AlTiCN ve CrCN ince filmleri ile kaplanmış tungsten karbür kesici takım malzemesinin tribolojik özelliklerinin ve talaşlı imalat performanslarının incelenmesi
Investigation of tribological properties and mechanical performance of tungsten carbide cutting tool material coated with AlTiCN and CrCN thin films
Yazar: FIRAT DUMLU
Danışman: PROF. DR. FATİH YILDIZ
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, AlTiCN ve CrCN seramik ince filmleri ile kaplanmış Tungsten Karbür (WC) kesici takımlarının tribolojik özellikleri ve CNC dik işleme merkezi ve torna tezgâhları kullanılarak talaşlı imalat performansları incelenmiştir. Kaplamalar; Tungsten Karbür malzemeden imal edilmiş olan parmak frezeler, torna takımları ve 12x12x5 mm ebatlarındaki deney numunelerine Katodik Ark Fiziksel Buhar Kaplama (KAFBK) yöntemi ile büyütülmüştür. Uygulanan kaplamaların yapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri deney numuneleri üzerinde yapılan X-Işını Kırınım Ölçer (XRD), Mikrosertlik Cihazı, Tribometre Cihazı ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile belirlenmiştir. Ayrıca kaplanmış ve kaplanmamış takımların kesme ve aşınma performanslarının belirlenebilmesi için 1.2738 plastik enjeksiyon kalıp çeliği (IMPAX) iş parçası, CNC dik işleme merkezinde yüksek hızda kuru işleme ve CNC torna tezgâhında soğutucu sıvı kullanılarak işlenmiştir. İşlenen geometrilerin CAM kodları SolidCAM programı kullanılarak oluşturulmuştur. Frezeleme işlemi için iMachining operasyonu tercih edilmiş ve programda kesme hızı, ilerleme ve yana kayma değerleri; geometri, takım ve iş parçası malzemesine göre otomatik ve değişken olarak belirlenmiştir. Yapılan talaşlı işleme sonrası, takımların aşınma davranışları Taramalı Elektron Mikroskobu ve kütle kaybı yöntemi ile incelenmiştir. Kesme işlemi sonrasında iş parçası yüzey pürüzlülük değerleri optik profilometre cihazı belirlenmiştir. Yapılan bu testlerde elde edilen sonuçlara göre; AlTiCN'nin CrCN'ye kıyasla adezyon değerinin daha yüksek olduğu belirlenmiş olmakla beraber aşınma oranının da daha düşük olduğu gözlenmiştir. Talaşlı imalat işlemleri sonrası takımlardan AlTiCN kaplamalı takımın gerek kütle kaybı gerekse yan kenar aşınması bakımından daha üstün özelliklere sahip olduğu saptanmıştır.

Abstract:
In this thesis, the tribological properties of AlTiCN and CrCN coated Tungsten Carbide (WC) cutting tools and their machining performance in both CNC vertical machining center and CNC lathe were investigated. Coatings; were applied on end milling tools, lathe inserts and 12x12x5 mm sized test samples made of Tungsten Carbide material by Cathodic Arc Physical Vapor Deposition (CAPVD) method. The structural, mechanical and tribological properties of the applied coatings were determined by X-Ray Diffractometer (XRD), Microhardness Device, Tribometer Device and Scanning Electron Microscope (SEM) on the test specimens. In addition, in order to determine the cutting and wear performance of coated and uncoated tools, 1.2738 plastic injection mold steel (IMPAX) work piece was processed at high speed dry machining in a CNC vertical machining center and using coolant on a CNC lathe. CAM codes of the processed geometries were created by the SolidCAM program. The iMachining operation was preferred for the milling process and the cutting speed, feed rate and overlapping values in the program were determined automatically and variably according to the geometry, tool and work piece material. After machining, the wear behavior of the tools was investigated by SEM and mass loss method. After the cutting process, the surface roughness values of the work piece were determined by optic profilometer device. According to the results obtained in these tests; it was determined that AlTiCN has higher adhesion value compared to CrCN and the abrasion rate was also lower. It was determined that the tools with AlTiCN coating after machining processes have superior properties in terms of both mass loss and flank wear.