View of The Study of Workpiece Temperature During Machining in Dry Milling Stainless Steel

Paramet Baowan and Charnnarong Saikaew

การศึกษาอุณหภูมิของชิ้นงานในขณะตัดเฉือนในการกัดวัสดุสเตนเลส แบบไมใชสารหลอเย็น

The Study of Workpiece Temperature During Machining in Dry Milling Stainless Steel

ปรเมศวร เบาวรรณ^1* และชาญณรงค สายแกว¹

Paramet Baowan^1* and Charnnarong Saikaew¹

Received: August 3, 2018; Revised: September 17, 2018; Accepted: September 19, 2018

บทคัดยอ

การกัดเปนหนึ่งในกระบวนการตัดโลหะที่สําคัญที่ตองพยายามคิดคนหาวิธีการที่ชวยเพิ่มประสิทธิภาพ การตัดเฉือนเพื่อหลีกเลี่ยงการใชสารหลอเย็นเพื่อความเปนมิตรตอสิ่งแวดลอม วัสดุสเตนเลสถูกขึ้นชื่อวา ตัดเฉือนไดยากเนื่องจากเปนวัสดุที่มีความเหนียว ความแข็งแรงสูง และการนําความรอนตํ่าเมื่อตัดเฉือน จะทําใหอุณหภูมิบริเวณการตัดเฉือนสูงเกิดการพอกติดของเศษบริเวณคมตัด วิธีแกไขสวนใหญใชสารหลอเย็น ในการระบายความรอนซึ่งสงผลกระทบตอสุขภาพของผูปฏิบัติงาน งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงคเพื่อศึกษา ความสัมพันธระหวางอุณหภูมิชิ้นงานขณะตัดเฉือนกับรูปรางดอกกัดและวัสดุเคลือบใหการตัดเฉือนวัสดุ

มีประสิทธิภาพและเปนมิตรกับสิ่งแวดลอม จากผลวิจัยพบวาดอกกัดมุมเลื้อย 60^๐ เคลือบดวยสารเคลือบ

TiAlN สามารถปองกันการสึกหรอของคมตัดดอกกัดไดดีที่สุดและอุณหภูมิของชิ้นงานในขณะตัดเฉือน ที่สูงขึ้นนอกจากมาจากปริมาณแหลงความรอนบริเวณคมตัดที่เพิ่มมากขึ้นตามขนาดของมุมเลื้อยแลว การสึกหรอแบบแตกบิ่นก็มีสวนทําใหอุณหภูมิชิ้นงานขณะตัดเฉือนเพิ่มสูงขึ้นดวย

คําสําคัญ : มุมเลื้อย; การสึกหรอแบบแตกบิ่น; งานเคลือบผิว

1 คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน ขอนแกน

1 Faculty of Engineering, Khon Kaen University, Khon Kaen

* Corresponding Author E - mail Address: paramet.ba@rmuti.ac.th

Abstract

Milling is one of the most important machining processes that can be developed for more eff ective cutting performance to avoid use of coolants and maintain environmental friendliness.

Stainless steel is widely known as a hard-to-cut material due to its high ductility, strength and low thermal conductivity. The cutting temperature is high which causes a built-up edge on the cutting tool. A commonly used solution to this problem is to apply the coolant which has a harmful eff ect on workers’ health. Therefore, this research aimed to study the relationship between cutting temperature of workpiece and shapes of end mill as well as coating material for higher effi ciency and environmental friendliness. The results showed that the end mill with a 60-degree helix angle coated with TiAlN was the best one that could prevent the wear of the end mill’s cutting edge and the increase in cutting temperature since the higher cutting temperature did not only stem from the wider cutting edge, but also the chipping wear.

Keywords: Helix Angle; Chipping; Hard Coating

บทนํา

การตัดเฉือนที่มีความเปนมิตรตอสิ่งแวดลอมดังที่เรียกวา กรีนแมชชีนนิ่ง (Green Machining) ไดกลายเปน ทางเลือกใหมที่เขามาชวยตอบโจทยปญหาการผลิตที่อาจสงผลกระทบตอสิ่งแวดลอม เนื่องจากในสารหลอเย็น มีสารเคมีบางตัวที่เปนอันตรายตอผิวหนังและทางเดินหายใจ โดยเฉพาะอุตสาหกรรมที่เกี่ยวของกับ การตัดโลหะที่ควรหันมาใหความสนใจมากขึ้น ในกระบวนการกัดวัสดุสเตนเลสถูกขึ้นชื่อวาตัดเฉือนไดยาก ก็เปนหนึ่งในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวของกับการตัดโลหะที่ตองพยายามคิดคนหาวิธีการที่ชวยเพิ่ม ประสิทธิภาพการตัดเฉือนเพื่อหลีกเลี่ยงการใชสารหลอเย็น อยางไรก็ตามเปนที่ทราบกันดีวาสเตนเลส เปนวัสดุที่มีความแข็งเหนียวสูง และการนําความรอนตํ่า [1] โดยพื้นฐานวัสดุที่มีการระบายความรอนตํ่า เมื่อตัดเฉือนจะทําใหอุณหภูมิบริเวณการตัดเฉือนสูง [2] และเกิดการพอกติดบริเวณคมตัด (Built Up Edge, BUE) เปนสาเหตุทําใหอายุการใชงานดอกกัดสั้นและคุณภาพชิ้นงานตํ่า วิธีการแกไขปญหาแบบเดิมจะใช

