On the Machinability of Ductile and Strain Hardening Materials - Models and Methods for Analyzing Machinability
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Allteftersom kraven på kvalité och prestanda hos dagens produkter ökar används alltmer avancerade material som en del av modern produktion. Problemet som uppstår är dock att dessa material ställer nya krav på tillverkningsprocessen och då inte minst vid skärande bearbetning. Trots att en betydande mängd forskning redan har publicerats vad gäller skärande bearbetning av dessa material saknas fortfarande genomgripande kunskap inom flera viktiga delområden. Ett problem med forskning inom skärande bearbetning är att den ofta förlitar sig i huvudsak på kvantitativ data, primärt erhållen genom experimentella försök. Detta gör att de erhållna resultaten kan vara svåra att generalisera till andra bearbetningsfall. I denna avhandling har en ansats gjorts att tolka de erhållna resultaten med hjälp av fundamentala fysikaliska principer. Även om detta potentiellt resulterar i ett större modellfel så ser författaren stora fördelar med att kunna ge en fysikalisk tolkning av de erhållna resultaten.
Målet med denna avhandling har varit att öka kunskapen om, samt i viss utsträckning även förutsäga skärbarheten hos några vanligt förekommande duktila och deformationshårdnande material. Forskningen har primärt fokuserat på studier av skärbarheten hos duplexa rostfria stål, Ti6Al4V samt Alloy 718. Inflytandet från stagnationspunkten vid skärande bearbetning samt det närbesläktade fenomenet med en minsta teoretisk spåntjocklek har varit av central betydelse för denna forskning. Denna faktor påverkar alla bearbetningsprocesser och har en betydande inverkan på skärbarheten, inte minst för duktila och deformationshårdnande material. Som en del av denna forskning upptäcktes att den minsta teoretiska spåntjockleken har ett signifikant och i viss utsträckning förutsägbart inflytande på den bearbetade ytans topografi för samtliga undersökta material. Det visade sig även att storleken hos den minsta teoretiska spåntjockleken är relaterad till flera olika processparametrar så som använd skärdata samt även arbetsmaterialet duktilitet och deformationshårdnande. Det konstaterades även att skärverktygets ytfinhet har en mätbar inverkan på bearbetningsprocessen.
Som ett led av denna forskning iakttogs hur svårt det är att förutsäga skärverktygens livslängd vid bearbetning av dessa material primärt på grund av deras höga hållfasthet även vid förhöjd temperatur, adhesiva uppträdande under skärprocessen samt även deras förhållandevis låga termiska konduktivitet. Således är deformation och annan nedbrytning av skärverktyget alltid ett potentiellt problem vid bearbetning av dessa material. Genom att använda den presenterade metoden för att bestämma den potentiella skärbarheten hos ett givet arbetsmaterial kan denna problematik potentiellt reduceras genom användning av rimliga processparametrar redan under initieringen av produktionen.
Även praktiska metoder för att förbättra bearbetningsprocessen i form av till exempel lägre detaljkostnad eller ökad hållbarhet från ett miljö- och samhällsperspektiv har presenterats som del av denna forskning. Trotts att de föreslagna metoderna enbart förbättrar en liten del av produktionsprocessen bör de inte försummas då alla delar av en tillverkningsprocess måste optimeras för att erhålla en reellt hållbar och kostnadseffektiv produktionsprocess.
Allteftersom kraven på kvalité och prestanda hos dagens produkter ökar används alltmer avancerade material som en del av modern produktion. Problemet som uppstår är dock att dessa material ställer nya krav på tillverkningsprocessen och då inte minst vid skärande bearbetning. Trots att en betydande mängd forskning redan har publicerats vad gäller skärande bearbetning av dessa material saknas fortfarande genomgripande kunskap inom flera viktiga delområden. Ett problem med forskning inom skärande bearbetning är att den ofta förlitar sig i huvudsak på kvantitativ data, primärt erhållen genom experimentella försök. Detta gör att de erhållna resultaten kan vara svåra att generalisera till andra bearbetningsfall. I denna avhandling har en ansats gjorts att tolka de erhållna resultaten med hjälp av fundamentala fysikaliska principer. Även om detta potentiellt resulterar i ett större modellfel så ser författaren stora fördelar med att kunna ge en fysikalisk tolkning av de erhållna resultaten.
Målet med denna avhandling har varit att öka kunskapen om, samt i viss utsträckning även förutsäga skärbarheten hos några vanligt förekommande duktila och deformationshårdnande material. Forskningen har primärt fokuserat på studier av skärbarheten hos duplexa rostfria stål, Ti6Al4V samt Alloy 718. Inflytandet från stagnationspunkten vid skärande bearbetning samt det närbesläktade fenomenet med en minsta teoretisk spåntjocklek har varit av central betydelse för denna forskning. Denna faktor påverkar alla bearbetningsprocesser och har en betydande inverkan på skärbarheten, inte minst för duktila och deformationshårdnande material. Som en del av denna forskning upptäcktes att den minsta teoretiska spåntjockleken har ett signifikant och i viss utsträckning förutsägbart inflytande på den bearbetade ytans topografi för samtliga undersökta material. Det visade sig även att storleken hos den minsta teoretiska spåntjockleken är relaterad till flera olika processparametrar så som använd skärdata samt även arbetsmaterialet duktilitet och deformationshårdnande. Det konstaterades även att skärverktygets ytfinhet har en mätbar inverkan på bearbetningsprocessen.
Som ett led av denna forskning iakttogs hur svårt det är att förutsäga skärverktygens livslängd vid bearbetning av dessa material primärt på grund av deras höga hållfasthet även vid förhöjd temperatur, adhesiva uppträdande under skärprocessen samt även deras förhållandevis låga termiska konduktivitet. Således är deformation och annan nedbrytning av skärverktyget alltid ett potentiellt problem vid bearbetning av dessa material. Genom att använda den presenterade metoden för att bestämma den potentiella skärbarheten hos ett givet arbetsmaterial kan denna problematik potentiellt reduceras genom användning av rimliga processparametrar redan under initieringen av produktionen.
Även praktiska metoder för att förbättra bearbetningsprocessen i form av till exempel lägre detaljkostnad eller ökad hållbarhet från ett miljö- och samhällsperspektiv har presenterats som del av denna forskning. Trotts att de föreslagna metoderna enbart förbättrar en liten del av produktionsprocessen bör de inte försummas då alla delar av en tillverkningsprocess måste optimeras för att erhålla en reellt hållbar och kostnadseffektiv produktionsprocess.
Publiceringsår
2013
Språk
Engelska
Fulltext
- Available as PDF - 16 MB
- Download statistics
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Division of Production and Materials Engineering
Ämne
- Materials Engineering
Nyckelord
- Alloy 718
- Ti6Al4V
- Duplex stainless steel
- Machinability
- Minimum chip thickness
- Contact condition
- Surface topography
- Tool wear
- Part cost
- Sustainable machining
- Polar diagram.
Status
Published
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7473-729-5
Försvarsdatum
20 december 2013
Försvarstid
10:00
Försvarsplats
Lecture hall M:B, M-building, Ole Römers väg 1, Lund University Faculty of Engineering
Opponent
- Tomas Beno (Dr.)