DETERMINING THE DIMENSIONS OF DISCRETE COATING SECTIONS FOR TOOLS USED IN POLYMER COMPOSITE MACHINING
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.2.1.13Keywords:
protective coatings, coating strength, cutting tools, polymer composites, residual stresses, cohesive cracking, crackAbstract
Improving the wear resistance of cutting tool working surfaces is a key factor in ensuring their long service life during the machining of complex materials, particularly polymer composite materials (PCMs). One promising direction is the development of discrete coatings with a special microstructure, which not only provide high hardness and wear resistance but also ensure optimal distribution of the stress–strain state (SSS) in the subsurface layers of the tool. To date, no studies have been conducted on the use of discrete globular-structure coatings applied by electro-spark alloying to high-speed steel cutting tools for machining polymer composites. This type of surface architecture has the potential to reduce residual stresses, prevent cohesive cracking of the coating, and mitigate the formation of cracks that shorten tool life.Under high dynamic loads during polymer composite machining, the use of continuous protective coatings is questionable due to their susceptibility to cracking caused by thermal fluctuations and localized deformations. In contrast, discrete coatings allow for more uniform stress distribution, localization of damage in specific areas, and prevention of its propagation across the entire surface. It is important to note that the geometry and dimensions of individual discrete coating elements have a decisive influence on the formation of residual stresses, the nature of contact with the workpiece material, and the overall cutting efficiency.This article emphasizes the need to develop a scientifically based approach to determine the optimal sizes and shapes of discrete protective coating elements, taking into account strength requirements, durability, and the feasibility of the coating process. Such an approach should consider the influence of coating parameters on the SSS, considering the specific working conditions of tools used for PCMs, which are characterized by high abrasiveness, low thermal conductivity, and a tendency to adhere to the cutting edge.Conducting the appropriate research will help formulate recommendations on the rational architecture of coatings that ensure improved tool durability and stability of machining parameters. Ultimately, the implementation of discrete coatings with controlled geometric characteristics opens up new opportunities for creating efficient tools designed for high-performance machining of polymer composites with minimal wear and repair losses. To address the issue of developing a modified surface layer architecture for cutting tools, an approach must be developed to determine the dependence of the coating’s SSS on the size and shape of the discrete coating elements.
References
Ляшенко Б. А., Клименко С. А. Тенденции развития упрочняющей поверхностной обработки и положение в Украине // Сучасне машинобудування. 1999. № 1. С. 94–104.
Ляшенко Б. А., Соловых Є. К., Сорока Є. Б. та ін. Технологические, конструктивные и эксплуатационные особенности упрочняющих покрытий дискретной структуры на деталях машин и инструменте // Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління: тези доп. ІІІ наук.- практ. конф. Серія «Техніка, Технологія». Київ, 2005. С. 22–23.
Tonshoff H. K., Wobker H.-G., Mohlfeld A., Fritsch A. Einflub der Substratbearbeitung auf das Einsatzverhalten beschichteter Zerspanwerkzeuge // HTM: Härterei-Technische Mitteilungen. 1996. Vol. 51, № 4. P. 207–213.
Krishnamurthy R. Thermocracking of ceramic cutting tools: bane or boone // 8th Int. Conf. Fract. «Fract. Mech.: Successes and Probl»., Kiev, 8–14 June, 1993: Collect. Abstr. Pt. 2. Lviv, 1993. P. 663–664.
Корбут Є. В., Ляшенко Б. А., Подчерняєва І. І., Юрченко Д. В. Перспективи електроіскрового зміцнення твердосплавного ріжучого інструменту // Процеси механічної обробки в машинобудуванні. 2012. № 12. С. 67–80.
Ляшенко Б. А., Антонюк В. С., Сорока О. Б. та ін. Оптимизация дискретных структур электроискровых покрытий // Артиллерийское и стрелковое вооружение: междунар. науч.-техн. сб. К., 2004. Вип. 4(13). С. 30–34.
Антонюк В. С., Сорока Є. Б. Конструирование дискретно-модифицированных износостойких поверхностей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. № 10. С. 8–13.
Антонюк В. С., Ляшенко Б. А., Сорока Є. Б. Выбор параметров покрытий дискретной структуры при модификации поверхности режущего инструмента // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. № 3. С. 49–50.
Ляшенко Б. А., Сорока Є. Б., Рутковский А. В. Определение параметров дискретной структуры покрытий с учетом остаточных напряжений // Проблемы прочности. 2002. № 4. С. 119–125.
Клименко С. А., Солових Є. К., Сорока Є. Б. та ін. Оптимизация дискретной структуры при поверхностной электроконтактной закалке // Інженерія поверхні та реновація виробів: матеріали 6-ї міжнар. н.-техн. конф. Київ–Ялта, 2006. С. 83–85.
Антонюк В. С. Основи підвищення працездатності різального інструменту шляхом формування зносостійких покриттів дискретного типу : дис. д-ра техн. наук. К. : НТУУ «КПІ», 2006. 375 с.
Ляшенко Б. А., Новиков Н. В., Клименко С. А. Дискретное модифицирование поверхностного слоя деталей машин и инструментов. К. : ІСМ ім. В. Н. Бакуля, 2017. 264 с.
Сорока О. Б. Методологія оптимізації зносостійких покриттів за критеріями міцності і роботоздатності : дис. д-ра техн. наук. К., 2011. 345 с.
Корбут Є. В., Парненко В. С., Ніколаєнко Т. П., Даниленко О. В. Архітектура дискретного покриття робочих поверхонь інструменту для різних схем різання // Технічні науки та технології. 2024. № 4(38). С. 44–56.
Durao L. M., Tavares J. M., Marques A. T. Comparison of Tool Effects on Hybrid Laminates after Drilling // 5th International Conference on Mechanics and Materials in Design. Porto, 2006. P. 1–14.
Ляшенко Б. А., Сорока Є. Б., Рутковський А. В. Определение параметров дискретной структуры покрытий с учетом остаточных напряжений // Проблемы прочности. 2002. № 4. С. 119–125.
Vetter J., Burgmer W., Dederichs H., Perry A. The architecture and performance of compositionally gradient and multi-layer PVD coating // Materials Science Forum. 1994. Vols. 163–165. P. 527–532.
Ляшенко Б. А., Новиков Н. В., Клименко С. А. Дискретное модифицирование поверхностного слоя деталей машин и инструмента. К. : ІСМ ім. В. Н. Бакуля, 2017. 264 с.
Калініченко В. І., Марчук В. Є., Корбут Є. В. Напружено-деформований стан різального інструменту з дискретним покриттям // Проблеми тертя та зношування. Київ : НАУ, 2017. Вип. 1(74). С. 104–109.