สารหลอเย็นเพื่อลดอุณหภูมิการตัดเฉือนแตก็จะมีผลกระทบหลายอยางตามมา ทั้งการเกิดการแตกราว ในเม็ดเกรนที่ปลายคมตัดและที่สําคัญจะสงผลเสียตอสุขภาพของผูปฏิบัติงาน [3]

ดังนั้นการกัดโดยไมใชสารหลอเย็น (Dry Machining) ไดกลายเปนทางเลือกใหมที่เขามาชวย ตอบโจทยความทาทายเหลานี้อยางเลี่ยงไมได แนวทางหลักในเรื่องของการกัดแบบไมใชสารหลอเย็นคือ การพัฒนาสมบัติของวัสดุเครื่องมือตัดโดยใหมีความทนตอความรอนหรือทําใหเกิดความรอนตํ่าที่สุด ในขณะทํางาน ซึ่งจะไปลดพลังงานในการใชแรงตัดเฉือนและแรงเสียดทาน ดวยเหตุนี้จึงมีนักวิจัยหลายคน คิดหาแนวทางในการเพิ่มประสิทธิภาพในการกัดวัสดุสเตนเลสแบบไมใชสารหลอเย็น เชน Emel Kuran, et al. [4] ทําการหาสภาวะที่เหมาะสมของวิธีการหลอเย็นและคาตัวแปรในการตัดเฉือนวัสดุดวยวิธีการ ออกแบบการทดลองพบวา คาความหยาบผิวและอายุการใชงานของเครื่องมือตัดเพิ่มขึ้นเมื่อตัดเฉือนดวย คาที่เหมาะสมและสามารถพยากรณไดคาไดอยางมีประสิทธิภาพ Deng Jianxin, et al. [5] ไดศึกษากลไก

Paramet Baowan and Charnnarong Saikaew

การสึกหรอของเครื่องมือตัดคารไบดในการตัดเฉือนสเตนเลสพบวา การสึกหรอบริเวณหลังคมตัด (Flank Wear) และอุณหภูมิการตัดเฉือนสูงขึ้นตามความเร็วตัดที่เพิ่มขึ้น Munoz-Escalona, P. et al. [3]

ศึกษาอิทธิพลของสภาวะการตัดเฉือนที่มีผลตอคาความหยาบผิวและปริมาณการใชพลังงาน การตัดเฉือนพบวา การตัดเฉือนดวยวิธีการไมใชสารหลอเย็นเปนสภาวะการตัดเฉือนที่ดีที่สุดในดานของ การใชพลังงานและคาความหยาบผิวจะแปรผันไปตามการเลือกใชคาตัวแปรการตัดเฉือนที่เลือก

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาเครื่องมือตัดใหมีความทนตอการสึกหรอและความรอนดวยการใช

สารเคลือบ เชน Endrino, J. L. et al. [6] เปรียบเทียบดอกกัดเคลือบดวย ^AlTiN กับ ^AlCrN รายงานวา ดอกกัดเคลือบดวย ^AlTiN มีอายุการใชงานมากกวา ^AlCrN ถึงสองเทา Li Chen, et al. [7]

ทําการปรับปรุงสมบัติสารเคลือบ ^TiAlN ดวยการเคลือบ ^TiN เปนชั้นที่สอง พบวา ^TiAlN/TiN ชวยเพิ่มอายุการใชงานใหกับเครื่องมือตัดมากกวา TiAlN Dirk Biermann, et al. [8] ศึกษาสารเคลือบ

