CUTTING TOOL PERFORMANCE IN TURNING OF AL 7075-T651 ALUMINIUM ALLOY

Abstract

 Recently, almost 70% of a commercial jetliner’s airframe is made of aluminium alloys. It is predicted that the application of aluminium alloy is to increase up to 65% by the year 2025. They are typically used because of their high strength to weight ratio. However, there are some drawbacks during machining aluminium alloy such as the adhesion wear and built-up edge (BUE) formation that can shorten tool life. As the tool wears, the machining performance, surface roughness, and cutting tool life are affected significantly. A lot of studies were conducted in order to minimize this critical issue. This project presents a study of the cutting tool performance of an uncoated carbide tool in dry turning operation on Al 7075-T651, in which the tool wear rate, volume of material removed, wear mechanism, and surface roughness were investigated. The machining tests were conducted on a CNC lathe machine to obtain the tool wear and surface roughness of the machined work piece. The average flank wear was measured using a digital microscope, whereas the wear mechanism was observed using a Scanning Electron Microscope (SEM). The average surface roughness (Ra) was measured using a surface roughness tester. The cutting time for this experiment was fixed at 40 minutes and all the results were analysed within this time range to evaluate the tool performance in the turning of Al 7075-T651. The results revealed that the tool performs better at low cutting speed, 250 m/min, by reducing the tool wear rate by 33%. The cutting speed of 250 m/min also contributed to 71% higher volume of material removed during the machining tests. The dominant type of wear found was flank wear, while the main principal of wear mechanism is adhesion. At higher cutting speed, the surface roughness was improved. Based on the results, it can be concluded that high cutting tool performance is achieved when low tool wear growth rate, high volume of material removal, and low surface roughness during turning operation are obtained.

ABSTRAK: Kebelakangan ini, hampir 70% kerangka pesawat udara komersil diperbuat daripada aloi aluminium. Penggunaan aloi aluminum ini dijangka meningkat sehingga 65% pada tahun 2025. Ia biasa digunakan kerana nisbah kekuatan kepada berat yang tinggi. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kekurangan semasa pemesinan aloi aluminum ini iaitu pemakaian pelekat dan pembentukan binaan tepi (BUE) yang mengurangkan jangka hayat mata alat. Apabila mata alat menjadi haus, prestasi mesin, kekasaran permukaan, dan jangka hayat mata alat pemotong terjejas dengan ketara. Banyak kajian telah dijalankan bagi mengurangkan isu kritikal ini. Projek ini mengkaji prestasi mata alat pemotong karbida tidak bersalut dalam operasi mesin larik kering pada Al 7075-T651, di mana kadar haus mata alat, kuantiti bahan yang dibuang, mekanisme haus dan kekasaran permukaan telah diselidiki. Ujian pemesinan dijalankan pada mesin CNC mesin larik bagi mendapatkan kadar haus mata alat dan kekasaran permukaan material yang dimesin. Purata haus pengapit mata alat diukur dengan menggunakan mikroskop digital, manakala mekanisme haus dipantau menggunakan Mikroskop Elektronik Pengimbas (SEM). Purata kekasaran permukaan (Ra) diukur menggunakan alat penguji kekasaran permukaan. Tempoh masa pemotongan bagi eksperimen ini telah ditetapkan pada 40 minit dan semua keputusan telah dianalisa dalam tempoh masa ini bagi menilai prestasi mata alat dalam melarik Al 7075-T651. Hasil menunjukkan prestasi mata alat lebih baik pada kelajuan pemotongan rendah, 250 m/min dengan mengurangkan kadar haus mata alat sehingga 33%. Kelajuan pemotongan 250 m/min juga menyumbang kepada 71% peningkatan ke atas jumlah bahan yang dibuang semasa ujian pemesinan. Jenis haus yang dominan telah ditemui pada pengapit mata alat, manakala mekanisme haus yang utama adalah lekatan. Pada kelajuan pemotongan yang tinggi, kekasaran permukaan didapati lebih baik. Berdasarkan keputusan, dapat disimpulkan bahawa prestasi mata alat pemotong yang bagus dapat dicapai apabila kadar haus mata alat adalah rendah, jumlah penyingkiran bahan yang tinggi dan kekasaran permukaan yang rendah semasa operasi pelarikan dijalankan.

ABSTRAK: Kebelakangan ini, hampir 70% kerangka pesawat udara komersil diperbuat daripada aloi aluminium. Penggunaan aloi aluminum ini dijangka meningkat sehingga 65% pada tahun 2025. Ia biasa digunakan kerana nisbah kekuatan kepada berat yang tinggi. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kekurangan semasa pemesinan aloi aluminum ini iaitu pemakaian pelekat dan pembentukan binaan tepi (BUE) yang mengurangkan jangka hayat mata alat. Apabila mata alat menjadi haus, prestasi mesin, kekasaran permukaan, dan jangka hayat mata alat pemotong terjejas dengan ketara. Banyak kajian telah dijalankan bagi mengurangkan isu kritikal ini. Projek ini mengkaji prestasi mata alat pemotong karbida tidak bersalut dalam operasi mesin larik kering pada Al 7075-T651, di mana kadar haus mata alat, kuantiti bahan yang dibuang, mekanisme haus dan kekasaran permukaan telah diselidiki. Ujian pemesinan dijalankan pada mesin CNC mesin larik bagi mendapatkan kadar haus mata alat dan kekasaran permukaan material yang dimesin. Purata haus pengapit mata alat diukur dengan menggunakan mikroskop digital, manakala mekanisme haus dipantau menggunakan Mikroskop Elektronik Pengimbas (SEM). Purata kekasaran permukaan (Ra) diukur menggunakan alat penguji kekasaran permukaan. Tempoh masa pemotongan bagi eksperimen ini telah ditetapkan pada 40 minit dan semua keputusan telah dianalisa dalam tempoh masa ini bagi menilai prestasi mata alat dalam melarik Al 7075-T651. Hasil menunjukkan prestasi mata alat lebih baik pada kelajuan pemotongan rendah, 250 m/min dengan mengurangkan kadar haus mata alat sehingga 33%. Kelajuan pemotongan 250 m/min juga menyumbang kepada 71% peningkatan ke atas jumlah bahan yang dibuang semasa ujian pemesinan. Jenis haus yang dominan telah ditemui pada pengapit mata alat, manakala mekanisme haus yang utama adalah lekatan. Pada kelajuan pemotongan yang tinggi, kekasaran permukaan didapati lebih baik. Berdasarkan keputusan, dapat disimpulkan bahawa prestasi mata alat pemotong yang bagus dapat dicapai apabila kadar haus mata alat adalah rendah, jumlah penyingkiran bahan yang tinggi dan kekasaran permukaan yang rendah semasa operasi pelarikan dijalankan.