The deformed layers generated in face milling works were comparatively investigated to type 316L and nitrogen(N)-added type 316LN stainless steels. In order to characterize mechanical properties between type 316L and type 316LN, high-temperature tensile tests were conducted with different temperatures: R.T to $700^{\circ}C$. The cutting forces of three components, Fx, Fy and Fz were measured using a tool dynamometer through the face milling cutting tests. The deformed layers were measured by micro-hardness tests along deformed layers. The results of mechanical properties showed that type 316LN was superior to type 316L. The deformed layers of two steels were generated in the 1501m-3001m ranges, and type 316L was higher than type 316LN. The reason for this is due to the high strength properties by nitrogen effect. It was found that deformed structures were well observed for type 316L, but were minutely observed for type 316LN in this cutting conditions.
Fine microgroove is the key component to fabricate micro-grating, micro-grating lens and so on. Conventional groove fabrication methods such as etching and lithography have some problems in efficiency and surface integrity. This study deals with the creation of ultra-precision micro grooves using non-rotational diamond tool and CNC machining center. The shaping type machining method proposed in the study allows to produce V-shaped grooves of $40\mu{m}$ in depth with enough dimensional accuracy and surface. For the analysis of machining characteristics in micro V-grooving, three components of cutting forces and AE signal are measured and processed. Experimental results showed that large amplitude of cutting forces and AE appeared at the beginning of every cutting path, and cutting forces had a linear relation with the cross-sectional area of uncut chip thickness. From the results of this study, proposed micro V-grooving technique could be successfully applied to forming the precise optical parts like prism patterns on light guide panel of TFT-LCD.
Purpose: Yield monitoring systems are an essential component of precision agriculture. They indicate the spatial variability of crop yield in fields, and have become an important factor in modern harvesters. The objective of this paper was to review research trends related to yield monitoring sensors for grain crops. Methods: The literature was reviewed for research on the major sensing components of grain yield monitoring systems. These major components included grain flow sensors, moisture content sensors, and cutting width sensors. Sensors were classified by sensing principle and type, and their performance was also reviewed. Results: The main targeted harvesting grain crops were rice, wheat, corn, barley, and grain sorghum. Grain flow sensors were classified into mass flow and volume flow methods. Mass flow sensors were mounted primarily at the clean grain elevator head or under the grain tank, and volume flow sensors were mounted at the head or in the middle of the elevator. Mass flow methods used weighing, force impact, and radiometric approaches, some of which resulted in measurement error levels lower than 5% ($R^2=0.99$). Volume flow methods included paddle wheel type and optical type, and in the best cases produced error levels lower than 3%. Grain moisture content sensing was in many cases achieved using capacitive modules. In some cases, errors were lower than 1%. Cutting width was measured by ultrasonic distance sensors mounted at both sides of the header dividers, and the errors were in some cases lower than 5%. Conclusions: The design and fabrication of an integrated yield monitoring system for a target crop would be affected by the selection of a sensing approach, as well as the layout and mounting of the sensors. For accurate estimation of yield, signal processing and correction measures should be also implemented.
The consumption of pre-treated vegetables (including fresh-cut vegetables) that are washed, peeled, and trimmed has been significantly increased because of their easy use for cooking. Vegetable cutting machines have been widely utilized for producing fresh-cut vegetables or agricultural products of different sizes; however, the design standard is not established for specific types of agricultural products. Therefore, this study was conducted to determine mechanical properties (compressive and shear forces) of targeted agricultural products (radish, carrot, squash, cucumber, shiitake mushroom, and sweet potato) for developing a multipurpose vegetable cutting machine. According to ASAE standard (s368.3), compressive and shear forces of targeted agricultural products were measured by using a custom built UTM (universal testing machine). Shape type of samples and speed ranges (5 - 15 mm/min) of loading rate on bioyield and shear points varied depending on the targeted agricultural product. The range of averaged bioyield points of targeted agricultural products were between 7.89 and 146.98 N. On the other hand, their averaged shear points ranged from 22.50 to 53.47 N. Results clearly showed that the bioyield and shear points of targeted agricultural products were thoroughly affected by their components. As measuring compressive and shear forces of a variety of agricultural products, it will be feasible to calculate blade cutting force for designing multipurpose vegetable cutting machine.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제6권1호
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pp.51-58
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2005
