Prestasi Perkakas Pemotong Karbida Bersalut Semasa Pengisaran Inkonel 718 Dalam Keadaan Kuantiti Pelincir Minimum.
i
PRESTASI PERKAKAS PEMOTONG KARBIDA BERSALUT SEMASA
PENGISARAN INKONEL 718 DALAM KEADAAN KUANTITI
PELINCIR MINIMUM
MOHD SHAHIR BIN KASIM
TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH
DORTOR FALSAFAH
FAKULTI KEJURUTERAAN DAN ALAM BINA
UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA
BANGI
2014
ii
PENGAKUAN
Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang
setiap satunya telah saya jelaskan sumbernya.
3 Mac 2014
MOHD SHAHIR KASIM
P49065
iii
PENGHARGAAN
Setinggi tinggi kesyukuran tak terhingga kepada Allah S.W.T dengan limpah
rahmatnya memberikan keizinan dalam menyiapkan kajian ini. Jutaan terima kasih
yang tidak terbalas kepada penyelia utama, Prof. Dr. Che Hassan Che Haron atas
bimbingan, nasihat dan bantuan dalam menjayakan kajian ini. Tidak dilupakan,
penyelia bersama Prof. Dr. Jaharah Abdul Ghani yang telah banyak membantu dari
segi pandangan hala tuju ujikaji dan penulisan.
Penulis ingin mengucapkan ribuan terima kasih kepada Universiti Teknikal
Malaysia Melaka, Universiti Kebangsaan Malaysia di atas peruntukan peralatan dan
bantuan teknikal dan kewangan terutamanya Kementerian Pengajian Tinggi melalui
peruntukan penyelidikan UKM-GUP-BTT-07-25-171. Begitu juga kepada pegawai
sains dan juruteknik makmal pembuatan bahan termaju Jabatan Mekanik dan Bahan
dan rumah haiwan; En. Rohaizat, En. Rosli, En. Faizul, En. Faizal, En. Rusli dan En.
Zaki. Ucapan penghargaan kepada PPS dan CRIM terutamanya kepada
Allahyarhamah Pn. Aisyah yang telah banyak berjasa membantu dari segi
pentadbiran, semoga Allah S.W.T mencucuri rahmat kepada Almarhumah. Terima
kasih kepada staf urusetia siswazah, Fakulti Kejuruteraan Alam Bina terutamanya
kepada En. Munawar dan Pn. Normah. Sekalung penghargaan kepada Perpustakaan
Tun Sri Lanang dan staf dalam penyediaan bahan rujukan. Terima kasih juga saya
ucapkan kepada sahabat; En. Amri, En. Zaid, En. Gusri, En. Yanuar, En Yasir dan Pn.
Siti Haryani dalam memberi cadangan dalam kesempurnaan ujikaji ini.
Ucapan jutaan terima kasih tidak ternilai kepada Ibunda dan Ayahanda
tersayang Hamidah Bte. Hj Hashim dan Kasim Bin Jasin yang sentiasa mendoakan di
sepanjang pengajian ini. Terima kasih kepada isteri tercinta, Normah Othman, dan
anak-anak; Muhammad Sharifuddin, Nur Shakirah dan Muhammad Shamil keatas
pengorbanan, kesabaran dan dorongan semangat. Semoga Allah S.W.T membalas jasa
baik kalian. Terakhir sekali diharapkan semoga tesis ini memberi manfaat kepada
sesiapa sahaja demi kebaikan umat.
iv
ABSTRAK
Inkonel merupakan salah satu dari keluarga aloi berasaskan Nikel. Ianya telah
digunakan secara meluas di dalam bidang aeroangkasa, jana kuasa tenaga nuklear dan
petrokimia disebabkan ciri-ciri istimewa bahan ini yang berkemampuan bertahan pada
penggunaan suhu tinggi. Inkonel dikenali sebagai bahan sukar dimesin disebabkan
sifat bahannya yang pelelas, keras dan kadar kebelaliran terma yang rendah. Ujikaji
ini memfokuskan prestasi perkakas pemotong karbida dan kebolehmesinan Inkonel
yang terdiri dari hayat mata alat, keutuhan permukaan dan daya pemotongan yang
dijalankan dalam keadaan pelincir kuantiti minimum dengar kadar 50 ml/min. Ujikaji
ini dijalankan berdasarkan kaedah metodologi permukaan sambutan (RSM) yang
menggunakan pendekatan Box Behnken untuk melihat kesan faktor bersandar
terhadap sambutan. Empat faktor dengan tiga peringkat yang dikaji menyasarkan
jumlah 29 ujikaji. Faktor yang diambil kira dalam ujian ini ialah halaju pemotongan,
Vc (100 – 140 m/min), kadar suapan (0.1 - 0.2 mm/gigi), kedalaman pemotongan
paksi (0.5 – 1 mm) dan kedalaman pemotongan jejari (0.2 - 1.8 mm). Perkakas
pemotong yang dipilih adalah jenis berbola yang dibuat dari tungsten karbida (WC10% Co) dan disalut secara pengendapan wap fizik (PVD) dengan TiAlN dan AlCrN.
Melalui kajian ini, haus rusuk setempat, VB3 didapati mod kegagalan yang paling
dominan berbanding mod haus yang lain. Pembentukan VB3 ini disebabkan oleh haus
takuk. Oleh yang demikian, nilai VB3 dipilih sebagai penentuan kegagalan mata alat
apabila nilai had haus mencecah 0.5 mm. Pencerapan haus dilakukan dengan
menggunakan mikroskop pembuat mata-alat, manakala kekasaran permukaan diukur
menggunakan Pengukur kekasaran permukaan Mahr Perthometer. Daya yang terhasil
semasa proses pemotongan diukur dan direkodkan menggunakan dynamometer
Kistler model 5070A. Ketika proses pemotongan, didapati berlaku pembentukan
serpihan yang berubah dari serpihan individu pada awal pemesinan kepada serpihan
berkembar sebagai penanda zon kritikal di akhir hayat perkakas. ANOVA digunakan
untuk kenal pasti kesan faktor yang signifikan terhadap respons. Melalui analisis yang
dilakukan, didapati kedalaman pemotongan jejari adalah yang paling mempengaruhi
jangka hayat mata alat, selain daripada laju pemotongan, kadar suapan dan kedalaman
pemotongan paksi. Bagi analisis kekasaran permukaan, didapati gabungan antara
kadar suapan dan kedalaman pemotongan jejari merupakan yang paling signifikan
yang menentukan nilai kekasaran permukaan. ANOVA terakhir mendapati daya
paduan secara signifikan dipengaruhi oleh kedalaman pemotongan jejari dan paksi.
Model matematik dibangunkan berdasarkan ketiga-tiga sambutan; hayat mata alat,
kekasaran permukaan dan daya paduan dengan kadar purata ralat 5.2 min (25%),
0.01 µm (4%) dan 6.6 N (2%). Ralat yang besar untuk jangka hayat perkakas
disebabkan fenomena kerosakan perkakas yang berlaku berdasarkan kebarangkalian.
Peluang haus takuk mencapai nilai 0.5 mm didapati lebih tinggi pada nilai kedalaman
jejari yang besar, Kombinasi parameter optimum yang menghasilkan sambutan yang
paling dikehendaki ialah Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.5 mm dan ae =
0.66 mm yang menghasilkan jangka hayat 59.4 min, kekasaran serendah 0.262 µm,
daya gabungan 221 N dengan jumlah maksimum bahan dibuang sebanyak 9029 mm3.
Daripada kajian ini, walaupun Inkonel ini sukar dimesin, penggunaan mata pemotong
telah diminimumkan untuk pemesinan akhir sambil mengekalkan kekasaran
permukaan yang baik.
v
CUTTING PERFORMANCE OF COATED CARBIDE TOOL IN HIGH
SPEED END MILLING OF AGED INCONEL 718 UNDER
MINIMUM QUANTITY LUBRICATION CONDITION
ABSTRACT
Inconel is a nickel-based alloy that is widely used in aerospace industry, nuclear
power plant, and petrochemical industry due to its special characteristic that can
withstand at elevated-temperature application. Inconel is well known as difficult to
machine material because of abrasiveness, high hardness and low thermal
conductivity. This research is focused on the cutting tool performance when
machining Inconel that consist of tool life, surface roughness and cutting force under
the application of minimum quantity lubrication (50 ml/min). The response surface
methodology (RSM) using the Box–Behnken design was used to conduct the
experiment and analyse the relationship between control variables and responses. A
total of 29 experiments were conducted with four factors at three levels each. The
investigated milling parameters were cutting speed (100 - 140 m/min), feed rate (0.1 0.2 mm/tooth), axial depth of cut (0.5 – 1.0 mm) and radial depth of cut (0.2 1.8 mm). The PVD coated of TiAlN and AlCrN ball nose tungsten carbide (WC10%Co) cutting tools were tested in this study. From the study, it was found that the
localized flank wear,VB3 was the dominant mode of failure. The occurrence of VB3
was due to the notch wear, thus, VB3 was selected as failure criterion of the cutting
tool with 0.5 mm of wear limit. Tool wear observation was done using a tool maker
microscope, while the surface roughness was measured using a Mahr Perthometer
Talysurf. Cutting forces during milling operation were measured and recorded by
dynamometer Kistler model 5070A. During machining, it was observed that the chips
formation changed from complete single type at the early stage to incomplete segment
at final stage of tool wear, which could be an indicator for tool life critical zone.
