Wear characterization of diamond coated tools for direct drilling of cemented hard metals

Sintered tungsten cemented carbides produced by powder metallurgy have impressive mechanical properties such as wear resistance, toughness, hardness, corrosion resistance. All these properties make it the hardest material to be machined by chip removal processes. Nowadays, Electro Discharge Machining (EDM) is the available technology and grinding or polishing are considered for finishing processes. Now diamond coated tools are available with a chemical vapor deposition (CVD) technology. This thesis investigates the drilling processes of high aspect ratio holes in sintered tungsten cemented carbides of different grades with these new CVD coated tools. Wear mechanisms of the tools is post-processed with on-line monitoring with cutting force and torque and with a off-line method acquiring pictures. Cutting tests are performed on an ultra-precise machine center. Ductile cutting mechanism is found. Tools have a high cutting variability and are able to perform accurate holes with high and variable productivity. The surface quality is comparable with EDM in term of roughness and tolerances, with better productivity. A repetitive trend on the thrust force is found acquiring forces that can be a suggestion for a wear monitoring. This trend on the thrust force can suggest the development of an on-line monitoring system for industrial applications.

I carburi di tungsteno sinterizzati prodotti dalla metallurgia delle polveri hanno proprietà meccaniche notevoli come resistenza all’usura, tenacità, durezza, resistenza alla corrosione. Tutte queste lo rendono il materiale più complesso da lavorare con i processi d’asportazione truciolo. Oggi l’elettroerosione (EDM) è la tecnologia utilizzata e rettifica o lucidatura sono considerate per i processi di finitura. Da poco sono disponibili utensili rivestiti in diamante con tecnologia "chemical vapor deposition" (CVD). Questa tesi analizza i processi di foratura ad alto rapporto di aspetto in carburi cementati in tungsteno sinterizzato di diversi gradi con questi nuovi strumenti rivestiti CVD. I meccanismi di usura degli utensili sono post-elaborati con monitoraggio on-line con forza di taglio e coppia e con metodi off-line acquisendo immagini. Le prove di taglio vengono eseguite su un centro macchina ultra preciso. È stato definito un meccanismo di taglio duttile. Gli utensili hanno un’elevata variabilità e sono in grado di eseguire fori accurati con produttività elevata e variabile. La qualità della superficie è paragonabile all’EDM in termini di rugosità e tolleranze, ma con una maggiore produttività. Una tendenza ripetitiva sulla forza d’avanzamento è stata osservata acquisendo forze che possono essere un suggerimento per un monitoraggio dell’usura. Questa tendenza alla forza d’avanzamento può suggerire lo sviluppo di un sistema di monitoraggio on-line per applicazioni industriali.