The development of the high-efficiency machine-tools equipment and new cutting tool materials with high hardness, heat- and wear-resistance has opened the way to application of high-speed cutting process. The basic argument of using of high-speed cutting processes is the reduction of time and the respective increase of machining productivity. In this sense, the spindle units may be regarded as one of the most important units, directly affecting many parameters of high-speed machining efficiency. One of the possible types of spindle units for high-speed cutting is the air-bearing type. In this paper, we propose the mathematical model of the dynamic behavior of the air-bearing spindle. To provide the high-level of speed capacity and spindle rotation accuracy we need the adequate model of "spindle-bearings" system. This model should consider characteristics of the interactions between system components and environment. To find the working characteristics of spindle unit we should derive the equations of spindle axis movement under the affecting factors, and solve these equations together with equations which describe the behavior of lubricant layer in bearing (bearing stiffness equations). In this paper, the three influence coefficients are introduced, which describe the center of spindle mass displacement, angle of shaft rotation around the axes under the unit force application and that under the unit torque application. These coefficients are operated in the system of differential equations, which describes the spindle axis spatial movement. This system is solved by Runge-Kutta method. Obtained trajectories and amplitude-frequency characteristics were then compared to experimental ones. The analysis shows good agreement between theoretical and experimental results, which confirms that the proposed model of air-bearing spindle is correctis correct
Single point diamond turning technique for optical crystals is studied in this paper. The main factors which are influential the machined surface quality are discovered and regularities of machining process are drawn. Optical crystals have found more and more important applications in the field of modern optics. Optical crystals are mostly brittle materials of poor machinability. The traditional machining method is polishing which has many shortcomings such as low production efficiency, poor ability to be automatically controlled and edge effect of the workpiece. The purpose of our research is to find the optimal machining conditions for ductile cutting of optical crystals and to apply the SPDT technique to the manufacturing of ultra precision optical components of brittle material(Ge). Many technical challenges are being tried for the large space infrared telescope, which is one of the major objectives of the National Strategic Technology Road Map (NSTRM).
In this paper, $Si_3N_4/hBN$ ceramics with various hexagonal boron nitride (hBN) contents (0, 10, 20, or 30 wt%) were fabricated via spark plasma sintering (SPS) at $1500^{\circ}C$, 50MPa, and 10m holding time. The material properties such as the relative density, hardness, and fracture toughness were systematically evaluated according to the hBN content in the $Si_3N_4/hBN$ ceramics. The results show that relative density, hardness, and fracture toughness continuously decreased as the hBN content increased. In addition, peak-step drilling (with tool diameter $500{\mu}m$) was performed to observe the effects of hBN content in micro-hole shape and cutting force. A machined hole diameter of $510{\mu}m$ (entrance) and stable cutting force were obtained at 30 wt% hBN content. Consequently, $Si_3N_4/30wt%$ hBN ceramic is a feasible material upon which to apply semi-conductor components, and this study is very meaningful for determining correlations between material properties and machining performance.
For depth machining in die and mold, Electrical Discharge Machining (EDM) is used generally. To make deep hole and deep shape efficiently, cemented carbide endmill for depth machining is necessary. For this purpose, cemented carbide endmill was designed using design of experiment (DOE). To improve cutting performance, endmill was coated with multilayer surface treatment, TiAlCrSiN and TiAlCrN, for higher wear resistance. In order to evaluate the endmill, Transverse Rupture Strength (TRS) test was tried for investigating the relationship between surface treatment and strength in endmill body. Scratch test was also used for measuring adhesion force of each surface treatment. To evaluate hardness of surface treatment, Atomic Force Microscope (AFM) analysis was carried out. Wear test was executed for characteristics of each surface treatment in high temperature. Consequently, TiAlCrSiN was superior to the TiAlCrN coating in case of high temperature environment such as cutting.
Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) and Titanium Alloy (Ti6Al4V) stack, extensively used in aerospace structural components are assembled by fasteners and the holes are made using drilling process. Drilling of stack in one shot is a complicated process due to dissimilarity in the material properties. It is vital to have optimal machining condition and tool geometry for better hole quality and tool life. In this study the tool wear and hole quality were analysed by experimental analysis using three modified twist drills and online tool condition monitoring using Acoustics Emission (AE) sensor. Helix angle and point angle influence tool performance and cutting force. It was found that a tool geometry (TG1) with high helix angle of $35^{\circ}$ with low point angle $130^{\circ}$ results in reduction in thrust force of 150-500 N range but the TG2 also perform almost similar to TG1, but when compared with the AErms voltage generated during drilling it was found that progressive rise in voltage in TG1 is less with respect to TG2 which can be attributed to tool life. In process wear monitoring was done using crest factor as monitoring index. AErms voltage were measured and correlated with the performance of the drills.
The side burrs and shape distortion resulting from the micromachining of an array of V-shape microgrooves in optical components were experimentally invesigated and a simplified model for their formation is proposed. Burr/shpae distortion should be kept to a minimum level since they degrade the characteristics and performance of these parts. The focus of this study is on the influence of depth of cut and workpiece material. The workpiece materials use were brass, bronze and copper. From the obsevation of the chip shape and burr/shape distortion, the proposed model, that the compressive force at the cutting edge causess the ductile uncut chip material to flow plastically outward toward the free surface to result in a burr, was verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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