ANOVA was used to identify the significant effect of the factors on the response.
Based on the analysis, radial depth of cut was found to be the most significant factor
for tool life followed by the cutting speed, feed rate and axial depth of cut. In surface
roughness analysis, it was found that the radial depth of cut mitigates the effect of feed
rate. The interaction between radial depth of cut and feed rate significantly affects the
surface roughness. In addition, ANOVA analysis revealed that the resultant forces
were significantly affected by interaction between radial and axial depth of cut. The
mathematical models were developed for these three responses; tool life, surface
roughness and resultant force with an average error of 5.2 min (25%), 0.01 µm (4%)
and 6.6 N (2%) respectively. The tool life error is considered high because of tool
failure are phenomena based on probability. The chance of the notch wear to reach
0.5mm during wear progression was high during high width of cut. The optimum
responses were achieved for tool life of 59.4 min, surface roughness of 0.262 µm,
resultant force of 221N and 9029 mm3 of maximum material removal when milling at
Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/tooth, ap = 0.5 mm and ae = 0.66 mm. From this
research, even though Inconel is a difficult machined material, the cutting tool
consumption is substantially minimized in finishing process while maintaining a good
surface finish.
vi
KANDUNGAN
Halaman
PENGAKUAN
ii
PENGHARGAAN
iii
ABSTRAK
iv
ABSTRACT
v
KANDUNGAN
vi
SENARAI JADUAL
x
SENARAI RAJAH
xii
SENARAI SINGKATAN
xxi
SENARAI SIMBOL
xxiii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Penyataan Masalah
3
1.3
Objektif Kajian
6
1.4
Skop Kajian
6
1.5
Sumbangan Ilmu
7
1.6
Organisasi Tesis
7
BAB II
KAJIAN KEPUSTAKAAN
2.1
Pengenalan
2.1.1 Asas proses pengisaran
2.1.2 Penilaian prestasi proses pengisaran
2.1.3 Kesan laju pemotongan terhadap hayat mata-alat, daya
dan kemasan permukaan terpotong
2.1.4 Kesan kadar suapan terhadap kekasaran permukaan
2.1.5 Kesan kedalaman pemotongan terhadap kekasaran
permukaan
2.1.6 Pemesinan kelajuan tinggi (HSM)
2.1.7 Mata-alat pemotong untuk pemesinan Inkonel
2.1.8 Geometri Mata-alat
9
10
13
14
15
15
16
18
19
vii
2.2
Bahan Mata-Alat Perkakas
2.2.1 Mata-alat salutan karbida
21
21
2.3
Bahan Inkonel
2.3.1 Pengkelasan Inkonel
2.3.2 Kebolehmesinan Inkonel
24
25
26
2.4
Pemesinan Pelinciran Kuantiti Minimum (MQL)
28
2.5
Reka Bentuk Ujikaji
2.5.1 Proses pengoptimuman
2.5.2 Metodologi permukaan sambutan (RSM)
2.5.3 Analisis Regresi
2.5.4 Analisis ANOVA
2.5.5 Penggunaan RSM dalam proses pengoptimuman dan
pemodelan
2.5.6 Pembinaan model matematik
33
33
35
36
37
39
2.6
Prestasi Mata-Alat dan Mekanisma Haus
2.6.1 Haus rekatan
2.6.2 Haus geseran
2.6.3 Haus lelasan
2.6.4 Haus pengoksidaan
2.6.5 Haus resapan
41
46
46
47
47
47
2.7
Keutuhan Permukaan
2.7.1 Tekstur permukaan
48
50
2.8
Daya Pemotongan
52
2.9
Pembentukan Serpihan
55
2.10
Ringkasan
56
BAB III
METODOLOGI PENYELIDIKAN
3.1
Pendahuluan
60
3.2
Bahan Ujikaji
3.2.1 Mata-alat
3.2.2 Benda-kerja (Inkonel 718)
63
63
65
3.3
Peralatan
3.3.1 Kelengkapan untuk mesin
3.3.2 Kelengkapan untuk ukuran data ujikaji
3.3.3 Kelengkapan untuk analisis
3.3.4 Kelengkapan untuk persiapan sampel
68
68
68
71
76
3.4
Persediaan Ujikaji Pemesinan
3.4.1 Parameter pemotongan
78
78
39
viii
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.4.5
3.4.6
3.4.7
Prosedur pemesinan
Sistem penyejukan
CNC mesin
Pengukuran kekasaran
Pengukuran daya
Pengukuran metalurgi permukaan
81
83
85
87
88
89
3.5
Analisis RSM
3.5.1 Reka bentuk Box-Behnken
3.5.2 Analisis Varians (ANOVA)
89
89
92
3.6
Pengesahan
95
BAB IV
KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
4.1
Pengenalan
96
4.2
Hayat Mata-Alat Bersalut
4.2.1 Analisis varians bagi jangka hayat mata-alat
menggunakan kaedah RSM
4.2.2 Pembangunan model matematik untuk jangka hayat
bagi mata-alat karbida bersalut PVD
97
4.3
Kekasaran Permukaan
4.3.1 Analisis varians bagi kekasaran permukaan
4.3.2 Pembangunan model matematik kekasaran permukaan
105
107
108
4.4
Daya Pemotongan
4.4.1 Analisis varians bagi daya pemotongan alat
4.4.2 Pembangunan model matematik untuk daya paduan bagi
mata-alat karbida bersalut PVD
121
124
125
4.5
Pengomptimuman Parameter Pengisaran Menggunakan
Kaedah Rsm
4.5.1 Pengoptimuman jangka hayat mata-alat
4.5.2 Pengoptimuman kekasaran permukaan
4.5.3 Pengoptimuman daya pemotongan
4.5.4 Pengoptimuman objektif berbilang sambutan
135 pengisaran menggunakan mata-alat
130
132
132
134
4.6
Kesahan Model Bagi Sambutan Berbilang
137
4.7
Ragam Kegagalan
4.7.1 Bopeng dan penyerpihan
4.7.2 Haus rusuk
4.7.3 Haus takuk
4.7.4 Pengepingan
4.7.5 Kegagalan patah
141
147
149
153
155
157
98
99
ix
4.8
Mekanisma Haus Mata-Alat Berkabida
4.8.1 Haus Geseran dan Lelasan
4.8.2 Haus Rekatan
4.8.3 Retakan lesu mekanikal
160
160
162
165
4.9
Perubahan Struktur Mikro
166
4.10
Pembentukan Serpihan
4.10.1 Perbezaan bentuk serpihan
4.10.2 Perbezaan permukaan serpihan
4.10.3 Kesan haus pada pembentukan serpihan
4.10.4 Kekerasan mikro serpihan
172
175
177
178
182
4.11
Model Lokasi Berlakunya Pembentukan Bopeng
4.11.1 Pengesahan model matematik
183
188
4.12
Ekonomi Pemesinan
191
BAB V
KESIMPULAN DAN CADANGAN
5.1
Kesimpulan
197
5.2
Cadangan Kajian Pada Masa Hadapan
199
RUJUKAN
200
SENARAI PENERBITAN
217
x
SENARAI JADUAL
No. Jadual
Halaman
2.1
Komposisi Inkonel mengikut gred
24
2.2
Sifat aloi Inkonel 718
25
2.3
Faktor-faktor yang dikaji oleh pengkaji terdahulu ketika
pengisaran Inkonel 718
58
3.1
Geometri mata-alat sisip karbida
64
3.2
Kandungan dan Sifat Mekanik dan Fizik sisip mata-alat
tungsten karbida
64
3.3
Kandungan bahan benda-kerja Inkonel 718
67
3.4
Sifat-sifat fizikal Inkonel 718
67
3.5
Sifat mekanik Inkonel 718 pada suhu berbeza
67
3.6
Keadaan pemotong berubah
79
3.7
Keadaan pemesinan tetap
80
3.8
Kekerasan Inkonel sebelum dan selepas rawatan panas
82
3.9
Reka bentuk matriks Box-Behnken untuk 4 faktor
91
4.1
Hayat mata-alat mata bebola bagi pengisaran Inkonel 718
97
4.2
Analisis varian bagi jangka hayat mata-alat
98
4.3
Ralat antara nilai anggaran dan sebenar jangka hayat mata-alat
99
4.4
Keputusan kekasaran permukaan
106
4.5
ANOVA bagi kekasaran permukaan
108
4.6
Nilai kekasaran permukaan
109
4.7
Pengukuran daya pemotongan, daya suapan, daya tusukan
dan daya paduan
123
4.8
ANOVA bagi daya paduan
124
4.9
Perbezaan antara nilai sebenar dengan nilai anggaran model
125
xi
4.10
Sasaran kriteria bagi mencari sambutan optimum
131
4.11
Penentuan optimum untuk jangka hayat
132
4.12
Pengoptimuman untuk kekasaran yang rendah
133
4.13
Daya yang dicadangkan bagi memenuhi objektif daya
yang rendah
134
4.14
Parameter penyelesaian optimum yang dicadangkan
136
4.15
Perbandingan kesan optimum individu dengan optimum
berbilang
136
4.16
Perbandingan pengiraan daya paduan jangkaan dengan ujikaji
sebenar
141
4.17
Kos mata-alat dalam ujikaji semasa
192
4.18
Kos mata-alat oleh pengkaji terdahulu
193
4.19
Produktiviti dalam pengisaran Inkonel semasa
193
4.20
Produktiviti dalam pengisaran Inkonel oleh pengkaji terdahulu
194
4.21
Kos bagi setiap pemesinan 100 cm3 Inkonel 718
196
4.22
Kos bagi setiap pemesinan 100 cm3 Inkonel 718
oleh pengkaji terdahulu
197
xii
SENARAI RAJAH
No. Rajah
Halaman
2.1
Faktor yang mempengaruhi pemboleh ubah bersandar output
pemesinan Inkonel 718.
