BACKGROUND: Every metal machining operation has difficulties associated with heat localized in the cutting area, leading to various problems such as tool wear, increased roughness, etc. Today, it is important to look for environmentally friendly and cost-effective solutions by technologies that reduce or eliminate the use of cooling lubricants. Surface texturing has proven to be a promising method for improving the tribological properties of the tool face. Microtextures can have various geometry and shape and are usually created either on the approach surface or the face of the cutting tool. Texture quality largely depends on the processes. The basic methods for improving tribological properties are chip capturing, contact length reduction, and improved lubricity, which ultimately helps to reduce cutting force, tool wear, and roughness of the workpiece. It is known that, in drilling, the cutting action occurs inside the hole, and it is always difficult to minimize the effect of friction at the interface of the tool and the workpiece as cutting fluids can hardly enter the processing area due to the upward movement of the chips sliding along the groove surface. This problem can be solved by functionalizing the drilling tool surface using microtextures.
AIM: In this paper, a drilling tool with microtextures on the groove and edge created by laser machining is used to reduce sliding friction.
METHODS: We assessed the influence of geometry (radius, height, and location) of microtextures on wear during sliding friction by laboratory and field tests.
CONCLUSIONS: The textured tool was found to be more effective than the non-textured one. The study showed that the main methods allowing to improve the performance of drilling tools with microtextured surfaces are the contact length reduction, the wear debris capturing, and lubrication micro-layering in the cutting mode. The study will be useful for further development of this subject.
Обоснование. Каждая операция механической обработки металлов сталкивается с трудностями, связанными с локализацией тепла в зоне резания и приводящими к различным проблемам, таким как износ инструмента, увеличение шероховатости поверхности и др. На сегодняшний день актуально искать экологически значимые и экономически выгодные решения, применяя технологии, позволяющие сократить или исключить использование смазочно-охлаждающих материалов. Текстурирование поверхности оказалось одним из многообещающих методов, позволяющих улучшить трибологические свойства рабочей поверхности инструментов. Микротекстуры могут иметь различные геометрические параметры и форму и, как правило, создаются либо на боковой поверхности, либо на передней поверхности режущего инструмента. Качество текстуры во многом зависит от используемых производственных процессов. Основными механизмами улучшения трибологических свойств являются улавливание стружки, сокращение длины контакта и улучшение смазывающей способности, что в конечном итоге помогает снизить силу резания, уменьшить износ инструмента и шероховатость поверхности обрабатываемого материала. Известно, что при сверлении режущее действие происходит внутри отверстия, минимизация эффекта трения на контактных границах инструмента и заготовки всегда является сложной задачей, поскольку доступность смазочно-охлаждающих жидкостей в зоне обработки затруднена восходящим движением стружки, скользящей по поверхности канавки. Эту проблему можно решить путем функционализации поверхностей сверлильного инструмента с помощью микротекстур.
Цель работы. В настоящей работе для снижения трения скольжения используется сверлильный инструмент с микротекстурами на стороне канавки и кромки, полученными с применением лазерной обработки.
Методы. Оценка влияния геометрических параметров (радиус, глубина, расположение) микротекстур на износ при трении скольжения проводилась на основе лабораторных и натурных испытаний.
Выводы. Было обнаружено, что текстурированный инструмент более эффективен, чем нетекстурированный. Установлено, что основными механизмами, отвечающими за улучшение эксплуатационных характеристик сверлильных инструментов с микротекстурированными рабочими поверхностями, являются сокращение длины контакта, захват продуктов износа и образование эффекта микрослоя смазки в режиме резания. Результаты исследования будут полезны для дальнейшего развития данной темы.