Machinability of Al-SiC metal matrix composites using WC, PCD and MCD inserts

Abstract

SUMMARY:The aim of this work is the study of the machinability of aluminium-silicon carbide Metal Matrix Composites (MMC) in turning operations. The cutting tools used were hard metal (WC) with and without coating, different grades and geometries of Poly-Crystalline Diamond (PCD) and Mono-Crystalline Diamond (MCD). The work piece material was AMC225xe, composed of aluminium-copper alloy AA 2124 and 25% wt of SiC, being the size of the SiC particles around 3 μm. Experiments were conducted at various cutting speeds and cutting parameters in facing finishing operations, measuring the surface roughness, cutting forces and tool wear. The worn surface of the cutting tool was examined by Scanning Electron Microscope (SEM). It was observed that the Built Up Edge (BUE) and stuck material is higher in the MCD tools than in the PCD tools. The BUE acts as a protective layer against abrasive wear of the tool. RESUMEN: Maquinabilidad de composites de matriz metálica Al-SiC usando herramientas de WC, PCD y MCD.El objetivo de este trabajo es el estudio de la maquinabilidad del material compuesto de matriz metálica aluminio-carburo de silicio en operaciones de torneado. Las herramientas de corte utilizadas han sido de metal duro con y sin recubrimiento, diferentes grados de diamante policristalino (PCD) y diamante monocristalino (MCD). El material mecanizado ha sido AMC225xe, compuesto de la aleación de aluminio AA 2124 con un 25% en peso de partículas de SiC con un tamaño medio de 3 μm. Los experimentos se han realizado con diferentes velocidades de corte en una operación de refrentado, midiendo la rugosidad superficial, las fuerzas y el desgaste de la herramienta. La superficie desgastada de la herramienta ha sido examinada en el microscopio electrónico (SEM). Se ha observado que el filo recrecido y el material adherido son mayores en el caso de las herramientas de MCD que en las de PCD. El filo recrecido actúa como una capa protectora contra la abrasión.

Cutting tool selection for machining metal matrix composites

“…It is an ongoing debate in the scientific world whether sintered carbide cutting tools are suitable for machining MMCs. Many researchers have argued that carbide-coated cutting tools are not suitable for machining MMCs [52,53]. In the machining of MMCs, the use of carbide tools is beneficial after certain conditions are met [33,54].…”