10
2.2
Keadaan ketika operasi pemotongan dan terminologi
11
2.3
Haus rusuk melawan masa pada laju pemotongan yang berbeza
14
2.4
Julat pemotong berkelajuan tinggi mengikut jenis bahan
17
2.5
Perbandingan antara pemesinan konvensional dan HSM
terhadap suhu yang terjana
17
2.6
Kelebihan salutan TiAlN/AlCrN berbanding salutan lain
23
2.7
Hubung kait antara suhu Inkonel dan kekerasan Vickers
27
2.8
Susunan skematik MQL
31
2.9
Kedudukan nozel dan hubungan dengan arah suapan
32
2.10
Hubung kait korelasi pearson
36
2.11
Progresif berlakunya kegagalan sesuatu mata-alat pemotong
42
2.12
Pertumbuhan haus rusuk tipikal ketika proses pemesinan logam;
(a) haus rusuk melawan masa pemotongan (b) haus rusuk
melawan jarak pemotongan
44
2.13
Gambar SEM bentuk sabit pada permukaan pengisaran
51
2.14
Perbezaan ketinggian juring antara (a) 0° dan (b) 15°, dengan fz
dan ap 0.2 mm
51
2.15
Daya yang terhasil melalui pelbagai strategi pengisaran;
(a) pengisaranhujung rata menaik (b) pengisaran hujung rata
menurun (c) daya pengisaran celah paksi x dan y (d) daya
pemotong dan tangen untuk pengisaran celah
53
2.16
Komponen daya yang terlibat ketika pengisaran hujung dengan
satu mata-alat; (a) pemotongan menaik (b) pemotongan menurun
54
2.17
Kesan kadar pembuangan bahan terhadap hayat mata-alat
daripada penyelidik terdahulu
59
xiii
3.1
Carta-K untuk ujikaji pengisaran Inkonel 718
61
3.2
Diagram skematik keseluruhan ujikaji dan penemuan
62
3.3
Mata-alat bebola TiAlN/AlCrN
63
3.4
Skema rawatan panas penuaan
66
3.5
Perbezaan sebelum dan selepas rawatan panas penuaan berganda
66
3.6
Kawalan berangka berkomputer DMC 635 V Eco
68
3.7
Mikroskop pembuat mata-alat
69
3.8
Pengukur kekasaran permukaan
70
3.9
Penguat cas berjenama Kistler model 5070A dengan jumlah
8 saluran
70
3.10
Paparan daya tiga paksi melalui perisian DynoWare
71
3.11
Mikroskop imbasan elektron (SEM)
72
3.12
Mikroskop pelbagai tekanan imbasan elektron (VPSEM)
72
3.13
Pengukur kekerasan Rockwell
73
3.14
Alat penguji mikro kekerasan
74
3.15
Set kamera berkelajuan tinggi
75
3.16
Pengesahan nilai keterpancaran 0.19 dengan membandingkan
dengan termometerinfra-merah
76
3.17
Proses untuk pemotongan sampel; (a) pemotongan berlian
mikro jitu (b) pelarasan sampel kepada kedudukan yang
dikehendaki
77
3.18
Proses lekap panas spesimen bagi persiapan melihat struktur
mikro; (a) mesin lekap panas (b) spesimen yang sudah dilekap
panas
77
3.19
Mesin canai dan gilap; (a) canai secara automatik (b) canai secara 78
manual
3.20
Kedudukan benda-kerja dan pemotong sewaktu proses pengisaran 80
3.21
Kemasukan data ke dalam mesin dalam mod MDI; (a) paparan
program (b) panel kemasukan kod-G
81
xiv
3.22
Pemeriksaan jajaran pada mata-alat sebelum memulakan ujikaji;
(a) pemeriksaan jajaran jejari (b) pemeriksaan jajaran paksi
82
3.23
Alat yang digunakan untuk menentukan datum benda-kerja
(a) pengeset paksi bermagnet untuk paksi Z (b) pencari pinggir
untuk paksi x dan y
83
3.24
Kawalan denyutan diset untuk menghasilkan 50 ml/jam
84
3.25
Kedudukan nozel MQL
84
3.26
Kedudukan mata-alat ketika proses ukuran yang terdedah
kepada ralat bacaan
86
3.27
Keadaan mata-alat bebola ketika proses ukuran; (a) keadaan
ketika keadaan baik; (b) keadaan ketika berlaku haus
87
3.28
Ukuran kekasaran permukaan dilakukan di lokasi rambang
selari dengan larian suapan
88
3.29
Set penguat cas berbilang saluran
88
3.30
Box-Behnken kawasan reka bentuk untuk 3 faktor
90
3.31
Set jumlah ujikaji untuk 4 faktor yang mengandungi subset
3 faktor
92
4.1
Perbezaan antara nilai ujikaji dan model untuk jangka hayat
mata-alat
101
4.2
Kebarangkalian berlaku kegagalan mengikut peringkat haus
takuk pada pelbagai kedalaman pemotongan paksi, ae
102
4.3
Diagnostik plot untuk model jangka hayat; (a) plot normal reja
(b) plot jarak Cook (c) plot nilai anggaran melawan nilai ukuran
103
4.4
Hubung kait antara faktor terhadap jangka hayat mata-alat;
(a) laju pemotongan (b) kadar suapan (c) kedalaman
pemotongan paksi (d) kedalaman pemotongan jejari
104
4.5
Kesan laju pemotongan, Vc dan WOC, ae terhadap prestasi
mata-alat
105
4.6
Kekasaran permukaan Inkonel 718 melalui proses pengisaran
mata bebola
106
xv
4.7
Plot Diagnostik untuk kekasaran permukaan; (a) plot normal
Reja (b) plot jarak Cook (c) plot nilai anggaran melawan
nilai ukuran
111
4.8
Perbandingan antara keputusan kekasaran ujikaji dan model
dengan nilai purata ralat sebanyak 3.8 %
111
4.9
Interaksi antara faktor terhadap kekasaran permukaan;
(a) faktor fz melawan Vc (b) faktor ap melawan Vc (c) faktor ae
melawan Vc (d) faktor ap melawan fz (e) faktor ae melawan fz
(f) faktor ae melawan ap
113
4.10
Pengukuran kekasaran permukaan yang berselerak sepanjang
114
Masa pemotongan dengan nilai purata pengukuran Ra 0.274 µm
(Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.5 mm, ae = 0.66 mm)
4.11
Rajah skematik menunjukkan kesan kekasaran permukaan
Bukan disebabkan oleh haus takuk
115
4.12
Permukaan sampel kesan ketika mata-alat mengalami haus
rusuk pada ujikaji No. 16
116
4.13
Kesan haus rusuk pada permukaan mesin
116
4.14
Gambar SEM menunjukkan kesan suapan pada permukaan
ujikaji No. 16 yang menghasilkan purata Ra sebanyak 0.363 µm
117
4.15
Hubung kait kesan pusingan mata-alat ke atas kekasaran
permukaan; (a) geometri pusingan mata-alat (b) kesan tanda
suapan pada laluan mata-alat
118
4.16
Kesan geometri mata-alat dan kadar suapan terhadap kekasaran
permukaan; (a) kekasaran berbeza pada laluan pemotongan
(b) kesan WOC terhadap jarak dedahan pemesinan
120
4.17
Kesan lelasan tiga tubuh; (a) mekanisma koyakan permukaan
di mana partikel karbida melelas permukaan. (b) kesan butiran
karbida terhadap permukaan
121
4.18
Daya pemotongan ketika pengisaran Inkonel 718 di mana
Vc = 120 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan ae =
1 mm (a) daya keseluruhan pemotongan yang direkodkan
(b) daya yang terjana pada setiap satu pusingan mata alat
122
4.19
Diagnostik plot untuk model daya paduan
127
4.20
Interaksi kedalaman pemotong paksi dan kadar suapan pada daya
paduan
128
xvi
4.21
Interaksi antara WOC dan kadar suapan terhadap daya paduan
129
4.22
Kesan interaksi antara kedalaman paksi dan jejari terhadap daya
paduan
129
4.23
Kesan laju pemotong terhadap daya
130
4.24
Maksimum jangka hayat yang boleh dicapai melalui kombinasi
parameter ujikaji No. 5
132
4.25
Kekasaran minimum (0.15 μm) boleh dicapai melalui kombinasi
No.3
133
4.26
Rajah lerengan menunjukkan kombinasi parameter yang terbaik
dengan sambutan daya paduan paling minimum (144 N)
135
4.27
Rajah bar menunjukkan skala kadar kehendak objektif bagi
memenuhi kehendak kolektif
137
4.28
Jangka hayat mata-alat 3 ujikaji dengan ralat sebanyak 26.5%,
23.8% dan 31.3%
138
4.29
Pengukuran kekasaran spesimen dengan purata Ra1 0.274 µm,
Ra2 0.248 dan Ra3 0.261 berbanding nilai jangkaan 0.262 µm
139
4.30
Taburan histogram untuk kedua dua set ujikaji
140
4.31
Kekasaran permukaan untuk kesahan ujikaji No. 10.
