Drillability Analysis of Ferritic Stainless Steel with Coated and Uncoated Carbide Drill

Abstract

The hole quality varies particularly depending on the feed rate, cutting speed and tool geometry in the case of drilling of hard-to-machine materials with the drill. For this reason, the studies on the effects of feed rate and cutting speed on the drillability criteria such as cutting force, surface quality and dimension accuracy are still up to date although new drill quality and geometries are improved. In this study, the drillability of ferritic stainless steel with coated and uncoated carbide drill was investigated. The effects of feed rate and cutting speed on the thrust force, surface roughness and deviation of diameter were analyzed experimentally and statistically in drilling of the stainless steel. The experiments were carried out with three different cutting speeds (15, 30, 45 m/min) and the feed rates (0.12, 0.16, 0.2 mm/rev) with the carbide drill bit. Analysis of variance was applied to determine the effect levels of the drilling parameters on the machining outputs. According to the experimental results, it was determined that as the feed rate increases, the thrust force and surface roughness increases while the deviation of diameter decreases. Based on the experimental and statistical results, it was found that the coated carbide drill for average surface roughness and deviation of diameter displayed the average of 5.8% and 8.3% better performance than uncoated ones, respectively, while the uncoated drill demonstrated the average of 10% better performance than coated ones for thrust force.

Keywords

• AISI 430,Thrust force,Surface roughness,Deviation of diameter

Kaplamalı ve Kaplamasız Karbür Matkap ile Ferritik Paslanmaz Çeliğin Delinebilirlik Analizi

Abstract

İşlenebilirliği zor malzemelerin matkap ile delinmesi söz konusu olduğunda, özellikle ilerleme miktarı, kesme hızı ve takım geometrisine bağlı olarak değişen delik kalitesi bozulabilmektedir. Bu nedenle, yeni matkap kalitesi ve geometrileri geliştirilmekle birlikte, ilerleme miktarı ve kesme hızının kesme kuvveti, yüzey kalitesi, ölçü tamlığı gibi delme çıktıları üzerine yapılan çalışmalar güncelliğini korumaktadır. Bu çalışmada, ferritik paslanmaz çeliğin kaplamalı ve kaplamasız karbür matkap ile delinebilirliği araştırılmıştır. Paslanmaz çeliğin delinmesinde oluşan itme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çaptan sapma üzerinde ilerleme miktarı ve kesme hızının etkileri deneysel ve istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Deneyler, karbür matkap ucu ile üç farklı kesme hızı (15, 30, 45 m/dak) ve ilerleme miktarında (0,12, 0,16, 0,2 mm/dev) yapılmıştır. Delme parametrelerinin, işleme çıktıları üzerindeki etki seviyelerini belirlemek amacıyla varyans analizi uygulanmıştır. Deneysel sonuçlara göre, ilerleme miktarı arttıkça itme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü artarken, çaptan sapmanın azaldığı belirlenmiştir. Deneysel ve istatistiksel sonuçlara göre, yüzey pürüzlülüğü ve çaptan sapma için kaplamalı karbür matkap sırasıyla ortalama %5.8 ve %8.3, itme kuvveti için kaplamasız matkabın ortalama %10 daha iyi performans gösterdiği tespit edilmiştir.

Keywords

• AISI 430,İtme kuvveti,Yüzey pürüzlülüğü

References

1. [1] Aran A., Temel M.A., Paslanmaz çelik yassı mamuller üretimi, kullanımı, standartları, 2. Cilt, Acar Matbaacılık A.Ş., İstanbul, 2004.
2. [2] Bayraktar Ş., Siyambaş Y., Turgut Y. Delik delme prosesi: bir araştırma. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2016, 21(2):120-130.
3. [3] Black J.T., Kohser R.A. Degarmo’s Materials and Processes in Manufacturing, Prentice-Hall Inc., New Jersey, 2013.
4. [4] Kanagaraju T., Kumar M., Mahesh R., Manikandan R., Shanmugapandiyan S., Influence of drilling parameters in super duplex stainless steel. International Journal of Advanced Research Trends in Engineering and Technology, 2016, 3:445-451.
5. [5] Siddique A.N., Khan Z.A., Goel P., Kumar M., Agarwal G., Khan N.Z., Optimization of deep drilling process parameters of AISI 321 steel using Taguchi method. Procedia Materials Science, 2014, 6:1217-1225.
6. [6] Çaydaş U., Hasçalık A., Buytoz Ö., Meyveci A. Performance evaluation of different twist drills in dry drilling of AISI 304 austenitic stainless steel. Materials and Manufacturing Processes, 2011, 26:951–960.
7. [7] Kıvak T., Çiçek A., Uygur İ., Özbek N.A. AISI 316 östenitik paslanmaz çeliğin delinmesinde tek katlı ve çok katlı kaplamaların delik kalitesi üzerindeki etkileri. 3. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, Ankara, 2012.
8. [8] Sultan A.Z., Sharif S., Kurniawan D. Effect of machining parameters on tool wear and hole quality of AISI 316L stainless steel in conventional drilling. Procedia Manufacturing, 2015, 2:202-207.

9. [9] Küçüktürk G. Modeling and analyzing the effect of experimentally determined torque and thrust force on cutting tool according to drilling parameters. Journal of Engineering Manufacture, 2012, 227(1):84-95.
10. [10] Korkmaz, M.E., Meral T., Günay M., AISI 420 Martenzitik paslanmaz çeliğin delinebilirliğinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2018, 4(3):223-229.
11. [12] Sharif, S., Rahim E.A. Performance of coated and uncoated-carbide tools when drilling titanium alloy Ti6Al4V. Journal of Materials Processing Technology, 2007, 185:72-76.
12. [13] Tekaüt İ., Demir H. AISI H13 VE AISI D2 çeliklerinin delinmesi esnasında kesme bölgesinde oluşan sıcaklığa kesici takım kaplamasının ve işleme parametrelerinin etkisi. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 2015, 30(2):289-296.
13. [14] Sultan A.Z., Sharif S., Nor F.M., Kurniawan D. Minimum quantity of lubricant drilling of stainless steel using refined palm olein: Effect of coating tool on surface roughness and tool wear. Procedia Manufacturing, 2019, 30: 427-434.
14. [15] Günay M. AISI 316L Çeliğin İşlenmesinde Takım Radyüsü ve Kesme Parametrelerinin Taguchi Yöntemiyle Optimizasyonu. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 2013, 28(3):437-444.
15. [16] Yağmur S., Acır A., Şeker U. AISI 1050 Çeliğinin delinmesinde kesme parametrelerinin ve kaplama uygulamasının dairesellikten sapma (ovalite) üzerindeki etkilerinin araştırılması. Politeknik Dergisi, 2013, 16(3):105-109.