Analysis of Surface Integrity and Cutting Properties of Nano Structural Materials  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
62762
Type K
Principal investigator Mészáros, Imre
Title in Hungarian Nanoszerkezetű anyagok forgácsolási tulajdonságainak és felület integritásának vizsgálata
Title in English Analysis of Surface Integrity and Cutting Properties of Nano Structural Materials
Keywords in Hungarian Mikroforgácsolás, nagypontosságú forgácsolás, felület érdesség, maradó feszültségek, felkeményedés
Keywords in English Micro cutting, high precision finish turning, roughness, remain stress, hardening
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Manufacturing Science and Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Nyiro, József
Szalay, Tibor
Takács, Márton
Verő, Balázs
Starting date 2006-06-01
Closing date 2009-07-31
Funding (in million HUF) 9.750
FTE (full time equivalent) 2.02
state closed project
Summary in Hungarian
A kristályos szerkezetű anyagok mikro-forgácsolási kísérleteinek eredményeiből arra a következtetésre jutottunk, hogy a kristályméret csökkenésével, javulnak a forgácsolt felület felületintegritási tulajdonságai. Számítógépes modellkísérletekkel sikerült bizonyítani a következtetés helyességét. A szemcseméret csökkenésével párhuzamosan javulnak az anyag mechanikai tulajdonságai, a folyáshatár nő, az átmeneti hőmérséklet csökken. Mindezek azt kívánják, hogy tovább folytassuk a megkezdett mikro-forgácsolási kutatást, a nano-szerkezetű anyagok forgácsolásának irányába. A mikroforgácsolás terén szerzett tapasztalatokat szeretnénk a nano-szerkezetű anyagok mikroforgácsolására átültetni. Az 1 mikrométernél kisebb szemcseméretű anyag izotrópként kezelendő. Polikristályos szerkezetű marad, de az anizotrop tulajdonságok háttérbe szorulnak. A magasabb folyáshatár miatt a forgácsleválasztás nehezebb lesz, ugyanakkor a szuperfinom szemcseszerkezet miatt a várható felületi érdesség csökken. A mikroméretű szerszámok mechanikai terhelhetősége alacsony, ezért a forgácsleválasztási folyamat olyan paraméterei is előtérbe kerülnek, amelyeket makro-forgácsoláskor elhanyagoltunk.
Summary
From the results of the microcutting experiments of the crystalline materials we concluded that the properties of surface integrity of the cut surface improve with reduction of the crystal-size. We succeeded to certify the correctness of conclusion with experiments of computer modeling. The mechanical properties of material improve parallel with reduction of the grain-size, the yield point increases, the transient temperature decreases. All these require that we should keep on going further with the started experiments in microcutting in the direction of cutting of nano-crystalline materials. We would like to transpose the realized experiences in microcutting on the nano-crystalline materials. A material of a grain-size smaller than 1 micrometer, has to be treated as an isotope. Its structure remains polycrystalline, but its anisotropic properties remain behind in the background. Because of the higher yield point the chip-removal will be more difficult, whereas the prospective surface roughness decreases because the superfine grain-structure. The micro-size tools have low the mechanical load ability, hence the chip-removal process comes to the front so parameters too, which we could neglect at the macro-cutting.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A kutató munka során azt vizsgáltuk meg, hogy az anyag szemcseméretének finomításával hogyan változik a forgácsolt felület topográfiája. Forgácsolási kísérleteinkhez ultrafinom- és szubmikronos szemcseméretű (5000-100 nm) próbatesteket állítottunk elő intenzív képlékeny-alakítással, valamint ezt kiegészítő hőkezelési eljárással. Kísérleti anyagként OFHC (oxygen free high conductivity) réz és 0,1%C-Mn acél szolgáltak. Az acél próbatesteket polikristályos CBN szerszámmal forgácsoltuk. A kiinduló szemcseméretű és szubmikronos próbatestek forgácsolt felületi érdessége között nem tapasztaltunk szignifikáns eltérést. Részletes vizsgálattal kimutattuk, hogy polikristályos éllel forgácsolva, a felület érdességét az él érdessége, valamint a geometriai- kinematikai viszonyok határozzák meg. Gyémánt egykristály éllel történő forgácsoláskor a felület topográfiai kialakulásában a szubmikronos szemcseméret esetén az anyag anizotróp tulajdonságait elhanyagolhatjuk. A felület egyenetlensége az elméleti kinematikai-geometriai viszonyokból számítható. A forgácsolás végeselemes modelljében az anyag szemcseszerkezetét kvázi amorf szerkezetnek tételezhetjük fel.
Results in English
During the research work the effect of grain refinement of workpiece material on machined surface topography was investigated in detail. Test pieces of ultra fine and submicron grained microstructure (5000-100 nm) were prepared by severe plastic deformation and additional heat treatment process. OFHC (oxygen free high conductivity) and 0,1%C-Mn steel were chosen as testing materials. Steel specimens were machined by polycrystalline CBN tool. No significant difference was experienced between the surface roughness of the specimens of initial grain size and of submicron grain size. It was particularly demonstrated that surface roughness developed after machining by polycrystalline cutting edge is influenced by the cutting edge roughness, and by the geometric and kinematic conditions. It can be stated that in the range of submicron grain size the anisotropic properties of workpiece material can be ignored in formation of surface topography, if monocrystalline diamond tool is used. The value of surface roughness can be calculated from the geometric and kinematic conditions. Material grain structure was considered as to be in quasi amorphous state in the finite element model of machining.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=62762
Decision
Yes





