Experimental Analysis of the Friction Behaviour in Cutting

Abstract

The friction between tool and workpiece can majorly affect the chip formation in metal cutting processes. The term friction is used to describe various mechanisms like adhesion, deformation of the roughness peaks and to a lesser extent micro ploughing [Som14]. They are differently affected by the relative speed, the temperature and the structure of the tribological partner’s surfaces. To gain a deeper insight of the entire cutting process, the knowledge of these interrelations is essential. Within the framework of the present investigations two different experiments for the examination of the friction contact between the heattreated steel AISI1045 and a fine grained cemented carbide were conducted. Firstly, an orthogonal cutting experiment with a rake angle of γ = 0° were performed on a special chip formation analysis machine. In the second experiment the friction contact without cutting is investigated. The experimental setup used enables the measurement of the friction stress and the normal stress. Both experiments are carried out with differently prepared tool surfaces to examine the influence of the surface topography and roughness on the friction behavior. The surface properties show a distinct influence on the mechanical load.

Abstract

Die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück kann die Spanbildung bei der spanhebenden Bearbeitung metallischer Werkstoffe beeinflussen. Der Begriff Reibung umfasst verschiedene Mechanismen wie Adhäsion, Deformation der Rauheitsspitzen und in geringem Umfang Mikropflügen. Abhängig von der Relativgeschwindigkeit, der Temperatur und der Struktur der Oberflächen der Reibpartner treten sie in unterschiedlicher Intensität auf. Um ein tieferes Verständnis des Zerspanungsprozess zu gewinnen, ist die Kenntnis dieser Zusammenhänge unerlässlich. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurden zwei verschiedene Experimente zur Untersuchung des Reibkontaktes zwischen dem vergüteten Stahl AISI1045 und einem feinkÖrnigen Hartmetall durchgeführt. Zunächst kamen Werkzeuge mit einem Spanwinkel von γ = 0° bei orthogonalen Schneidversuchen auf einer speziellen Spanbildungsmaschine zum Einsatz. Im zweiten Experiment wurde der Reibungskontakt ohne Spanbildung untersucht. Der verwendete Versuchsaufbau ermöglicht die Messung der Reibungsspannung sowie der Normalspannung. Beide Experimente werden mit unterschiedlich vorbereiteten Werkzeugoberflächen durchgeführt, um den Einfluss der Oberflächentopographie und der Rauheit auf das Reibungsverhalten zu untersuchen. Die Oberflächeneigenschaften zeigen einen deutlichen Einfluss auf die mechanische Belastung.