CrN, ^TiN, ^AlCrN, AlTiN and TiAlN รายงานวาการเคลือบดวย ^TiAlN และ ^AlCrN มีสวนชวย ปองกันการสึกหรอไดดีรวมไปถึงคุณภาพของผิวชิ้นงานและสารเคลือบที่ดีที่สุดคือ ^AlTiN จะเห็นวา งานวิจัยเหลานี้มุงเนนการแกไขปญหาไปที่การหาสภาวะการตัดเฉือนที่เหมาะสมและการหาสารเคลือบ ที่สามารถชวยปองกันการสึกหรอของเครื่องมือตัด และอีกอยางหนึ่งการวิเคราะหการเกิดขึ้นของอุณหภูมิ

ของชิ้นงานในขณะตัดเฉือนก็มีความสําคัญเชนกันเพื่อที่จะหาวิธีการปองกันเพื่อใหการตัดเฉือน เกิดความรอนตํ่าที่สุด ตามทฤษฎีแหลงพลังความรอนที่อธิบายโดย Sen Lin, et al. [9] อธิบายไววา ในขณะที่มีการกัดงาน เมื่อวิเคราะหที่จุดที่มีการเสียดสีกันระหวางดอกกัดกับชิ้นงาน แหลงพลังงานความรอน ที่เกิดอุณหภูมิของชิ้นงานมี 2 แหลง คือ บริเวณหนาคมตัด (Shear Plane) และบริเวณดานหลังคมตัด (Flank Wear - Land) ซึ่งพื้นที่ทั้งสองเปนพื้นที่ที่เกิดจากการเสียดสีของวัสดุชิ้นงานในขณะที่เกิดการตัดเฉือน และยังสามารถคํานวณหาปริมาณพื้นที่ที่สัมผัสกับชิ้นงานไดจากความสัมพันธกันของมุมเลื้อยดอกกัด ที่อธิบายในบทความของ Baowan, P. et al. [10] เมื่อระยะความยาวคมตัดดานขางของดอกกัดที่

เปลี่ยนแปลงไปตามคาของมุมเลื้อยดอกกัดและสามารถคํานวณหาความยาวนี้ไดดวยสมบัติของ ตรีโกณมิติ เมื่อมุมเลื้อยมีคาสูงขึ้นเปนผลทําใหปริมาณพื้นที่ของแหลงความรอนเพิ่มขึ้นตาม

ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงนําเสนอความสัมพันธระหวางอุณหภูมิของชิ้นงานขณะตัดเฉือนกับมุมเลื้อย ดอกกัดและวัสดุเคลือบที่ชวยเพิ่มประสิทธิภาพการตัดเฉือนวัสดุสเตนเลสแบบแหง

วิธีดําเนินการ

1. การติดตั้งชุดการทดลอง

การออกแบบการทดลองในครั้งนี้มุงเนนการกัดแบบดานขางแบบตอเนื่องในระยะการตัด ความยาว 50 เมตร ดังนั้นการติดตั้งเครื่องมือและอุปกรณสําหรับการทดลองแสดงไดดังรูปที่ 1 ชิ้นงาน จะถูกเจาะรูเพื่อฝงสายเทอรโมคัปเปลชนิด ^K เขาไปเพื่อวัดอุณหภูมิชิ้นงานจํานวน 5 จุด เมื่อดอกกัดตัดเฉือน ชิ้นงานเคลื่อนที่เขาใกลบริเวณที่ฝงสายเทอรโมคัปเปลจะเกิดความรอนในชิ้นงานในขณะตัดเฉือน สัญญาณความรอนจะถูกสงเขาไปที่ชุดแปลงสัญญาณ (Data Logger) แลวแปลงเปนตัวเลขอุณหภูมิ

ของชิ้นงานที่เกิดขึ้นในขณะนั้นแลวแสดงผลสงออกมาที่หนาจอคอมพิวเตอรและบันทึกผล เพื่อติดตาม ตรวจสอบแนวโนมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิชิ้นงานในขณะตัดเฉือน

รูปที่ 1 การติดตั้งชุดการทดลองเก็บขอมูล 2. สภาวะการตัดเฉือน

วัสดุชิ้นงานทดลองใชวัสดุสเตนเลสเกรด 304^L มีสมบัติการนําความรอนที่ 16.2 ^W/m•K [11]

เครื่องมือตัดใชเปนดอกกัดคารไบดที่มีมุมเลื้อยแตกตางกันดังรูปที่ 2 และมีรายละเอียดในตารางที่ 1 และ เคลือบดวยวัสดุที่ตางกันคือ Titanium Aluminium Nitride (^TiAlN) และ Diamond Like Carbon

(^DLC) ที่มีสมบัติดังตารางที่ 2 รูปแบบการตัดเฉือนชิ้นงานแบบตัดดานขางคมตัด (Side Milling) บนเครื่องกัดอัตโนมัติแกนตั้งยี่หอ ^{Haas VM}02 ดวยคาตัวแปรการตัดเฉือนตามคําแนะนําของบริษัท ผูผลิตเครื่องมือตัด ดังตารางที่ 3 จากนั้นวัดคาความหยาบผิว (^Ra) ดวยเครื่องวัดความหยาบผิว

