Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter October 12, 2021

A Metallographic Preparation Method for Three-Dimensional Microstructural Characterization of Machining Chips

Metallographisches Präparationsverfahren zur dreidimensionalen Gefügecharakterisierung von Bearbeitungsspänen
S. Fang and A. Frank
From the journal Practical Metallography

Abstract

Chip formation is an important indicator of machining processes. Statistical characterization of machining chips’ geometric features can offer crucial information for evaluating the stability and productivity of the machining processes. In abrasive machining processes, an abundance of small chips are produced by the vast number of abrasives exposed to the cutting surfaces. Geometric features of abrasives, such as shape, dimension, and distribution, may be hierarchically passed on to the chips. Similar to those of the abrasives, geometric features of the chips may also vary to a certain extent and conform to some statistical distribution. To verify these characteristics, a metallographic preparation method in connection with chips formed in abrasive machining processes is proposed in this study. Challenges in collecting and segmenting chips have been successfully overcome through several steps using ultrasonic bath cleaning and powder cold embedding methods. Finally, a considerable amount of chips was formed and uniformly embedded in a resin mold, ready for microscopic characterization.

Kurzfassung

Bei Bearbeitungsprozessen ist die Spanbildung ein wichtiger Indikator. Eine statistische Charakterisierung der geometrischen Merkmale von Bearbeitungsspänen kann für eine Beurteilung der Stabilität und Produktivität von Bearbeitungsprozessen entscheidende Informationen liefern. Bei der abrasiven Bearbeitung wird durch die große Menge des auf die Abtragsoberfläche einwirkenden Abrasivstoffs eine große Menge sehr kleiner Späne erzeugt. Geometrische Merkmale von Abrasivstoffen, beispielsweise Form, Abmessungen und Verteilung, können hierarchisch an die Späne weitergegeben werden. Darüber hinaus können die geometrischen Merkmale der Späne, ähnlich denen der Abrasivstoffe, in einem gewissen Umfang variieren und einer statistischen Verteilung entsprechen. Vor dem Hintergrund der Überprüfung solcher Merkmale wird in dieser Untersuchung ein metallographisches Präparationsverfahren für sich bei abrasiven Bearbeitungsprozessen bildenden Spänen vorgeschlagen. Den Herausforderungen beim Sammeln und Segmentieren von Spänen konnte durch die Anwendung einer Reinigung im Ultraschallbad sowie des Kalteinbettverfahrens mit Pulver in mehreren Schritten erfolgreich begegnet werden. Es wurde eine beträchtliche Menge an Spänen erzeugt und gleichmäßig für die Charakterisierung durch Mikroskope in einer Harzform eingebettet.

Acknowledgements

The work leading to this publication was supported by the German Research Foundation (DFG) within the Individual Research Grant [425923019] “Laser Surface Textured Cemented Carbides for Application in Abrasive Machining Processes”.

The authors would like to thank Michael Kasper and Michael Engstler (Functional Materials, Saarland University) and Ewald Peter Toma (Fraunhofer IZFP) for support during metallographic preparation.

Danksagung

Die dieser Publikation zugrunde liegenden Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Sachbeihilfe für das Projekt „Laser Surface Textured Cemented Carbides for Application in Abrasive Machining Processes“ (Laseroberflächenstrukturierte Hartmetalle für den Einsatz in abrasiven Bearbeitungsprozessen) unter Projektnummer 425923019 gefördert.

Die Autoren danken Michael Kasper und Michael Engstler (Funktionswerkstoffe, Universität des Saarlandes) sowie Ewald Peter Toma (Fraunhofer IZFP) für die Unterstützung bei der metallographischen Präparation.

References / Literatur

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Received: 2021-04-21
Accepted: 2021-06-09
Published Online: 2021-10-12
Published in Print: 2021-10-31

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