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Coated tools wear prediction in milling explained by the strain rate affected film fatigue failure

Verschleißvorhersage beim Fräsen mit beschichteten Werkzeugen basiert auf das durch die Dehnungsgeschwindigkeit hervorgerufene Schichtermüdungsversagen
 
: Bouzakis, K.-D.; Paraskevopoulou, R.; Makrimallakis, S.; Katirtzoglou, G.; Bouzakis, E.; Efstathiou, K.

:

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 44 (2013), No.8, pp.691-696
ISSN: 0933-5137
English
Journal Article
Fraunhofer IPT ()

Abstract
The knowledge of coated tool wear mechanisms in milling is central for explaining the film failure and selecting the appropriate cutting strategy and conditions. The described tool wear investigations in up and down milling were carried out at various cutting conditions, by coated cemented carbide inserts fixed on tool holders of different diameters. The variable stress, strain and strain rate fields developed in the tool during cutting affect the film-substrate deformation and in this way the resulting coating's loads and its fatigue failure. The effective tool life, up to a certain flank wear width was experimentally determined and correlated to the cutting edge entry impact duration (CEEID) into the workpiece material. Using a commercial CAD/CAM system, the geometry of the chip and of the contact between the cutting edge and workpiece was calculated in various milling cases and the corresponding tool wear evolution predicted. The latter converges with cutting edge en try impact duration and with the associated film fatigue critical force, affected by the coating strain rate.

 

Die Kenntnis der Verschleißmechanismen beschichteter Werkzeuge beim Fräsen spielt bei der Erklärung des Schichtversagens sowie bei der Auswahl einer geeigneten Frässtrategie und der entsprechenden Schnittparameter eine entscheidende Rolle. Bei den durgeführten Untersuchungen wurden beschichtete Wendeschneidplatten an Fräsköpfen mit verschiedenen Durchmessern im Gleich- sowie im Gegenlauf bei variierten Schnittparametern eingesetzt. Die an der Werkzeugschneide während des Fräsvorgangs entwickelten Spannungs-, Dehnungs- und Dehnungsgeschwindigkeitsfelder beeinflussen die Verformung des beschichteten Werkzeugs und bestimmen die Belastungen an der Schicht, die ein Ermüdungsversagen auslösen können. Die Standzeit bis zu einer bestimmten Verschleißmarkenbreite wurde experimentell ermittelt und mit der Impulsdauer des Schneideneintritts (CEEID) in das Werkstück verglichen. Mit Hilfe von einem kommerziellen CAD/CAM-Programm wurden die Span- sowie die Kontaktgeometrie zwischen der Scheide und dem Werkstück berechnet und dadurch die Verschleißentwicklung bei unterschiedlichen Fräsbeispielen vorausgesagt. Dabei zeigte die Verschleißentwicklung eine gute Korrelation mit der Impulsdauer des Schneideneintritts sowie mit der entsprechenden kritischen Belastung, die von der Dehnungsgeschwindigkeit beeinflusst wird.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-264540.html