Mitutoyo SJ210 Stylus ISO 1997 ในแนวขนานกับทิศทางอัตราปอนตัดเฉือนแนวแกน ตรวจสอบ การสึกหรอของคมตัดดอกกัดดวยกลองอิเล็กตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscopy:

SEM) ในการทดลองครั้งนี้จะใชการออกแบบการทดลองแบบ 22 แฟคตอเรียล และมีจํานวน 3 ซํ้า รวมเปน 12 ชุดการทดลองเพื่อใหการทดลองมีความนาเชื่อถือทางสถิติ

รูปที่ 2 รูปรางมุมเลื้อย (^β) ของดอกกัด

เครื่องแปลงสัญญาณ ชิ้นงานทดลอง

สายเทอรโมคับเปล

คอมพิวเตอร

Paramet Baowan and Charnnarong Saikaew

ตารางที่ 1 ลักษณะและคารูปรางดอกกัด

รายละเอียด คา

ขนาดเสนผานศูนยกลาง (มม) 10

ความยาวคมตัด (มม) 25

มุมเลื้อย (^o) 30, 60

มุมหลบแนวแกน (^o) 4

มุมหลบแนวรัศมี (^o) 6

จํานวนฟน (ฟน) 4

ตารางที่ 2 สมบัติของสารเคลือบผิว

รายการ ^{TiAlN DLC}

ความหนาฟลม (ไมโครเมตร) 2.87 1.12

ความแข็ง (^Hv) 2300 3000

สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน 0.45 0.1

ตารางที่ 3 คาตัวแปรการตัดเฉือน

ตัวแปร คา

ความเร็วตัด: ^Vc (ม/นาที) 120

อัตราปอน: ^F (มม/ฟน) 0.05

ความลึกกัดแนวแกน: ^ap(มม) 20.0

ระยะปอนตัดแนวรัศมี: ^ae (มม) 0.2

ผลการทดลอง

1. อุณหภูมิของชิ้นงาน

การกัดอยางตอเนื่องถือวาเปนอีกหนึ่งปจจัยที่มีความสําคัญในการนําไปวิเคราะหเพื่อปรับปรุง กระบวนการกัดแบบดานขางใหมีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น ในสวนนี้เปนการอธิบายอิทธิพลที่เกิดขึ้นระหวาง ขนาดของมุมเลื้อยดอกกัดและชนิดของสารเคลือบที่มีผลตออุณหภูมิชิ้นงานขณะตัดเฉือนจากรูปที่ 3 (ก) - (ง) จะเห็นวาอุณหภูมิของชิ้นงานขณะตัดเฉือนมีแนวโนมสูงขึ้นเรื่อย ๆ ตามระยะทางการตัดเฉือนที่มากขึ้น ในแตละจุดที่มีการวัดอุณหภูมิของชิ้นงานขณะตัดเฉือนที่ระยะ 10 - 50 เมตร ^T1 - ^T5 ในแตละจุด การวัดอุณหภูมิของชิ้นงานจะเริ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อดอกกัดเคลื่อนที่ตัดเฉือนเขามาใกลจุดที่ฝงสาย เทอรโมคัปเปลไวในแตละชวงระยะการวัดจนมาสัมผัสกับจุดที่ฝงไวก็จะไดอุณหภูมิของชิ้นงานในขณะตัดเฉือน ที่ระยะการตัดเฉือนนั้น ๆ หลังจากผานจุดที่ฝงสายเทอรโมคับเปลไปแลวสัญญาณอุณหภูมิของจุดนั้น ก็จะดิ่งลงมาสูอุณหภูมิปกติ จากรูปที่ 3 (ก) - (ข) กราฟดอกกัดมุมเลื้อยขนาด 30^๐ และ 60^๐ ที่เคลือบ

ดวย ^TiAlN มีคาอุณหภูมิของชิ้นงานขณะตัดเฉือนแตกตางกัน สังเกตุจากคาอุณหภูมิชิ้นงานขณะตัดเฉือน ที่กัดดวยดอกกัดมุมเลื้อย 60^๐ มีคาสูงกวาดอกกัดมุมเลื้อย 30^๐ ทุกระยะการตัดเฉือน ซึ่งเปนไปตามหลักทฤษฎี