140
4.32
Daya yang terhasil ketika memesin Inkonel 718 pada parameter
optimum No. 10
141
4.33
Haus takuk melawan masa memotong
143
4.34
Mod kegagalan yang berlaku sepanjang hayat mata-alat. Ujikaji
No. 7 di mana Vc = 140 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm
dan ae = 0.2 mm
144
4.35
VB3 melawan mod kegagalan pada WOC berbeza
146
4.36
Zon kritikal menunjukkan berlaku kegagalan apabila bacaan
VB3 memasuki nilai zon kritikal
147
4.37
Kegagalan bopeng pada mata bebola.
148
4.38
Pandangan sisi mata-alat ujikaji No. 21, keadaan haus yang
berbeza mengikut zon, permukaan halus pada zon laju rendah
dan permukaan kasar pada zon laju tinggi
149
xvii
4.39
Laju pemotongan efektif, Vceff pada setiap peringkat
Kedalaman pemotongan
150
4.40
Kesan kedalaman mata-alat, ap terhadap kelajuan efektif
pemotongan
152
4.41
Perbezaan antara kadar kecerunan berbeza, ujikaji No. 18
berbanding ujikaji No. 26, semakin landai kecerunan maka
lebih luas jarak berlaku haus
153
4.42
Pembentukan BUE lebih besar pada garisan DOC
154
4.43
Suhu maksimum yang direkodkan ketika pemotongan adalah
521°C
154
4.44
Pengepingan yang berlaku pada permukaan sadak
155
4.45
Kesan daya dan aliran serpihan terhadap pengempingan;
(a) pandangan atas mata-alat (b) keratan rentas kawasan haus
Takuk (c) pusingan mata-alat yang menghasilkan daya
maksimum (d) kesan daya berulang-ulang kepada ikatan butir
157
4.46
Keadaan mata-alat yang mengalami mod retak
158
4.47
Mata-alat patah dari pandangan atas
158
4.48
Keratan rentas bahagian haus takuk yang mengalami kegagalan
Patah (a) serpihan Inkonel 718 yang melekat pada haus takuk
pada sampel No. 25 (b) sebahagian serpihan pada permukaan
sadak pada sampel No. 15
159
4.49
Gambar SEM menunjukkan kesan lelasan berlebihan yang
membentuk haus takuk pada permukaan pinggir. Min 9.46,
ujikaji No. 25 (Vc = 120 m/min, fz = 0.15 mm/pusingan,
ap = 0.75 mm, dan ae = 1 mm)
160
4.50
Analisis kesan lelasan pada mata-alat; (a) keratan rentas PVD
salutan berkabida pada kawasan haus takuk (b) analisis EDAX
kesan lelasan kawasan haus takuk (c) analisis EDAX pada
permukaan rusuk
161
4.51
Mekanisma geseran menjadikan terbentuknya BUE;
(a) pembentukan BUE di kawasan kelajuan tinggi
(b) pembentukan BUE di kawasan kelajuan rendah
162
4.52
Agihan tegasan pada permukaan sadak kesan pergerakan
serpihan
163
xviii
4.53
4.54
Sisa Inkonel yang merekat pada permukaan sadak. Ujikaji
No. 14. Vc = 120 m/min, fz = 015 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan
ae = 1 mm
Kesan lelasan terhadap salutan. Ujikaji No 4. Vc = 120 m/min,
fz = 015 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan ae = 1 mm
164
164
4.55
Retakan pada permukaan sadak, pada 4000 x pembesaran. Ujikaji
No. 24. (Vc = 140 m/min, fz = 0.1 mm/gigi, ap = 0.75mm dan
ae = 1mm)
165
4.56
Perbezaan perubahan struktur mikro pada ujikaji No. 25
(Vc = 120 mm/min, fz = 0.2 mm/gigi, ap = 1 mm, ae = 1 mm);
(a) selari dengan suapan (b) serenjang dengan pergerakan suapan
167
4.57
Kesan haba yang tertumpu pada kawasan DOC
168
4.58
SEM struktur mikro hasil dari proses pengisaran
168
4.59
Contoh pengukuran kekerasan mikro (HV0.2) bagi ujikaji
No. 13
169
4.60
Kesan laju pemotongan terhadap kekerasan-mikro
170
4.61
Kesan laju pemotongan terhadap suhu
170
4.62
Kesan kadar suapan terhadap kekerasan-mikro
171
4.63
Kesan WOC terhadap kekerasan-mikro
171
4.64
Pembentukan serpihan melalui simulasi dan ujikaji. Spesimen
No. 15 (Vc = 120 m/min, fz = 0.1 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan
ae = 1.8 mm)
172
4.65
Struktur mikro untuk serpihan. Ujikaji No. 13 (Vc = 140 m/min,
fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm, ae = 1.8 mm)
173
4.66
Pembentukan serpihan ketika pemotongan mata bebola
(a) Bentuk serpihan yang meruncing pada ekor. Ujikaji No. 22
(Vc = 140 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 1 mm, ae = 1 mm)
(b) pergerakan pusingan dan lelurus serentak dalam
pembentukan serpihan
174
4.67
Kesan kedalaman jejari dan paksi dalam pembentukan geometri
serpihan
175
4.68
Perbezaan antara kedua dua bahagian serpihan dari ujikaji
No. 14; (a) permukaan bebas (b) permukaan serpihan yang
bergeser dengan mata-alat
176
xix
4.69
Perbezaan nisbah serpihan bergerigi dengan ketebalan
mengikut laju mata-alat
177
4.70
Ketebalan dan ke dalam gerigi tidak konsisten di sepanjang
serpihan. Ujikaji No. 22. Nisbah purata 0.5 (Vc = 140 m/min,
fz = 0.15 mm/gigi, ap = 1 mm dan ae = 1mm)
177
4.71
Bentuk serpihan pada pelbagai peringkat pemesinan. Ujikaji
No. 1
(Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm
dan ae = 0.2 mm)
178
4.72
Pembentukan rusuk adalah kesan haus takuk kelihatan pada
pembentukan serpihan
179
4.73
Gambar berkelajuan tinggi (60 bingkai/saat) menunjukkan
pembentukan serpihan ketika pusingan mata-alat dalam
keadaan haus takuk yang berbeza; (a) peringkat awal
(b) peringkat pertengahan (c) peringkat akhir
180
4.74
Perbezaan jumlah serpihan berkembar di akhir hayat mata-alat;
(a) pada WOC kecil membentuk serpihan yang tirus (b) pada
WOC besar membentuk serpihan berbentuk separa bunga lawang
181
4.75
Serpihan yang hancur
182
4.76
Kesan pelekuk terhadap permukaan Inkonel 718; (a) kekerasan
ujikaji No. 13 668 HV0.1 (b) kekerasan ujikaji No. 22 645
HV0.1
182
4.77
Perbezaan kekerasan (dalam unit HV0.1) ditunjukkan melalui
saiz pelekuk yang terbentuk pada sampel ujikaji No. 13
183
4.78
Pandangan atas persisian pengisaran menunjukkan tatanama yang
berkaitan dengan pembangunan model
184
4.79
Simulasi yang menunjukkan kedudukan daya tertinggi ketika
mata-alat berpusing
185
4.80
Unjuran keratan rentas kawasan serpihan mengikut pusingan
mata-alat
185
4.81
Pandangan atas serpihan yang terbentuk menunjukkan kawasan
mengalami daya maksimum ketika pusingan mata-alat
186
4.82
Pandangan satah keratan rentas C-C’ (kawasan sentuhan
mata-alat maksimum) menunjukkan tatanama yang berhubung
dengan persamaan yang dibina
186
xx
4.83
Perbezaan pengiraan dan ujikaji terhadap pengiraan sudut
berlakunya penyerpihan
188
4.84
Kesan kedalaman pemotongan terhadap daya tangen dan daya
paduan
189
4.85
Ujian No. 5, pengiraan kedudukan bopeng pada 30.71° (0.8%)
dan garisan DOC pada 31.79° (1.5%). Vc = 100 m/min,
fz = 0.15 mm/gigi, ap = 75 mm, ae = 1.8 mm, Ft = 340 N
190
4.86
Kesan daya tangen terhadap ralat pengiraan
190
xxi
SENARAI SINGKATAN
2FI
Interaksi 2 faktor
AMS
Spesifikasi bahan aeroangkasa
ANN
Rangkaian neural buatan
ANOVA
Analisis varian
BUE
Pinggir terbina
CCD
Rekabentuk gubahan memusat
CNC
Kawalan berangka berkomputer
CuCl2
Kuprik klorida
CVD
Pengendapan wap kimia
DOC
Kedalaman pemotongan paksi, ap (mm)
EDAX
Spektroskopi serakan–tenaga x-ray
FEM
Kaedah unsur terhingga
HCL
Asid hidroklorik
HRB
Kekerasan rockwell skala b
HRC
Kekerasan rockwell skala c
HSM
Pemotongan berkelajuan tinggi
HV0.2
Kekerasan vickers pada bebanan 200 gf
MAZ
Zon terkena mesin
MDI
Kemasukan data manual
MRR
Kadar isipadu bahan dibuang (mm3/min)
MQL
Pelincir kuantiti minimum
N
Newton
PVD
Pengendapan wap fizikal
R
2
Pekali penentuan
R2tlrs.
