Ceramic milling tools for brass micromachining

Micro-mechanical machining processes require performing cutting tools in terms of wear resistance, life-time and surface finishing quality obtained on the machined specimen. This project investigates three different oxide-based ceramic materials for the realization of micro-cutting tools. Leaded brass machining is considered with application in watchmaking industry. An understanding of the wear mechanisms generated between the tool and the specimen is a prerequisite for a proper choice of tool material. A pin-on-disk tribometer is used for determining the wear modes during sliding with and without the presence of a lubricant. A series of cutting tests are performed by using a 5-axis Kern EVO CNC machining center in order to reproduce in a simplified way a milling operation made in the watchmaking industry. A 3-axial piezoelectric dynamometer is employed to analyze the forces generated by the tools on the brass plate to estimate the future life-time of the tools. SEM-EDS analyses give a support to understand the wear mechanism. A selection of the best performing ceramic material is made.

Le lavorazioni micro-meccaniche per asportazione di truciolo richiedono utensili da taglio performanti in termini di resistenza all’usura, tempo di vita e qualità della finitura superficiale ottenuta sul componente lavorato. Questo progetto analizza le caratteristiche e le performance di tre ossidi ceramici utilizzati per la realizzazione di micro-frese. In particolare si considera la lavorazione di ottone al piombo, tipica applicazione presente nell’industria dell’orologeria. La comprensione dei meccanismi di usura che si instaurano tra l’utensile e il pezzo lavorato è un prerequisito fondamentale per la scelta del materiale con cui realizzare l’utensile. Viene effettuata una serie di test tribologici di pin-on-disk per determinare l’usura generata dal contatto tra i due materiali sia a secco sia in condizioni lubrificate. Per riprodurre un’operazione di fresatura semplificata eseguita nell’orologeria, una serie di test di taglio vengono effettuati con una macchina a controllo numerico a 5 assi Kern EVO. Durante il processo di fresatura le forze generate dal microutensile sull’ottone vengono misurate mediante un dinamometro piezoelettrico triassiale. Per comprendere il meccanismo di usura vengono eseguire analisi microstrutturali e composizionali tramite SEM-EDS. Infine viene selezionato il materiale ceramico più performante tra quelli proposti.