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Erschienen in: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 7-8/2024

10.01.2024 | ORIGINAL ARTICLE

Study on the surface formation mechanism and theoretical model of brittle surface roughness in turning machinable ceramics

verfasst von: Jing Jia, Lianjie Ma, Yang Sun, Dezhen Li, Wenzhi Liu, Zhibin Han, Ming Li

Erschienen in: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology | Ausgabe 7-8/2024

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Abstract

Machinable ceramics are typical brittle materials, and their surface formation mechanism during machining has not been well revealed. Currently, there are few theoretical models of surface roughness for turning brittle materials. Through experiments with turning machinable ceramics, the surface formation mechanism of brittle materials is investigated from macro and micro perspectives. The combined action of tool and workpiece interference, elastic recovery, and crushing craters creates the machined surface of brittle materials. The initial surface angle and length, the deflection surface angle and length, and the extension length of the upward-extending surface were calculated based on the biaxial stress analytical method, the fracture criterion of the stress intensity factor, and the energy conservation principle. By quantitatively describing the cross-sectional shape of crushing craters, a brittle surface roughness model is established with the combination of actual cutting layer parameters, tool angle, material properties, tool-workpiece interference relationship, and elastic recovery. The experimental validation results show that the brittleness model is more accurate and consistent in trend compared to the traditional geometric model and the theoretical model of crushing with simplified crushing crater shapes. The new model can be utilized as a basis for the theoretical prediction of surface roughness in the cutting of brittle materials.

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Literatur
8.
Zurück zum Zitat Kuntoğlu M, Aslan A, Pimenov DY, Giasin K, Mikolajczyk T, Sharma S (2020) Modeling of cutting parameters and tool geometry for multi-criteria optimization of surface roughness and vibration via response surface methodology in turning of aisi 5140 steel. Materials (Basel) 13:4242. https://doi.org/10.3390/ma13194242CrossRef Kuntoğlu M, Aslan A, Pimenov DY, Giasin K, Mikolajczyk T, Sharma S (2020) Modeling of cutting parameters and tool geometry for multi-criteria optimization of surface roughness and vibration via response surface methodology in turning of aisi 5140 steel. Materials (Basel) 13:4242. https://​doi.​org/​10.​3390/​ma13194242CrossRef
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Zurück zum Zitat Rafighi M, Özdemir M, Şahinoğlu A, Kumar R, Das SR (2022) Experimental assessment and topsis optimization of cutting force, surface roughness, and sound intensity in hard turning of aisi 52100 steel. Surf Rev Lett 29(11):2250150. https://doi.org/10.1142/S0218625X22501505 Rafighi M, Özdemir M, Şahinoğlu A, Kumar R, Das SR (2022) Experimental assessment and topsis optimization of cutting force, surface roughness, and sound intensity in hard turning of aisi 52100 steel. Surf Rev Lett 29(11):2250150. https://​doi.​org/​10.​1142/​S0218625X2250150​5
24.
27.
Metadaten
Titel
Study on the surface formation mechanism and theoretical model of brittle surface roughness in turning machinable ceramics
verfasst von
Jing Jia
Lianjie Ma
Yang Sun
Dezhen Li
Wenzhi Liu
Zhibin Han
Ming Li
Publikationsdatum
10.01.2024
Verlag
Springer London
Erschienen in
The International Journal of Advanced Manufacturing Technology / Ausgabe 7-8/2024
Print ISSN: 0268-3768
Elektronische ISSN: 1433-3015
DOI
https://doi.org/10.1007/s00170-023-12895-9

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