Investigation of Effects of Cutting Speed on Tool Wear Formation and Progression During Face Milling of Shape Memory Alloys Using Different Cutting Tool Materials

Abstract

Use of NiTi shape memory alloys are increasing due to functional and mechanical properties of these alloys. However, machinability of them quite poor because of thermal and mechanical properties of the alloy. In this context, the main problem is tool wear. The previous work have been planned with coated and uncoated carbide cutting tools and conventional cutting speed values. In this work, high-speed milling of shape memory alloys using carbide, CBN and whisker ceramic cutting tools and investigation of tool wear behaviors are aimed. The cutting speed values used in the experiments are as follows: 100, 200, 300 and 400 m/min. The tool wear analysis showed that tool life and tool wear behavior change upon the cutting speed value. At the cutting speed values of 100 and 200 m/min, carbide cutting tools performed a long tool life. When the cutting speed was increased to 300 and 400 m/min, it was seen that the tool life of ceramic and CBN cutting tools relatively increased and that of carbide and coated carbide tools dramatically decreased. The observed wear mechanisms are abrasive, adhesive, oxidative and chemical wear.

Keywords

• NiTi
• High speed
• Milling
• Tool wear
• Cutting tool

Project Number

19ADP141

Şekil Hafızalı Alaşımların Farklı Kesici Takım Malzemeleri Kullanarak Alın Frezeleme ile İşlenmesinde Kesme Hızlarının Takım Aşınması Oluşumu ve İlerlemesine Etkisinin İncelenmesi

Abstract

NiTi şekil hafızalı alaşımların kullanımı, fonksiyonel ve mekanik özellikleri nedeniyle, gün geçtikçe artmaya başlamıştır. Öte yandan, alaşımın termal ve mekanik özellikleri nedeniyle talaşlı imalat ile işlenebilirliği oldukça güçtür. Bu kapsamda karşılaşılan problemlerin başında takım aşınması gelmektedir. Önceki araştırmalara bakıldığında, gerçekleştirilmiş çalışmaların karbür ve kaplamalı karbür kesici takımlar ile geleneksel kesme hızlarında planlandığı görülmektedir. Bu çalışmada şekil hafızalı alaşımların, karbür, CBN ve whisker seramik kesici takımlar ile yüksek kesme hızlarında frezelenmesi ve takım aşınması davranışlarının incelenmesi hedeflenmiştir. Deneylerde kullanılan kesme hızları şunlardır: 100, 200, 300 ve 400 m/dk. Takım aşınması analizleri göstermiştir ki takım ömrü ve aşınma davranışı, kesme hızı değişimine göre değişiklik göstermektedir. 100 ve 200 m/dk kesme hızlarında karbür ve kaplamalı karbür kesici takımlar yüksek kesme ömrü sergilemiştir. Kesme hızı 300 ve 400 m/dk değerlerine arttırıldığında, seramik ve CBN kesici takımların kesme ömrünün nispeten arttığı, karbür ve kaplamalı karbür kesici takım ömürlerinin ciddi düzeyde azaldığı görülmüştür. Gözlemlenen aşınma mekanizmaları; abraziv, adeziv, oksidasyon ve kimyasal aşınma olarak sıralanabilir.

Keywords

• NiTi
• Yüksek hız
• Frezeleme
• Takım aşınması
• Kesici takım

Supporting Institution

Eskişehir Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

19ADP141

Thanks

Bu çalışma, Eskişehir Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 19ADP141 numaralı proje ile desteklenmiştir.

References

1. [1] Zainal, M.A., Sahlan, S., Ali, M.S.M. 2015. Micromachined Shape-memory-alloy Microactuators and Their Application in Biomedical Devices. Micromachines, 6(7), 879-901.
2. [2] Elahinia, M.H., Hashemi, M., Tabesh, M.,Bhaduri, S.B. 2012. Manufacturing and Processing of NiTi implants: A Review Progress in materials science, 57(5), 911-946.
3. [3] Petrini, L., Migliavacca, F. 2011. Biomedical Applications of Shape Memory Alloys. Journal of Metallurgy, 2011.
4. [4] Kaya, E., Kaya, İ. 2022. Investigation of High Speed Cutting Performance and Phase Transformation Behavior of NiTi Shape Memory Alloys. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 119(1), 489-502.
5. [5] Kaya, E., Kaya, İ. 2019. A Review on Machining of NiTi Shape Memory Alloys: the Process and Post Process Perspective. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 100(5), 2045-2087.
6. [6] Huang, H. 2004. A Study of High-speed Milling Characteristics of Nitinol. Materials and Manufacturing Processes, 19(2), 159-175.
7. [7] Guo, Y., Klink, A., Fu, C., Snyder, J. 2013. Machinability and Surface Integrity of Nitinol Shape Memory Alloy. CIRP AnnalsManufacturing Technology, 62(1), 83-86.
8. [8] Biermann, D., Kahleyss, F., Surmann, T. 2009. Micromilling of NiTi Shape-memory Alloys with Ball Nose Cutters. Materials and Manufacturing Processes, 24(12), 1266-1273.

9. [9] Honghua, S., Peng, L., Yucan, F., Jiuhua, X. 2012. Tool Life and Surface Integrity in High-speed Milling of Titanium Alloy TA15 with PCD/PCBN Tools. Chinese Journal of Aeronautics, 25(5), 784-790.
10. [10] Kaya, E., Kaya, İ. 2020. Tool Wear Progression of PCD and PCBN Cutting Tools in High Speed Machining of NiTi Shape Memory Alloy Under Various Cutting Speeds. Diamond and Related Materials, 105.
11. [11] Weinert, K., Petzoldt, V., Kötter, D., Buschka, M. 2004. Drilling of NiTi Shape Memory Alloys. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 35(5), 338-341.
12. [12] Weinert, K., Petzoldt, V., Kötter, D. 2004. Turning and Drilling of NiTi Shape Memory Alloys. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 53(1), 65-68.