แหลงพลังงานความรอนที่มีปริมาณเปลี่ยนแปลงไปตามขนาดของมุมเลื้อย ในทํานองเดียวกันดอกกัดมุมเลื้อย ขนาด 30^๐ และ 60^๐ ที่เคลือบดวย ^TiAlN มีความเสถียรมากในการควบคุมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของชิ้นงาน สังเกตจากมีความแปรผันนอยสามารถรักษาระดับของอุณหภูมิของชิ้นงานขณะตัดเฉือนใหใกลเคียงกัน ตลอดระยะการตัดเฉือน เนื่องจากสารเคลือบ ^TiAlN มีความโดดเดนของความสามารถในการยึดเกาะที่ดี

และมีความแข็งทําใหสามารถตานทานการสึกหรอไดดีที่อุณหภูมิสูง [12] - [13]

(ก) มุมเลื้อย 30^o เคลือบ ^TiAlN

(ข) มุมเลื้อย 60^o เคลือบ ^TiAlN

(ค) มุมเลื้อย 30^o เคลือบ ^DLC

รูปที่ 3 อิทธิพลของมุมเลื้อยและสารเคลือบตออุณหภูมิชิ้นงานขณะตัดเฉือน

Paramet Baowan and Charnnarong Saikaew

(ง) มุมเลื้อย 60^o เคลือบ ^DLC

รูปที่ 3 อิทธิพลของมุมเลื้อยและสารเคลือบตออุณหภูมิชิ้นงานขณะตัดเฉือน (ตอ)

ในทางตรงกันขามดอกกัดมุมเลื้อยขนาด 30^๐ และ 60^๐ เคลือบดวยสารเคลือบ ^DLC มีอุณหภูมิ

ชิ้นงานขณะตัดเฉือนสูงกวาดอกกัดเคลือบดวย ^TiAlN อยางชัดเจนประมาณ 3 เทา ดังรูปที่ 3 (ค) - (ง) ดอกกัดมุมเลื้อยขนาด 30^๐ เคลือบดวยสารเคลือบ ^DLC มีแนวโนมสูงขึ้นอยางรวดเร็วจนกระทั่งถึง ระยะทางการตัดเฉือน 50 เมตร มีอุณหภูมิชิ้นงานขณะตัดเฉือนสูงถึง 275 ^oC จนเกิดการหลอมของเศษตัด เขาไปพอกติดที่คมตัด เชนเดียวกันกับดอกกัดมุมเลื้อยขนาด 60^๐ เคลือบดวยสารเคลือบ ^DLC มีอุณหภูมิ

ชิ้นงานขณะตัดเฉือนสูงถึง 250 ^oC อยางรวดเร็วเพียงแคระยะทางการตัดเฉือนแค 30 เมตร เกิดการหลอม ของเศษตัดเขาไปพอกติดที่คมตัดอยางรุนแรงจนทําใหดอกกัดไมสามารถตัดเฉือนตอไปไดอีก เนื่องมาจาก จุดดอยของวัสดุเคลือบ ^DLC ที่มีการยึดเกาะที่ไมดี [14] ทําใหไมสามารถปองกันการสึกหรอคมตัดจากการ ตัดเฉือนไดนานจึงเกิดการสึกหรออยางรวดเร็วนําไปสูการสูงขึ้นของอุณหภูมิของชิ้นงานขณะตัดเฉือน

จากรูปที่ 4 เปนที่นาประหลาดมากในการทดลองนี้เกิดการพอกติดของเศษที่คมตัดขึ้นกับดอกกัด ที่เคลือบดวย ^DLC เทานั้น ทั้งที่มีงานวิจัยจํานวนหนึ่งไดอธิบายวา ^DLC มีสมบัติโดดเดนอีกอยางหนึ่ง คือ คาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานตํ่าทําใหมีความลื่น [15] - [17] ซึ่งไมนาจะเกิดเหตุการณนี้ได อาจเปน เพราะงานวิจัยนี้เปนการตัดเฉือนแบบตอเนื่องเปนเวลานานจนทําใหชั้นเคลือบของ ^DLC ที่มีความบาง จนทําใหไมสามารถปองกันการสึกหรอไดนาน

รูปที่ 4 การพอกติดคมตัดของเศษตัดบนคมตัดดอกกัดเคลือบดวยวัสดุเคลือบ ^DLC

(ก) เศษตัดปกติ (ข) เศษตัดที่เกิดจากการพอก รูปที่ 5 รูปรางของเศษตัดที่ไดจากการตัดเฉือน

