The effects of cutting conditions on cutting temperature and hole quality in drilling of inconel 718 using solid carbide drills

Abstract

Bu çalışmada, üstün mekanik ve fiziksel özellikleri nedeniyle özellikle havacılık endüstrisinde sıklıkla kullanılan, bir nikel bazlı süper alaşım olan Inconel 718'in farklı kesme ve soğutma/yağlama koşullarında delinebilirliği deneysel olarak araştırılmıştır. Delme deneyleri, 5 mm çapındaki TiAlN kaplamalı ve kaplamasız karbür matkap uçları kullanılarak 2 farklı kesme hızı (10, 15 m/min) ve sabit bir ilerleme (0.02 mm/dev) değerinde gerçekleştirilmiştir. Soğutma/yağlama şartlarının ve kaplama malzemesinin Inconel 718'in delinebilirliği üzerine etkileri, eksenel kuvvet, tork, kesme sıcaklığı, delik kalitesi (yüzey pürüzlülüğü, delik çapı ve yuvarlaklık hatası, delik girişinde ve çıkışında çapak oluşumu, işlenmiş yüzey altı değişimlerini kapsayan) ve takım aşınması açısından değerlendirilmiştir. Deney sonuçları farklı soğutma/yağlama ortamlarının tüm performans kriterleri üzerinde önemli bir etkisi olduğunu göstermiştir. Kriyojenik soğutma ile kesme sıcaklıkları önemli ölçüde azalmıştır. Genel olarak kriyojenik delik delmenin, delik girişinde ve çıkışında çapak oluşumunu azalttığı, nominal çapa daha yakın çap değerleri verdiği, deliklerin yuvarlaklık hatasını azalttığı, deliğin yüzey altı kalitesini arttırdığı, vb. ile daha iyi delik kalitesi ve yüzey bütünlüğü sağladığı tespit edilmiştir. Ancak kriyojenik şartların eksenel kuvveti arttırdığı ve takım ömrünü önemli ölçüde düşürdüğü belirlenmiştir. Kuru şartlarda gerçekleştirilen deneyler diğer şartlara göre performans kriterleri bakımından herhangi bir üstünlük gösterememiştir. İyi yüzey pürüzlülüğü değerleri ve düzenli takım aşınması ıslak şartlarda gerçekleştirilen delme deneylerinde elde edilmiştir. Kesme hızının artması özellikle kriyojenik şartlarda delme performansını arttırmıştır. Kaplama malzemesinin kullanımı takım aşınmasını önemli derecede azaltmıştır.

In this study, the drillability of Inconel 718, a nickel-based superalloy, which is frequently used in aerospace industry due to its superior mechanical and physical properties, was experimentally investigated under different cutting and cooling/lubrication conditions. Drilling tests were performed at 2 different cutting speeds (10, 15 m/min) and a constant feed (0.02 mm/rev) using TiAlN coated and uncoated solid carbide twist drills with diameter of 5 mm. The effects of cooling/lubricating conditions and coating material on drillability of Inconel 718 were evaluated in terms of the generated thrust force, torque, cutting temperature, hole quality (including surface roughness, hole diameter and roundness error, burr formation at the entrance and the exit of the hole, machined subsurface changes) and tool wear. Experimental results showed that different cooling/lubrication conditions have significant effects on all performance criteria. Cryogenic cooling significantly reduced the cutting temperatures. Generally, cryogenic drilling exhibited better performance on hole quality and surface integrity with less burr formation at the entrance and the exit of the hole, more accurate hole diameter, less roundness error, better machined subsurface quality, etc. However, it was determined that cryogenic conditions increased the thrust force and significantly reduced the tool life due to excessive chippings. Experiments under dry conditions did not show any superior performance to other conditions. Good surface roughness values and tool life were achieved in drilling test under wet conditions. The increased cutting speed improved the cutting performance, especially in cryogenic conditions. The use of the coating material (TiAlN) also reduced the tool wear dramatically.