Pekali penentuan terlaras
RPM
Pusingan per min
RSM
Metodologi permukaan sambutan
SEM
Mikroskop imbasan elektron
SG
Struktur ira
SSE
Hasil tambah kuasa disebabkan oleh ralat
SSR
Hasil tambah kuasa regresi
xxii
SST
Hasil tambah kuasa dua jumlah
TRS
Edaran kekuatan pecah
VPSEM
Mikroskop pelbagai tekanan imbasan elektron
WC
Tungsten karbida
WOC
Kedalaman pemotongan jejari, ae (mm)
xxiii
SENARAI SIMBOL
°C
Darjah Celsius
ae
Kedalaman pemotongan jejari (mm)
ap
Kedalaman pemotongan paksi (mm)
apmaks
Kedalaman maksimum pemotongan paksi
C
Harga pelincir ($/ml)
Ct
Kos mata alat ($)
Cl
Kos pelincir ($)
Co
Kobalt
Cu
Kos keseluruhan mata alat dan pelincir ($)
D
Diameter
Deff
Diameter efektif
fz
Kadar suapan (mm/gigi)
Fr
Daya paduan
Ft
Daya tangen
Fx
Daya pemotongan
Fy
Daya suapan
Fz
Daya tusukan
g
Gram
GPa
Giga pascal
kg
Kilogram
l
Liter
h
Ketinggian juring
H0
Hipotesis nul
H1
Hipotesis alternatif
Κ
Ketebalan maksimum serpihan
KT
Haus kawah
L
Kadar penggunaan pelincir setiap min (l/min)
Ln
Logaritma yang berasaskan e
Lv
Jumlah pelincir diperlukan dalam pemotongan (l)
m
Meter
min
Minit
xxiv
mm
Milimeter
M
Harga setiap mata alat ($/unit)
n
Jumlah pinggir memotong pada setiap sisip mata alat
N
Pusingan mata alat per minit
Pn
Lokasi titik n
Q
Kadar isipadu bahan dibuang (mm3/min)
Qn
Sukuan n
Qs
Isipadu bahan dibandingkan (cm3)
Qt
Jumlah isipadu bahan dibuang (mm3)
Qtn
Isipadu bahan dibuang (mm3/sisip)
r
Jejari
reff
Jejari efektif
R2
Pengkal penentu
Ra
Kekasaran permukaan purata arimatik
Rp
Jumlah titik memusat
tl
Hayat mata alat
tv
Jumlah mata alat diperlukan
VB1
Haus rusuk sekata
VB3
Haus rusuk setempat / haus takuk
Vc
Laju pemotongan (m/min)
Vceff
Laju pemotongan efektif
Vf
Kelajuan suapan (mm/min)
Xn
Faktor kuantitatif tidak bersandar
Y
Sambutan / respons
Z
Jumlah sisip setiap mata alat
μm
Mikrometer
γ
Sudut tangen
λ
Sudut berlaku pemotongan
θbop
Sudut berlakunya bopeng
θdoc
Sudut garisan doc
θfmax
Sudut lokasi berlaku daya tangen maksimum
θinit
Sudut permulaan pemotongan
toff
Ofset sisip dengan pemegang mata alat
PRESTASI PERKAKAS PEMOTONG KARBIDA BERSALUT SEMASA
PENGISARAN INKONEL 718 DALAM KEADAAN KUANTITI
PELINCIR MINIMUM
MOHD SHAHIR BIN KASIM
TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH
DORTOR FALSAFAH
FAKULTI KEJURUTERAAN DAN ALAM BINA
UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA
BANGI
2014
ii
PENGAKUAN
Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang
setiap satunya telah saya jelaskan sumbernya.
3 Mac 2014
MOHD SHAHIR KASIM
P49065
iii
PENGHARGAAN
Setinggi tinggi kesyukuran tak terhingga kepada Allah S.W.T dengan limpah
rahmatnya memberikan keizinan dalam menyiapkan kajian ini. Jutaan terima kasih
yang tidak terbalas kepada penyelia utama, Prof. Dr. Che Hassan Che Haron atas
bimbingan, nasihat dan bantuan dalam menjayakan kajian ini. Tidak dilupakan,
penyelia bersama Prof. Dr. Jaharah Abdul Ghani yang telah banyak membantu dari
segi pandangan hala tuju ujikaji dan penulisan.
Penulis ingin mengucapkan ribuan terima kasih kepada Universiti Teknikal
Malaysia Melaka, Universiti Kebangsaan Malaysia di atas peruntukan peralatan dan
bantuan teknikal dan kewangan terutamanya Kementerian Pengajian Tinggi melalui
peruntukan penyelidikan UKM-GUP-BTT-07-25-171. Begitu juga kepada pegawai
sains dan juruteknik makmal pembuatan bahan termaju Jabatan Mekanik dan Bahan
dan rumah haiwan; En. Rohaizat, En. Rosli, En. Faizul, En. Faizal, En. Rusli dan En.
Zaki. Ucapan penghargaan kepada PPS dan CRIM terutamanya kepada
Allahyarhamah Pn. Aisyah yang telah banyak berjasa membantu dari segi
pentadbiran, semoga Allah S.W.T mencucuri rahmat kepada Almarhumah. Terima
kasih kepada staf urusetia siswazah, Fakulti Kejuruteraan Alam Bina terutamanya
kepada En. Munawar dan Pn. Normah. Sekalung penghargaan kepada Perpustakaan
Tun Sri Lanang dan staf dalam penyediaan bahan rujukan. Terima kasih juga saya
ucapkan kepada sahabat; En. Amri, En. Zaid, En. Gusri, En. Yanuar, En Yasir dan Pn.
Siti Haryani dalam memberi cadangan dalam kesempurnaan ujikaji ini.