นอกจากนี้กอนเกิดการพอกอัดจนเครื่องมือตัดไมสามารถตัดเฉือนไดจะมีสัญญาณเตือนกอน โดยสามารถสังเกตไดจากลักษณะรูปรางของเศษตัดดังรูปที่ 5 (ก) - (ข) เปนความแตกตางกันของเศษตัด รูปที่ 5 (ก) เปนเศษตัดที่ไดจากการตัดเฉือนปกติทั่วไปที่มีรูปรางแบนยาวและมวนเปนเกลียวแตกตางจาก รูปที่ 5 (ข) เปนลักษณะเศษตัดที่เกิดจากการตัดเฉือนที่ไมสมบูรณเนื่องจากคมตัดเกิดการพอกอัดของเศษ

2. การสึกหรอของคมตัดดานขาง

คมตัดดานขางของดอกกัดเปนอีกปจจัยหลักที่มีอิทธิพลตออายุการใชงานของดอกกัดใน การกัดแบบดานขางเนื่องจากเปนสวนที่ใชตัดเฉือนวัสดุจึงกลายเปนตัวชี้วัดอายุการใชงานของดอกกัด จากรูปที่ 6 (ก) - (ฌ) เมื่อทําการทดลองกัดชิ้นงานอยางตอเนื่องจนกระทั่งระยะการตัดเฉือนที่ 50 เมตร ดอกกัดที่มีมุมเลื้อย 30^o และ 60^o ที่เคลือบดวย ^TiAlN และ ^DLC พบวาเกิดการสึกหรอที่ชัดเจน 2 ชนิด คือ การสึกหรอหลังคมตัด (Flank Wear) และการสึกหรอแบบแตกบิ่น (^Chipping) การสึกหรอแบบ หลังคมตัดเกิดบนดอกกัดที่เคลือบดวยสาร ^TiAlN การสึกหรอนี้ถือวาเปนการสึกหรอที่ไมมีความรุนแรง มากนัก สังเกตจากคมตัดที่มีการเปลี่ยนรูปรางนอยมากโดยเฉพาะดอกกัดมุมเลื้อย 60^o ดังรูปที่ 6 (ช), (ฌ) เนื่องจากดอกกัดที่มุมเลื้อยสูงจะเกิดแรงในการตัดเฉือนตํ่า [18] - [19] รวมไปถึงสมบัติของสารเคลือบ

TiAlN ที่มีความแข็งและยึดเกาะที่ดีทําใหประสิทธิภาพในการปองกันการสึกหรอของดอกกัดดีขึ้น ในขณะที่ดอกกัดที่เคลือบดวยสารเคลือบ ^DLC พบการสึกหรอแบบแตกบิ่นที่เกิดจากการที่

ปลายคมตัด ไมสามารถรับภาระแรงในการตัดเฉือนไดนานทําใหคมตัดเสียรูปอยางเห็นไดชัดตาม รูปที่ 6 (จ) - (ซ) เนื่องจากขอดอยของวัสดุเคลือบ ^DLC ที่มีการยึดเกาะที่ไมดี ทําใหไมสามารถปองกัน การสึกหรอของปลายคมตัดจากการตัดเฉือนไดนาน การสึกหรอแบบแตกบิ่นนี้สงผลกระทบตอดอกกัดที่มี

มุมเลื้อยสูงอยางมากเพราะที่มุมเลื้อยสูงนั้นมีปริมาณพื้นที่แหลงความรอนมาก เมื่อดอกกัดเกิดการแพรกระจาย ของรอยแตกบิ่นที่คมตัดทําใหการตัดเฉือนไมสมบูรณสงผลใหเกิดอุณหภูมิของชิ้นงานสูงขึ้นอยางรวดเร็ว จนทําใหเกิดความลมเหลวของการตัดเฉือนดังดอกกัดมุมเลื้อย 60^o เคลือบดวยสาร ^DLC ในการทดลองครั้งนี้

เมื่อวิเคราะหเชื่อมโยงไปถึงอุณหภูมิของชิ้นงานนอกจากปริมาณของพื้นที่แหลงความรอนแลว การสึกหรอแบบแตกบิ่นก็มีสวนทําใหอุณหภูมิของชิ้นงานเพิ่มสูงขึ้นดวย ซึ่งหมายรวมไปถึงอิทธิพล ชนิดของสารเคลือบที่จะตองมีความสามารถในการปองกันการเกิดการสึกหรอแบบนี้

