ANALYSIS OF THERMAL EXPANSION AND MICRO-DELAMINATION PHENOMENON OF CUTTING TOOL THIN SURFACE COATINGS IN HIGH-SPEED DRY MACHINING

Abstract

ABSTRACTHigh-speed machining (HSM) is one of the commonlyimplemented recent machining technologies in industrial manufacturing operationsthat enables higher efficiency and accuracy as reducing production cost andmachining cycle times depending on the specific manufacturing operationrequirements and demands. Particularly dry machining is characterised withsevere level of temperature and heat generation enters into cutting toolsrather than machining with cutting liquid, which leads to detrimental effectson tool lifespan resulting in premature cutting tool failure or tool damages. Inorder to overcome this problem, cutting tool thin surfacecoatings are applied to reduce the amount of heat transferring into cuttingtool by enhancing the tribological conditions and wear resistance of cuttingtools. However, as a result of the coefficient of thermal expansion (CTE)mismatching of coating layer materials, delamination phenomenon can be observedin coating structures during machining. Asoutcomes of the study based on the results obtained, total dimensional thermalexpansion and micro-delamination of the most appropriate optimised 3-layeredcoating structure were relatively decreased and the necessity of the thermal expansion capacity considerationin coating implementations was revealed for related FiniteElement Analysis (FEA) simulations andcoating structure designs.

ÖZETYüksek-hızlı kesim tekniği günümüzde sanayide yaygınca kullanılanbir metal kesme tekniğidir. Bu teknik üretimin verimliğini arttırırken imalat gereksinimlerinebağlı olarak işlem süresini ve maliyeti düşürür. Özellikle kuru kesim ıslakkesime nazaran, yüksek mertebelerdeki sıcaklık ve ısı oluşumuyla karakterizeedilir. Oluşan bu ısının bir miktarı kesici takımın içerisine transfer olur vebu ısı miktarı kesici takımın ömrünü azaltırken kesici takımda beklenendenerken hasarlara yol açar. Bu sorunun ortadan kaldırılmasıyla ilgili olarak transferolan ısıyı ve kesici takımın yüzeyinin yenmesini azaltmak aynı zamanda kesicitakımın sürtünme durumunu arttırmak için kesici takımlara ince yüzey kaplamalarıuygulanır. Ancak metal kesme işlemi boyunca bu yüzey kaplama malzemelerinin termalgenleşme değerlerinin farklılığından dolayı katman ayrışması olayı gözlemlenebilir.Buradan hareketle elde edilen sonuçlara dayanarak yapılan çalışmada, 3-katmanlıoptimize edilmiş yüzey kaplaması ile 2-katmanlı ve tek-katmanlı kaplamalarla karşılaştırıldığındadaha az miktarda toplam eksenel genleşme ve katman ayrışması elde edilmiştir. Ayrıcatermal genleşme kapasitesi ve katman ayrışması olaylarının ilgili sonluelemanlar analizlerinde ve çoklu yüzey kaplamaları dizaynlarında göz ardıedilmemesinin gerekliliği ortaya koyulmuştur.