Ucapan jutaan terima kasih tidak ternilai kepada Ibunda dan Ayahanda
tersayang Hamidah Bte. Hj Hashim dan Kasim Bin Jasin yang sentiasa mendoakan di
sepanjang pengajian ini. Terima kasih kepada isteri tercinta, Normah Othman, dan
anak-anak; Muhammad Sharifuddin, Nur Shakirah dan Muhammad Shamil keatas
pengorbanan, kesabaran dan dorongan semangat. Semoga Allah S.W.T membalas jasa
baik kalian. Terakhir sekali diharapkan semoga tesis ini memberi manfaat kepada
sesiapa sahaja demi kebaikan umat.
iv
ABSTRAK
Inkonel merupakan salah satu dari keluarga aloi berasaskan Nikel. Ianya telah
digunakan secara meluas di dalam bidang aeroangkasa, jana kuasa tenaga nuklear dan
petrokimia disebabkan ciri-ciri istimewa bahan ini yang berkemampuan bertahan pada
penggunaan suhu tinggi. Inkonel dikenali sebagai bahan sukar dimesin disebabkan
sifat bahannya yang pelelas, keras dan kadar kebelaliran terma yang rendah. Ujikaji
ini memfokuskan prestasi perkakas pemotong karbida dan kebolehmesinan Inkonel
yang terdiri dari hayat mata alat, keutuhan permukaan dan daya pemotongan yang
dijalankan dalam keadaan pelincir kuantiti minimum dengar kadar 50 ml/min. Ujikaji
ini dijalankan berdasarkan kaedah metodologi permukaan sambutan (RSM) yang
menggunakan pendekatan Box Behnken untuk melihat kesan faktor bersandar
terhadap sambutan. Empat faktor dengan tiga peringkat yang dikaji menyasarkan
jumlah 29 ujikaji. Faktor yang diambil kira dalam ujian ini ialah halaju pemotongan,
Vc (100 – 140 m/min), kadar suapan (0.1 - 0.2 mm/gigi), kedalaman pemotongan
paksi (0.5 – 1 mm) dan kedalaman pemotongan jejari (0.2 - 1.8 mm). Perkakas
pemotong yang dipilih adalah jenis berbola yang dibuat dari tungsten karbida (WC10% Co) dan disalut secara pengendapan wap fizik (PVD) dengan TiAlN dan AlCrN.
Melalui kajian ini, haus rusuk setempat, VB3 didapati mod kegagalan yang paling
dominan berbanding mod haus yang lain. Pembentukan VB3 ini disebabkan oleh haus
takuk. Oleh yang demikian, nilai VB3 dipilih sebagai penentuan kegagalan mata alat
apabila nilai had haus mencecah 0.5 mm. Pencerapan haus dilakukan dengan
menggunakan mikroskop pembuat mata-alat, manakala kekasaran permukaan diukur
menggunakan Pengukur kekasaran permukaan Mahr Perthometer. Daya yang terhasil
semasa proses pemotongan diukur dan direkodkan menggunakan dynamometer
Kistler model 5070A. Ketika proses pemotongan, didapati berlaku pembentukan
serpihan yang berubah dari serpihan individu pada awal pemesinan kepada serpihan
berkembar sebagai penanda zon kritikal di akhir hayat perkakas. ANOVA digunakan
untuk kenal pasti kesan faktor yang signifikan terhadap respons. Melalui analisis yang
dilakukan, didapati kedalaman pemotongan jejari adalah yang paling mempengaruhi
jangka hayat mata alat, selain daripada laju pemotongan, kadar suapan dan kedalaman
pemotongan paksi. Bagi analisis kekasaran permukaan, didapati gabungan antara
kadar suapan dan kedalaman pemotongan jejari merupakan yang paling signifikan
yang menentukan nilai kekasaran permukaan. ANOVA terakhir mendapati daya
paduan secara signifikan dipengaruhi oleh kedalaman pemotongan jejari dan paksi.
Model matematik dibangunkan berdasarkan ketiga-tiga sambutan; hayat mata alat,
kekasaran permukaan dan daya paduan dengan kadar purata ralat 5.2 min (25%),
0.01 µm (4%) dan 6.6 N (2%). Ralat yang besar untuk jangka hayat perkakas
disebabkan fenomena kerosakan perkakas yang berlaku berdasarkan kebarangkalian.
Peluang haus takuk mencapai nilai 0.5 mm didapati lebih tinggi pada nilai kedalaman
jejari yang besar, Kombinasi parameter optimum yang menghasilkan sambutan yang
paling dikehendaki ialah Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.5 mm dan ae =
0.66 mm yang menghasilkan jangka hayat 59.4 min, kekasaran serendah 0.262 µm,
daya gabungan 221 N dengan jumlah maksimum bahan dibuang sebanyak 9029 mm3.
Daripada kajian ini, walaupun Inkonel ini sukar dimesin, penggunaan mata pemotong
telah diminimumkan untuk pemesinan akhir sambil mengekalkan kekasaran
permukaan yang baik.
v
CUTTING PERFORMANCE OF COATED CARBIDE TOOL IN HIGH
SPEED END MILLING OF AGED INCONEL 718 UNDER
MINIMUM QUANTITY LUBRICATION CONDITION
ABSTRACT
Inconel is a nickel-based alloy that is widely used in aerospace industry, nuclear
power plant, and petrochemical industry due to its special characteristic that can
withstand at elevated-temperature application. Inconel is well known as difficult to
machine material because of abrasiveness, high hardness and low thermal
conductivity. This research is focused on the cutting tool performance when
machining Inconel that consist of tool life, surface roughness and cutting force under
the application of minimum quantity lubrication (50 ml/min). The response surface
methodology (RSM) using the Box–Behnken design was used to conduct the
experiment and analyse the relationship between control variables and responses. A
total of 29 experiments were conducted with four factors at three levels each. The
investigated milling parameters were cutting speed (100 - 140 m/min), feed rate (0.1 0.2 mm/tooth), axial depth of cut (0.5 – 1.0 mm) and radial depth of cut (0.2 1.8 mm). The PVD coated of TiAlN and AlCrN ball nose tungsten carbide (WC10%Co) cutting tools were tested in this study. From the study, it was found that the
localized flank wear,VB3 was the dominant mode of failure. The occurrence of VB3
was due to the notch wear, thus, VB3 was selected as failure criterion of the cutting
tool with 0.5 mm of wear limit. Tool wear observation was done using a tool maker
microscope, while the surface roughness was measured using a Mahr Perthometer
Talysurf. Cutting forces during milling operation were measured and recorded by
dynamometer Kistler model 5070A. During machining, it was observed that the chips
formation changed from complete single type at the early stage to incomplete segment
at final stage of tool wear, which could be an indicator for tool life critical zone.
ANOVA was used to identify the significant effect of the factors on the response.
Based on the analysis, radial depth of cut was found to be the most significant factor
for tool life followed by the cutting speed, feed rate and axial depth of cut. In surface
roughness analysis, it was found that the radial depth of cut mitigates the effect of feed
rate. The interaction between radial depth of cut and feed rate significantly affects the
surface roughness. In addition, ANOVA analysis revealed that the resultant forces
were significantly affected by interaction between radial and axial depth of cut. The
mathematical models were developed for these three responses; tool life, surface
roughness and resultant force with an average error of 5.2 min (25%), 0.01 µm (4%)
and 6.6 N (2%) respectively. The tool life error is considered high because of tool
failure are phenomena based on probability. The chance of the notch wear to reach
0.5mm during wear progression was high during high width of cut. The optimum
responses were achieved for tool life of 59.4 min, surface roughness of 0.262 µm,
resultant force of 221N and 9029 mm3 of maximum material removal when milling at
Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/tooth, ap = 0.5 mm and ae = 0.66 mm. From this
research, even though Inconel is a difficult machined material, the cutting tool
consumption is substantially minimized in finishing process while maintaining a good
surface finish.