Paramet Baowan and Charnnarong Saikaew

รูปที่ 6 การสึกหรอของคมตัดดอกกัดที่ตรวจสอบดวย ^SEM

(ก) ปลายคมตัดดอกกัดมุมเลื้อย 30^๐ (ข) ปลายคมตัดดอกกัดมุมเลื้อย 30^๐

เคลือบดวย ^DLC เคลือบดวย ^TiAlN

(ค) คมตัดดานขางดอกกัดมุมเลื้อย 30^๐ (ง) คมตัดดานขางดอกกัดมุมเลื้อย 30^๐

เคลือบดวย^DLC เคลือบดวย^TiAlN

(จ) ปลายคมตัดดอกกัดมุมเลื้อย 60^๐ (ช) ปลายคมตัดดอกกัดมุมเลื้อย 60^๐

เคลือบดวย^DLC เคลือบดวย^TiAlN

WD11.1mm 20.0kV x500

WD11.1mm 20.0kV x500 WD11.1mm 20.0kV x500

WD11.1mm 20.0kV x500 WD11.1mm 20.0kV x500

TiAlN, β= 30^o TiAlN, β= 30^o

TiAlN, β= 60^o DLC, β= 30^o

DLC, β= 60^o

WD11.1mm 20.0kV x500 DLC, β= 30^o

Chipping

Chipping

Chipping

Flank wear Flank wear

Flank wear

รูปที่ 6 การสึกหรอของคมตัดดอกกัดที่ตรวจสอบดวย ^SEM (ตอ)

สรุปผลการวิจัย

ดอกกัดมุมเลื้อยสูงจะทําใหอุณหภูมิของชิ้นงานในขณะตัดเฉือนเพิ่มสูงขึ้นตามเนื่องจากมีปริมาณของ พื้นที่แหลงความรอนมากกวาดอกกัดมุมเลื้อยตํ่า ในขณะที่ความแตกตางกันของวัสดุเคลือบก็มีผลทําให

อุณหภูมิของชิ้นงานในขณะตัดเฉือนแตกตางกันเชนกัน ดอกกัดเคลือบดวยวัสดุ ^TiAlN จะมีอุณหภูมิ

ของชิ้นงานในขณะตัดเฉือนตํ่ากวาดอกกัดเคลือบดวยวัสดุ ^DLC เนื่องจากสารเคลือบ ^TiAlN สามารถ ปองกันการสึกหรอของคมตัดดอกกัดไดดีกวาสารเคลือบ ^DLC การสึกหรอแบบแตกบิ่นซึ่งเปนการสึกหรอ ที่มีความรุนแรงสูงทําใหอุณหภูมิของชิ้นงานสูงขึ้นอยางรวดเร็ว นําไปสูความลมเหลวของดอกกัดในการ ตัดเฉือนจะเกิดขึ้นกับดอกกัดที่เคลือบดวยวัสดุ ^DLC กลาวไดวานอกจากการเพิ่มขึ้นของปริมาณพื้นที่

แหลงความรอนตามขนาดของมุมเลื้อยดอกกัดแลว ปจจัยที่มีผลกระทบตอการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของ ชิ้นงานมาจากการแพรกระจายของการสึกหรอแบบแตกบิ่นบนคมตัดดอกกัดในการกัดวัสดุสเตนเลส แบบดานขางคมตัดโดยไมใชสารหลอเย็น

กิตติกรรมประกาศ

ขอขอบพระคุณสํานักงานบัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยขอนแกน ในการใหการสนับสนุนทุนวิจัยในครั้งนี้

รหัสทุน 561^T212 References

[1] Muammer, N. and Yakup, Y. (2011). Eff ect of Cryogenic Cooling in Milling Process of AISI 304 Stainless Steel. Transections of Nonferrous Metals Society of China. Vol. 21, pp. 72-79.

DOI: 10.1016/S1003-6326(11)60680-8

(ซ) คมตัดดานขางดอกกัดมุมเลื้อย 60^๐ (ฌ) คมตัดดานขางดอกกัดมุมเลื้อย 60^๐

เคลือบดวย^DLC เคลือบดวย^TiAlN

WD11.1mm 20.0kV x500 WD11.1mm 20.0kV x500

TiAlN, β= 60^o DLC, β= 60^o

Chipping Flank wear

Paramet Baowan and Charnnarong Saikaew

[2] Cordes, S. E. (2012). Thermal Stability of γ-alumina PVD Coatings and Analysis of Their Performance in Machining of Austenitic Stainless Steels. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. Vol. 5, pp. 20-25. DOI: 10.1016/j.cirpj.2011.11.003

[3] Munoz-Escalona, P., Shokrani, A., and Newman, S. T. (2015). Infl uence of Cutting Environments on Surface Integrity and Power Consumption of Austenitic Stainless Steel. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. Vol. 36, pp. 60-69. DOI: 10.1016/j.rcim.2014.12.013 [4] Emel Kuram, Babur Ozcelik, Mahmut Bayramoglu, Erhan Demirbas, and Bilgin Tolga Simsek.

