Wear of coated and uncoated PCBN cutting tool used in turning and milling

This licentiate thesis has the main focus on evaluation of the wear of coated and uncoated polycrystalline cubic boron nitride cutting tool used in cutting operations against hardened steel. And to exam the surface finish and integrity of the work material used. Harder work material, higher cutting speed and cost reductions result in the development of harder and more wear resistance cutting tools. Although PCBN cutting tools have been used in over 30 years, little work have been done on PVD coated PCBN cutting tools. Therefore hard turning and hard milling experiments with PVD coated and uncoated cutting tools have been performed and evaluated. The coatings used in the present study are TiSiN and TiAlN. The wear scar and surface integrity have been examined with help of several different characterization techniques, for example scanning electron microscopy and Auger electron spectroscopy.   The results showed that the PCBN cutting tools used displayed crater wear, flank wear and edge micro chipping. While the influence of the coating on the crater and flank wear was very small and the coating showed a high tendency to spalling. Scratch testing of coated PCBN showed that, the TiAlN coating resulted in major adhesive fractures. This displays the importance of understanding the effect of different types of lapping/grinding processes in the pre-treatment of hard and super hard substrate materials and the amount and type of damage that they can create. For the cutting tools used in turning, patches of a adhered layer, mainly consisting of FexOy were shown at both the crater and flank. And for the cutting tools used in milling a tribofilm consisting of SixOy covered the crater. A combination of tribochemical reactions, adhesive wear and mild abrasive wear is believed to control the flank and crater wear of the PCBN cutting tools. On a microscopic scale the difference phases of the PCBN cutting tool used in turning showed different wear characteristics. The machined surface of the work material showed a smooth surface with a Ra-value in the range of 100-200 nm for the turned surface and 100-150 nm for the milled surface. With increasing crater and flank wear in combination with edge chipping the machined surface becomes rougher and showed a higher Ra-value. For the cutting tools used in milling the tendency to micro edge chipping was significant higher when milling the tools steels showing a higher hard phase content and a lower heat conductivity resulting in higher mechanical and thermal stresses at the cutting edge.

Koldiffusionens inverkan på utmattnings-hållfastheten hos varmvalsade sexkantsstänger;The influence of carbon diffusion on the fatigue strength of hot rolled hexagonal rods

Helstångsborr och konstång kallas bergborrverktyg, som tillverkas av sexkantiga stänger med inre hål för ledning av spolvatten. Dessa spolhål är klädda med ferritiskt rostfritt stål. Innan valsning borras ett centrerat hål i stålämnet som ska valsas. I det borrade hålet appliceras ett rör av ferritiskt rostfritt stål och i det röret skjuts en manganstålskärna in. Efter valsning dras kärnan ut och ett spolhål med invändigt foder av rostfritt stål bildas. Under uppvärmningen och valsningen av stålämnet sker normalt en koldiffusion från manganstålskärnan till det rostfria fodret. Fodrets syfte är att skydda spolhålets yta mot erosion och korrosion.Syftet med arbetet var att hitta en metod som garanterar uppkolning av det invändiga fodret, samt att utreda vad uppkolningen betyder för den mekaniska hållfastheten i stängerna. Ett laboratorieförsök visade att det var bra, med avseende på uppkolning, att blanda stearat i kärnbestrykningsmedlet. Kärnbestrykningsmedlet penslas på manganstålskärnan innan den förs in i stålämnet som ska valsas, dess syfte är att minska friktionen vid kärnutdragningen efter valsning.Ett försök utfördes i valsverket med stearat i kärnbestrykningsmedlet. En grundlig undersökning utfördes på två hetor som valsats med stearat-bestrykningsmedel, samt på en traditionellt tillverkad heta för att ha som referens. Hetorna kapades till provstänger om 1,5 m, totalt undersöktes 55 st.Utvärderingen av verksförsöket visade att stängernas kvalitet blir tillräckligt bra om ingenting oförutsett händer i produktionen, oavsett om koltillskott är tillsatt i bestrykningsmedlet eller inte. Arbetet gav inte en garanterande metod, men visade att stängerna normalt håller hög kvalitet.