vi
KANDUNGAN
Halaman
PENGAKUAN
ii
PENGHARGAAN
iii
ABSTRAK
iv
ABSTRACT
v
KANDUNGAN
vi
SENARAI JADUAL
x
SENARAI RAJAH
xii
SENARAI SINGKATAN
xxi
SENARAI SIMBOL
xxiii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Penyataan Masalah
3
1.3
Objektif Kajian
6
1.4
Skop Kajian
6
1.5
Sumbangan Ilmu
7
1.6
Organisasi Tesis
7
BAB II
KAJIAN KEPUSTAKAAN
2.1
Pengenalan
2.1.1 Asas proses pengisaran
2.1.2 Penilaian prestasi proses pengisaran
2.1.3 Kesan laju pemotongan terhadap hayat mata-alat, daya
dan kemasan permukaan terpotong
2.1.4 Kesan kadar suapan terhadap kekasaran permukaan
2.1.5 Kesan kedalaman pemotongan terhadap kekasaran
permukaan
2.1.6 Pemesinan kelajuan tinggi (HSM)
2.1.7 Mata-alat pemotong untuk pemesinan Inkonel
2.1.8 Geometri Mata-alat
9
10
13
14
15
15
16
18
19
vii
2.2
Bahan Mata-Alat Perkakas
2.2.1 Mata-alat salutan karbida
21
21
2.3
Bahan Inkonel
2.3.1 Pengkelasan Inkonel
2.3.2 Kebolehmesinan Inkonel
24
25
26
2.4
Pemesinan Pelinciran Kuantiti Minimum (MQL)
28
2.5
Reka Bentuk Ujikaji
2.5.1 Proses pengoptimuman
2.5.2 Metodologi permukaan sambutan (RSM)
2.5.3 Analisis Regresi
2.5.4 Analisis ANOVA
2.5.5 Penggunaan RSM dalam proses pengoptimuman dan
pemodelan
2.5.6 Pembinaan model matematik
33
33
35
36
37
39
2.6
Prestasi Mata-Alat dan Mekanisma Haus
2.6.1 Haus rekatan
2.6.2 Haus geseran
2.6.3 Haus lelasan
2.6.4 Haus pengoksidaan
2.6.5 Haus resapan
41
46
46
47
47
47
2.7
Keutuhan Permukaan
2.7.1 Tekstur permukaan
48
50
2.8
Daya Pemotongan
52
2.9
Pembentukan Serpihan
55
2.10
Ringkasan
56
BAB III
METODOLOGI PENYELIDIKAN
3.1
Pendahuluan
60
3.2
Bahan Ujikaji
3.2.1 Mata-alat
3.2.2 Benda-kerja (Inkonel 718)
63
63
65
3.3
Peralatan
3.3.1 Kelengkapan untuk mesin
3.3.2 Kelengkapan untuk ukuran data ujikaji
3.3.3 Kelengkapan untuk analisis
3.3.4 Kelengkapan untuk persiapan sampel
68
68
68
71
76
3.4
Persediaan Ujikaji Pemesinan
3.4.1 Parameter pemotongan
78
78
39
viii
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.4.5
3.4.6
3.4.7
Prosedur pemesinan
Sistem penyejukan
CNC mesin
Pengukuran kekasaran
Pengukuran daya
Pengukuran metalurgi permukaan
81
83
85
87
88
89
3.5
Analisis RSM
3.5.1 Reka bentuk Box-Behnken
3.5.2 Analisis Varians (ANOVA)
89
89
92
3.6
Pengesahan
95
BAB IV
KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
4.1
Pengenalan
96
4.2
Hayat Mata-Alat Bersalut
4.2.1 Analisis varians bagi jangka hayat mata-alat
menggunakan kaedah RSM
4.2.2 Pembangunan model matematik untuk jangka hayat
bagi mata-alat karbida bersalut PVD
97
4.3
Kekasaran Permukaan
4.3.1 Analisis varians bagi kekasaran permukaan
4.3.2 Pembangunan model matematik kekasaran permukaan
105
107
108
4.4
Daya Pemotongan
4.4.1 Analisis varians bagi daya pemotongan alat
4.4.2 Pembangunan model matematik untuk daya paduan bagi
mata-alat karbida bersalut PVD
121
124
125
4.5
Pengomptimuman Parameter Pengisaran Menggunakan
Kaedah Rsm
4.5.1 Pengoptimuman jangka hayat mata-alat
4.5.2 Pengoptimuman kekasaran permukaan
4.5.3 Pengoptimuman daya pemotongan
4.5.4 Pengoptimuman objektif berbilang sambutan
135 pengisaran menggunakan mata-alat
130
132
132
134
4.6
Kesahan Model Bagi Sambutan Berbilang
137
4.7
Ragam Kegagalan
4.7.1 Bopeng dan penyerpihan
4.7.2 Haus rusuk
4.7.3 Haus takuk
4.7.4 Pengepingan
4.7.5 Kegagalan patah
141
147
149
153
155
157
98
99
ix
4.8
Mekanisma Haus Mata-Alat Berkabida
4.8.1 Haus Geseran dan Lelasan
4.8.2 Haus Rekatan
4.8.3 Retakan lesu mekanikal
160
160
162
165
4.9
Perubahan Struktur Mikro
166
4.10
Pembentukan Serpihan
4.10.1 Perbezaan bentuk serpihan
4.10.2 Perbezaan permukaan serpihan
4.10.3 Kesan haus pada pembentukan serpihan
4.10.4 Kekerasan mikro serpihan
172
175
177
178
182
4.11
Model Lokasi Berlakunya Pembentukan Bopeng
4.11.1 Pengesahan model matematik
183
188
4.12
Ekonomi Pemesinan
191
BAB V
KESIMPULAN DAN CADANGAN
5.1
Kesimpulan
197
5.2
Cadangan Kajian Pada Masa Hadapan
199
RUJUKAN
200
SENARAI PENERBITAN
217
x
SENARAI JADUAL
No. Jadual
Halaman
2.1
Komposisi Inkonel mengikut gred
24
2.2
Sifat aloi Inkonel 718
25
2.3
Faktor-faktor yang dikaji oleh pengkaji terdahulu ketika
pengisaran Inkonel 718
58
3.1
Geometri mata-alat sisip karbida
64
3.2
Kandungan dan Sifat Mekanik dan Fizik sisip mata-alat
tungsten karbida
64
3.3
Kandungan bahan benda-kerja Inkonel 718
67
3.4
Sifat-sifat fizikal Inkonel 718
67
3.5
Sifat mekanik Inkonel 718 pada suhu berbeza
67
3.6
Keadaan pemotong berubah
79
3.7
Keadaan pemesinan tetap
80
3.8
Kekerasan Inkonel sebelum dan selepas rawatan panas
82
3.9
Reka bentuk matriks Box-Behnken untuk 4 faktor
91
4.1
Hayat mata-alat mata bebola bagi pengisaran Inkonel 718
97
4.2
Analisis varian bagi jangka hayat mata-alat
98
4.3
Ralat antara nilai anggaran dan sebenar jangka hayat mata-alat
99
4.4
Keputusan kekasaran permukaan
106
4.5
ANOVA bagi kekasaran permukaan
108
4.6
Nilai kekasaran permukaan
109
4.7
Pengukuran daya pemotongan, daya suapan, daya tusukan
dan daya paduan
123
4.8
ANOVA bagi daya paduan
124
4.9
Perbezaan antara nilai sebenar dengan nilai anggaran model
125
xi
4.10
Sasaran kriteria bagi mencari sambutan optimum
131
4.11
Penentuan optimum untuk jangka hayat
132
4.12
Pengoptimuman untuk kekasaran yang rendah
133
4.13
Daya yang dicadangkan bagi memenuhi objektif daya
yang rendah
134
4.14
Parameter penyelesaian optimum yang dicadangkan
136
4.15
Perbandingan kesan optimum individu dengan optimum
berbilang
136
4.16
Perbandingan pengiraan daya paduan jangkaan dengan ujikaji
sebenar
141
4.17
Kos mata-alat dalam ujikaji semasa
192
4.18
Kos mata-alat oleh pengkaji terdahulu
193
4.19
Produktiviti dalam pengisaran Inkonel semasa
193
4.20
Produktiviti dalam pengisaran Inkonel oleh pengkaji terdahulu
194
4.21
Kos bagi setiap pemesinan 100 cm3 Inkonel 718
196
4.22
Kos bagi setiap pemesinan 100 cm3 Inkonel 718
oleh pengkaji terdahulu
197
xii
SENARAI RAJAH
No. Rajah
Halaman
2.1
Faktor yang mempengaruhi pemboleh ubah bersandar output
pemesinan Inkonel 718.