(2013). Optimization of Cutting Fluids and Cutting Parameters During end Milling by using D-optimal Design of Experiments. Journal of Cleaner Production. Vol. 42, pp. 159-166 [5] Deng Jianxin, Zhou Jiantou, Zhang Hui, and Yan Pei. (2011). Wear Mechanisms of Cemented

Carbide Tools in Dry Cutting of Precipitation Hardening Semi-Austenitic Stainless Steels.

Wear. Vol. 270, Issue 7-8, pp. 520-527. DOI: 10.1016/j.wear.2011.01.006

[6] Endrino, J. L., Fox-Rabinovich, G. S., and Gey, C. (2005). Hard AlTiN, AlCrN PVD Coatings for Machining of Austenitic Stainless Steel. Surface and Coatings Technology. Vol. 200, Issue 24, pp. 6840-6845. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.10.030

[7] Li Chen, Yong Du, Xiang Xiong, Ke K. Chang, and Ming J. Wu. (2011). Improved Properties of Ti-Al-N Coating by Multilayer Structure. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. Vol. 29, Issue 6, pp. 681-685. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2011.05.001

[8] Dirk Biermann, Markus Steiner, and Eugen Krebs. (2013). Investigation of Diff erent Hard Coatings for Micromilling of Austenitic Stainless Steel. Procedia CIRP. Vol. 7, pp. 246-251. DOI:

10.1016/j.procir.2013.05.042

[9] Sen Lin, Fangyu Peng, Jie Wen, Yizhi Liu, and Rong Yan. (2013). An Investigation of Workpiece Temperature Variation in end Milling Considering Flank Rubbing Eff ect. International Journal of Machine Tools and Manufacture. Vol. 73, pp. 71-86. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2013.05.010 [10] Baowan, P., Saikaew, C., and Wisitsoraat, A. (2017). Infl uence of Helix Angle on Tool

Performances of TiAlN and DLC-Coated Carbide end Mills for Dry Side Milling of Stainless Steel. International Journal Advanced Manufacturing Technology. Vol. 90, Issue 9-12, pp. 3085-3097. DOI: 10.1007/s00170-016-9601-5

[11] Peckner, D. and Bernstein, I. M. (1977). Handbook of Stainless Steels. McGraw-Hill Book Company. New York

[12] Prengel, H. G., Santhanam, A. T., Penich, R. M., Jindal, P. C., and Wendt, K. H. (1997).

Advanced PVD-TiAlN Coatings on Carbide and Cermet Cutting Tools. Surface and Coatings Technology. Vol. 94-95, pp. 597-602. DOI: 10.1016/S0257-8972(97)00503-3

[13] Jindal, P. C., Santhanam, A. T., Schleinkofer, U., and Shuster A. F. (1999). Performance of PVD TiN, TiCN, and TiAlN Coated Cementedcarbide Tools in Turning. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. Vol. 17, pp. 163-170. DOI: 10.1016/s0263-4368(99)000086

[14] James, C., Sung, Ming-Chi Kan, and Michael Sung. (2009). Fluorinated DLC for Tribological Applications. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. Vol. 27, pp. 421-426

[15] Haruyo Fukui, Junya Okida, Naoya Omori, Hideki Moriguchi, and Keiichi Tsuda. (2004).

Cutting Performance of DLC Coated Tools in Dry Machining Aluminum Alloys. Surface and Coatings Technology. Vol. 187, pp. 70-76. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.01.014

[16] Robertson, J. (1999). Deposition and Properties of Diamond Like Carbon. Materials Research Society Symposium Proceedings. Vol. 555, pp. 12. DOI: 10.1557/PROC-555-291

[17] Yunn-Shiuan Liao, Ting-Chang Lin, Cheng-Yu Lai, Yen-Liang Chen, Hao-Hueng Chang, Chun-Pin Lin. (2014). Cutting Performance of Diamond-Like Carbon Coated Tips in Ultrasonic Osteotomy. Journal of Dental Sciences. Vol. 9, Issue 1, pp. 63-68. DOI: 10.1016/j.jds.2013.02.014 [18] Ema, S. and Davies, R. (1989). Cutting Performance of End Mills with Diff erent Helix Angles.

International Journal of Machine Tools and Manufacture. Vol. 29, Issue 2, pp. 217-227.

DOI: 10.1016/0890-6955(89)90033-3

[19] Omar, O. E. E. K., El-Wardany, T., and Elbestawi, M. A. (2007). An Improved Cutting Force and Surface Topography Prediction Model in End Milling. International Journal of Machine Tools and Manufacture. Vol. 47, Issue 7-8, pp. 1263-1275. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2006.08.021