Investigation of Machinability of AISI P20S Mold Steel

Abstract

In this study, AISI P20S mold steel, which is widely used in the mold making industry, was preferred. The effects of the variables on the cutting force and surface roughness were investigated in the experiments performed using different cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut). In these experiments, which were carried out with the milling method using a coated carbide cutting tool, four different variables of cutting speed and feed rate and two different variables of cutting depth were used as machining parameters. When the obtained results are evaluated, it is determined that while the cutting force values decrease depending on the increasing cutting speed, an increase in the cutting force values is observed at the increasing values of the feed amount. The highest cutting force (138.1 N) is measured at 170 m/min cutting speed, 0.253 mm/tooth feed and 1.5 mm depth of cut, while the lowest cutting force (45.23 N) is measured at 0.75 mm depth of cut. , measured at 260 m/min cutting speed, 0.075 mm/tooth feed. In addition, it was observed that increasing cutting speed values caused a decrease in surface roughness, while increasing feed rate and cutting depth values caused an increase in surface roughness. The lowest surface roughness (0.273 µm) was measured at 260 m/min cutting speed, 0.075 mm/tooth feed rate and 0.75 mm depth of cut, while the highest surface roughness value (1.552 µm) was measured at 170 m/min cutting speed, 0.253 mm/ tooth feed rate and 1.5 mm depth of cut. As a result, it is possible to say that high cutting speed, low feed rate and depth of cut values are effective in obtaining the best machining outputs.

Keywords

• Machinability
• Mold steel
• Milling
• Cutting force
• Surface roughness

AISI P20S Kalıp Çeliğinin İşlenebilirliğinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, kalıpçılık sektöründe yaygın olarak kullanılan AISI P20S kalıp çeliği tercih edilmiştir. Farklı kesme parametreleri (kesme hızı, ilerleme miktarı ve kesme derinliği) kullanılarak gerçekleştirilen deneylerde değişkenlerin kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü üzerine etkileri incelenmiştir. Kaplamalı karbür kesici takım kullanılarak frezeleme yöntemi ile gerçekleştirilen bu deneylerde işleme parametreleri olarak kesme hızı ve ilerleme miktarının dört farklı değişkeni, kesme derinliğinin ise iki farklı değişkeni kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde artan kesme hızına bağlı olarak kesme kuvveti değerlerinde azalma meydana gelirken ilerleme miktarının artan değerlerinde ise kesme kuvveti değerlerinde artış tespit edilmiştir. En yüksek kesme kuvveti (138,1 N) 170 m/dak kesme hızı, 0,253 mm/diş ilerleme miktarı ve 1,5 mm kesme derinliğinde ölçülürken, en düşük kesme kuvveti değeri (45,23 N) ise 0,75 mm talaş derinliğinde, 260 m/dak kesme hızı, 0,075 mm/diş ilerleme miktarında ölçülmüştür. Ayrıca artan kesme hızı değerleri yüzey pürüzlülüğünün azalmasına, artan ilerleme miktarı ve kesme derinliği değerlerinin ise yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olduğu görülmüştür. En düşük yüzey pürüzlülüğü (0,273 µm) 260 m/dak kesme hızı, 0,075 mm/diş ilerleme hızında ve 0,75 mm kesme derinliğinde ölçülürken, en yüksek yüzey pürüzlülük değeri (1,552 µm) ise 170 m/dak kesme hızı, 0,253 mm/diş ilerleme miktarı ve 1,5 mm kesme derinliğinde oluşmuştur. Sonuç olarak yüksek kesme hızı, düşük ilerleme miktarı ve kesme derinliği değerlerinin en iyi işleme çıktılarının elde edilmesinde etkili olduğunu söylemek mümkündür.

Keywords

• İşlenebilirlik
• Kalıp çeliği
• Frezeleme
• Kesme kuvveti
• Yüzey pürüzlülüğü

References

1. 1. A. Gezgin, Prizmatik parçaların frezelenmesi esnasında kesici uç sayısının takım ömrü ve yüzey pürüzlülüğü açısından değerlendirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 2007.
2. 2. M.C. Çakır, Modern Talaşlı İmalatın Esasları, Nobel Yayın Dağıtımı, Ankara, 50-80, 2006.
3. 3. M. Süngünyol, Y. Kayır, DIN 1.2311 ve 1.2738 Kalıp Çeliklerinin İşlenebilirliği, 3. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, 4-5 Ekim 2012, Ankara.
4. 4. Korkmaz Çelik, Plastik Kalıp Çelikleri, http://www.korkmazcelik.com/urunler/plastik-kalip-celikleri.html, 20.11.2017.
5. 5. Kistler, Measure Analize Innovate, https://www.kistler.com/en/product/type-9257b/, 15.10.2017.
6. 6. İ. Korkut, M.A. Dönertaş, Kesme parametrelerinin frezelemede oluşan kesme kuvvetleri üzerindeki etkileri, Gazi Üniversitesi Politeknik Dergisi, 6(1): 385-389, 2003.
7. 7. İ. Çiftçi, Talaşlı İmalatta Yüzey Pürüzlülüğünün Tayini Ders Notları, Karabük Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Karabük, 2004.
8. 8. Sandvik Coromant, Modern Metal Cutting, Practical Handbook, Sandvik, Sweden, 1994.

9. 9. M.C. Shaw, Metal Cutting Principles, Oxford University Press, London, 1984.
10. 10. B. Haddag, S. Atlati, M. Nouari, A. Moufki, Dry machining aeronautical aluminum alloy AA2024-T351: Analysis of cutting forces, chip segmentation and built-up edge formation, Metals, 6(9),197, 2016.
11. 11. K. Bouacha, M.A. Yallese, T. Mabrouki, J.F. Rigal, Statistical analysis of surface roughness and cutting forces using response surface methodology in hard turning of AISI 52100 bearing steel with CBN tool, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 28(3), 349-361, 2010.
12. 12. D.S. Kilic, S. Raman, Observations of the tool–chip boundary conditions in turning of aluminum alloys, Wear, 262(7-8), 889-904, 2007.
13. 13. R. Suresh, S. Basavarajappa, V.N. Gaitonde, G.L. Samuel, Machinability investigations on hardened AISI 4340 steel using coated carbide insert, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 33, 75-86, 2012.
14. 14. A. Pal, S.K. Choudhury, S. Chinchanikar, Machinability assessment through experimental investigation during hard and soft turning of hardened steel, Procedia Materials Science, 6, 80- 91, 2014.
15. 15. B. Özlü, H. Demir, M. Türkmen, and S. Gündüz, The Investigation of Surface Roughness and Cutting Forces of Steels Cooled in Sand and Air After Hot Forging, Technological Applied Science, 14(1). 20–30, 2019.
16. 16. İ. Çiftçi, Machining of austenitic stainless steels using CVD multi-layer coated cemented carbide tools, Tribology International, 39, 103-109, 2006.
17. 17. S. Thamizhmanii, K. Kamarudin, E.A. Rahim, A. Saparudin, S. Hassan, Tool Wear and Surface Roughness in Turning AISI 8620 Using Coated Ceramic Tool, Proceedings of the World Congress on Engineering, 2-4 July 2007, London.