrication) or cryogenic air spraying to minimize the harmful effects. In this study, the injection nozzle that can combined injecting minimum quantity lubrication(MQL) and cryogenic gas was designed and the shape optimization was performed by using computational fluid dynamics(CFD) and design of experiment(DOE). Performance verification was performed for the designed nozzle. The diameter of the sprayed fluid at a distance of 30 mm from the nozzle was analyzed to be 21 mm. It was also analyzed to lower the aerosol temperature to about 260~270K.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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