 

List of publications

 
M. Takács, B. Verő: Actual Feed Rate er Tooth at Micro Milling, Materials Science Forum (Switzerland), Vols. 537-538 (2007) Trans Tech Publications Ltd., pp. 695-700, 2007
M. Takács, I. Mészáros, B. Verő, Gy. Krállics, J. Dobránszky, T. Törköly: Machining of Ultra Fine Grained Materials, VI. Országos Anyagtudományi Konferencia, Siófok, 2007. október 14-16. CD kiadványa, 2007
Nyirő J.: Mikroforgács leválasztás egykristályos gyémánt szerszámmal, Műszaki Szemle, Különszám (2009), ISSN 1454-0746, OGÉT 2009, XVII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, 2009
M. Takács, B. Verő, I. Mészáros: Decreasing of Grain Size by Thermo-Mechanical Processes for a Better Result at Chip Removal, Processdings of 16th International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering (IFHTSE) Congress – Thermal Processing and Surface Engineering, 30th October – 1s, 2007
M. Takács: Potentials of Micro Machining on Ultraprecision Machines, Proceedings of International GTE Conference, MANUFACTURING 2008, 6-7 November, 2008, Budapest, Hungary, pp. 74-80, 2008
Takács M.: Mikroméretű struktúrák előállítása marás és szikraforgácsolás útján, Műszaki Szemle, Különszám (2009), ISSN 1454-0746, OGÉT 2009, XVII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, pp. 380-383, 2009
Takács M., Farkas B. Zs.: Lyukfúrási stratégiák mikroméretű szikraforgácsolás esetén, Műszaki Szemle, Különszám (2009), ISSN 1454-0746, OGÉT 2009, XVII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, pp. 376-379, 2009
J. Nyirő, Gy. Krállics, M. Horváth: Forming and machining of the nanocrystalline alloys, 4M2006 2nd International Conference, in Grenoble, Sept 20-22, 2006 Hardbound, 448 pages, publication date: SEP-2006 ISBN-13: 978-0-08-045263-0, ISBN-10: 0-08-045263-9, 2006
M. Takács: Effect of Cabide End Mill on the Quality of Micro Milled Structures, CD Proceedings of the VI. Hungarian Materials Science Conference, 14-16 October, 2007, Siófok, 2007
Nyirő J , Mészáros I, Farkas B.: Ultraprecíziós és mikro-megmunkálás a BME Gyártástudomány és technológia Tanszékén, Műszaki Szemle, Különszám (2009), ISSN 1454-0746, OGÉT 2009, XVII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, 2009
I. Mészáros, Z. Stankóczi: Manufacturing mirror-like surfaces using ultra precision turning, Gyártás 2008 Konferencia, Budapest, 2008. November 6-7., 2008
D. Bachrathy, B. Zs. Farkas, I. Mészáros: Dynamical problems regarding high precision hard cutting, Gyártás 2008 Konferencia, Budapest, 2008. November 6-7., 2008
Gy. Mátyási, T. Szalai: Up.-, Micro-nano-manufacturing projects (Demonstration), Gyártás 2008 Konferencia, Budapest, 2008. November 6-7., 2008
D. Bachrathy, I. Mészáros: Dynamical problems regarding high precision hard cutting, Lamdamap 9th , International Conference, 29.06-02.07. 2009. Brunel University, West London, UK, 2009
Farkas B. Zs.: Nagypontosságú keményesztergálás forgácsleválasztási folyamatának optimálása, Műszaki Szemle, Különszám (2009), ISSN 1454-0746, OGÉT 2009, XVII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, 2009
F. Székely: Design of Microgrippers, which can be Actuated by Several Actuator Types, and Location of Gripper Jaws, Gépészet 2006 Konferencia, Budapest, 2006
F. Székely, T. Szalay: Design procedure of planar compliant microgrippers with flexural joints, International Conference on Multi-Material Micro Manufacture (4M), Sept. 2006, Grenoble, France pp. 247-250 (ISBN 978-0-08-045263-0), 2006
6. Haidegger, G., Szalay, T., Biro, Zs., Kovacs, Gy.: Mapping of Hungarian R&D in the field of nano-and micromanufacturing technology, in respect of the European IPMMAN and MINAM activites within the EU 6th and 7th Framework Programs, International Workshop on Micro and Nano-Production Technologies and Systems, Proceedings, Russian Academy of Sceinces, Institute for Problems in Mecanics, 17-18 October,, 2007
8. Wögerer, C.; Dickerhoff, M.; Haidegger, Géza; Szalay, T.: Technology platform MINAM - an instrument for micro-and nanomanufacturing in Europe, Manufacturing 2008. Biannual 19th international conference. Preprints. Budapest, 2008. pp.: 44-53, 2008
I. Mészáros, M. Takács: Surface Integrity of High Precision Machining, ITC-2007, Miskolc, 2007.09.6.-8., 2007
Bachrathy D., Mészáros I.: Nagypontosságú kemény esztergálás dinamikai vizsgálata megszakított felületek esetén, Gépgyártás (közlésre elfogadva, 2009




Back »