Foratura di carburo di tungsteno sinterizzato mediante utensili rivestiti in diamante CVD

The cemented carbides, commonly known under the generic name of hard metals, are among the materials with the most extreme mechanical properties of hardness and wear resistance. In particular tungsten carbide is the more widespread hard metal, and also the most difficult to work from chip removal. For these reasons the industrial state of the art considers to process tungsten carbide by means of non-contact technologies like electric-discharge machining (EDM), and chip removal is adopted mainly to ensure a better finish surface (grinding with diamond wheels). To prototype components would be ideal to find a tool able to work directly hard metal, and for this reason, among the various technologies possible, the tools with high abrasive diamond coatings resistance could eventually replace the EDM. A new CVD coating technology has been recently developed, which shows the potential to work tungsten carbide from bulk material, ensuring rapidity of execution and excellent surface finish. Drilling is an important test bench for chip removal on tungsten carbide. In this thesis the behavior of tools coated with the aforementioned CVD technology is investigated, during the drilling of a general grade of tungsten carbide, aiming to extract useful data for the following wear behavior modelling. Throughout drilling tests, forces and torque signals have been acquired, and images of the tool wear were taken, aiming to monitor their condition. In addition, the quality on the drilled specimen drilled during the first test has been investigated, focusing on its dependency from tool wear condition.

I carburi sinterizzati, noti con la generica denominazione di metalli duri, rientrano tra i materiali con migliori proprietà meccaniche di durezza e resistenza all’usura. In particolare il carburo di tungsteno è il metallo duro più diffuso e il più difficile da lavorare per asportazione di truciolo. Per queste ragioni lo stato dell’arte industriale ne prevede la lavorazione mediante tecnologie non a contatto come l’elettroerosione (EDM), mentre l’asportazione di truciolo viene adottata principalmente per garantire una migliore finitura superficiale (rettifica e molatura con utensili diamantati). Per la prototipazione rapida di componenti occorre ancora trovare degli utensili capaci di lavorare il metallo duro dal pieno. È stata recentemente sviluppata una tecnologia di rivestimento CVD (Chemical Vapor Deposition) che, applicata a utensili integrali in metallo duro (frese e punte elicoidali per la foratura), mostra il potenziale per l’esecuzione di pezzi in metallo duro sinterizzato a partire dal pieno, essendo capace di garantire rapidità d’esecuzione e ottima finitura superficiale. In particolare la foratura risulta un banco di prova molto importante per l’asportazione di truciolo su carburo di tungsteno. In questa tesi viene sviluppato un metodo per indagare il comportamento di utensili rivestiti in diamante CVD, nella foratura di un grado generico in metallo duro, al fine di estrarre dati utili alla successiva modellazione del fenomeno di usura. Nel corso dei test di foratura sono stati acquisiti i segnali di forza e coppia nella lavorazione e le immagini degli utensili usurati al fine di monitorarne la condizione. Inoltre, a margine dei test eseguiti, è stata rilevata la qualità sul provino forato, evidenziandone la dipendenza dallo stato di usura dell’utensile.