10
2.2
Keadaan ketika operasi pemotongan dan terminologi
11
2.3
Haus rusuk melawan masa pada laju pemotongan yang berbeza
14
2.4
Julat pemotong berkelajuan tinggi mengikut jenis bahan
17
2.5
Perbandingan antara pemesinan konvensional dan HSM
terhadap suhu yang terjana
17
2.6
Kelebihan salutan TiAlN/AlCrN berbanding salutan lain
23
2.7
Hubung kait antara suhu Inkonel dan kekerasan Vickers
27
2.8
Susunan skematik MQL
31
2.9
Kedudukan nozel dan hubungan dengan arah suapan
32
2.10
Hubung kait korelasi pearson
36
2.11
Progresif berlakunya kegagalan sesuatu mata-alat pemotong
42
2.12
Pertumbuhan haus rusuk tipikal ketika proses pemesinan logam;
(a) haus rusuk melawan masa pemotongan (b) haus rusuk
melawan jarak pemotongan
44
2.13
Gambar SEM bentuk sabit pada permukaan pengisaran
51
2.14
Perbezaan ketinggian juring antara (a) 0° dan (b) 15°, dengan fz
dan ap 0.2 mm
51
2.15
Daya yang terhasil melalui pelbagai strategi pengisaran;
(a) pengisaranhujung rata menaik (b) pengisaran hujung rata
menurun (c) daya pengisaran celah paksi x dan y (d) daya
pemotong dan tangen untuk pengisaran celah
53
2.16
Komponen daya yang terlibat ketika pengisaran hujung dengan
satu mata-alat; (a) pemotongan menaik (b) pemotongan menurun
54
2.17
Kesan kadar pembuangan bahan terhadap hayat mata-alat
daripada penyelidik terdahulu
59
xiii
3.1
Carta-K untuk ujikaji pengisaran Inkonel 718
61
3.2
Diagram skematik keseluruhan ujikaji dan penemuan
62
3.3
Mata-alat bebola TiAlN/AlCrN
63
3.4
Skema rawatan panas penuaan
66
3.5
Perbezaan sebelum dan selepas rawatan panas penuaan berganda
66
3.6
Kawalan berangka berkomputer DMC 635 V Eco
68
3.7
Mikroskop pembuat mata-alat
69
3.8
Pengukur kekasaran permukaan
70
3.9
Penguat cas berjenama Kistler model 5070A dengan jumlah
8 saluran
70
3.10
Paparan daya tiga paksi melalui perisian DynoWare
71
3.11
Mikroskop imbasan elektron (SEM)
72
3.12
Mikroskop pelbagai tekanan imbasan elektron (VPSEM)
72
3.13
Pengukur kekerasan Rockwell
73
3.14
Alat penguji mikro kekerasan
74
3.15
Set kamera berkelajuan tinggi
75
3.16
Pengesahan nilai keterpancaran 0.19 dengan membandingkan
dengan termometerinfra-merah
76
3.17
Proses untuk pemotongan sampel; (a) pemotongan berlian
mikro jitu (b) pelarasan sampel kepada kedudukan yang
dikehendaki
77
3.18
Proses lekap panas spesimen bagi persiapan melihat struktur
mikro; (a) mesin lekap panas (b) spesimen yang sudah dilekap
panas
77
3.19
Mesin canai dan gilap; (a) canai secara automatik (b) canai secara 78
manual
3.20
Kedudukan benda-kerja dan pemotong sewaktu proses pengisaran 80
3.21
Kemasukan data ke dalam mesin dalam mod MDI; (a) paparan
program (b) panel kemasukan kod-G
81
xiv
3.22
Pemeriksaan jajaran pada mata-alat sebelum memulakan ujikaji;
(a) pemeriksaan jajaran jejari (b) pemeriksaan jajaran paksi
82
3.23
Alat yang digunakan untuk menentukan datum benda-kerja
(a) pengeset paksi bermagnet untuk paksi Z (b) pencari pinggir
untuk paksi x dan y
83
3.24
Kawalan denyutan diset untuk menghasilkan 50 ml/jam
84
3.25
Kedudukan nozel MQL
84
3.26
Kedudukan mata-alat ketika proses ukuran yang terdedah
kepada ralat bacaan
86
3.27
Keadaan mata-alat bebola ketika proses ukuran; (a) keadaan
ketika keadaan baik; (b) keadaan ketika berlaku haus
87
3.28
Ukuran kekasaran permukaan dilakukan di lokasi rambang
selari dengan larian suapan
88
3.29
Set penguat cas berbilang saluran
88
3.30
Box-Behnken kawasan reka bentuk untuk 3 faktor
90
3.31
Set jumlah ujikaji untuk 4 faktor yang mengandungi subset
3 faktor
92
4.1
Perbezaan antara nilai ujikaji dan model untuk jangka hayat
mata-alat
101
4.2
Kebarangkalian berlaku kegagalan mengikut peringkat haus
takuk pada pelbagai kedalaman pemotongan paksi, ae
102
4.3
Diagnostik plot untuk model jangka hayat; (a) plot normal reja
(b) plot jarak Cook (c) plot nilai anggaran melawan nilai ukuran
103
4.4
Hubung kait antara faktor terhadap jangka hayat mata-alat;
(a) laju pemotongan (b) kadar suapan (c) kedalaman
pemotongan paksi (d) kedalaman pemotongan jejari
104
4.5
Kesan laju pemotongan, Vc dan WOC, ae terhadap prestasi
mata-alat
105
4.6
Kekasaran permukaan Inkonel 718 melalui proses pengisaran
mata bebola
106
xv
4.7
Plot Diagnostik untuk kekasaran permukaan; (a) plot normal
Reja (b) plot jarak Cook (c) plot nilai anggaran melawan
nilai ukuran
111
4.8
Perbandingan antara keputusan kekasaran ujikaji dan model
dengan nilai purata ralat sebanyak 3.8 %
111
4.9
Interaksi antara faktor terhadap kekasaran permukaan;
(a) faktor fz melawan Vc (b) faktor ap melawan Vc (c) faktor ae
melawan Vc (d) faktor ap melawan fz (e) faktor ae melawan fz
(f) faktor ae melawan ap
113
4.10
Pengukuran kekasaran permukaan yang berselerak sepanjang
114
Masa pemotongan dengan nilai purata pengukuran Ra 0.274 µm
(Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.5 mm, ae = 0.66 mm)
4.11
Rajah skematik menunjukkan kesan kekasaran permukaan
Bukan disebabkan oleh haus takuk
115
4.12
Permukaan sampel kesan ketika mata-alat mengalami haus
rusuk pada ujikaji No. 16
116
4.13
Kesan haus rusuk pada permukaan mesin
116
4.14
Gambar SEM menunjukkan kesan suapan pada permukaan
ujikaji No. 16 yang menghasilkan purata Ra sebanyak 0.363 µm
117
4.15
Hubung kait kesan pusingan mata-alat ke atas kekasaran
permukaan; (a) geometri pusingan mata-alat (b) kesan tanda
suapan pada laluan mata-alat
118
4.16
Kesan geometri mata-alat dan kadar suapan terhadap kekasaran
permukaan; (a) kekasaran berbeza pada laluan pemotongan
(b) kesan WOC terhadap jarak dedahan pemesinan
120
4.17
Kesan lelasan tiga tubuh; (a) mekanisma koyakan permukaan
di mana partikel karbida melelas permukaan. (b) kesan butiran
karbida terhadap permukaan
121
4.18
Daya pemotongan ketika pengisaran Inkonel 718 di mana
Vc = 120 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan ae =
1 mm (a) daya keseluruhan pemotongan yang direkodkan
(b) daya yang terjana pada setiap satu pusingan mata alat
122
4.19
Diagnostik plot untuk model daya paduan
127
4.20
Interaksi kedalaman pemotong paksi dan kadar suapan pada daya
paduan
128
xvi
4.21
Interaksi antara WOC dan kadar suapan terhadap daya paduan
129
4.22
Kesan interaksi antara kedalaman paksi dan jejari terhadap daya
paduan
129
4.23
Kesan laju pemotong terhadap daya
130
4.24
Maksimum jangka hayat yang boleh dicapai melalui kombinasi
parameter ujikaji No. 5
132
4.25
Kekasaran minimum (0.15 μm) boleh dicapai melalui kombinasi
No.3
133
4.26
Rajah lerengan menunjukkan kombinasi parameter yang terbaik
dengan sambutan daya paduan paling minimum (144 N)
135
4.27
Rajah bar menunjukkan skala kadar kehendak objektif bagi
memenuhi kehendak kolektif
137
4.28
Jangka hayat mata-alat 3 ujikaji dengan ralat sebanyak 26.5%,
23.8% dan 31.3%
138
4.29
Pengukuran kekasaran spesimen dengan purata Ra1 0.274 µm,
Ra2 0.248 dan Ra3 0.261 berbanding nilai jangkaan 0.262 µm
139
4.30
Taburan histogram untuk kedua dua set ujikaji
140
4.31
Kekasaran permukaan untuk kesahan ujikaji No. 10.
140
4.32
Daya yang terhasil ketika memesin Inkonel 718 pada parameter
optimum No. 10
141
4.33
Haus takuk melawan masa memotong
143
4.34
Mod kegagalan yang berlaku sepanjang hayat mata-alat. Ujikaji
No. 7 di mana Vc = 140 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm
dan ae = 0.2 mm
144
4.35
VB3 melawan mod kegagalan pada WOC berbeza
146
4.36
Zon kritikal menunjukkan berlaku kegagalan apabila bacaan
VB3 memasuki nilai zon kritikal
147
4.37
Kegagalan bopeng pada mata bebola.
148
4.38
Pandangan sisi mata-alat ujikaji No. 21, keadaan haus yang
berbeza mengikut zon, permukaan halus pada zon laju rendah
dan permukaan kasar pada zon laju tinggi
149
xvii
4.39
Laju pemotongan efektif, Vceff pada setiap peringkat
Kedalaman pemotongan
150
4.40
Kesan kedalaman mata-alat, ap terhadap kelajuan efektif
pemotongan
152
4.41
Perbezaan antara kadar kecerunan berbeza, ujikaji No. 18
berbanding ujikaji No. 26, semakin landai kecerunan maka
lebih luas jarak berlaku haus
153
4.42
Pembentukan BUE lebih besar pada garisan DOC
154
4.43
Suhu maksimum yang direkodkan ketika pemotongan adalah
521°C
154
4.44
Pengepingan yang berlaku pada permukaan sadak
155
4.45
Kesan daya dan aliran serpihan terhadap pengempingan;
(a) pandangan atas mata-alat (b) keratan rentas kawasan haus
Takuk (c) pusingan mata-alat yang menghasilkan daya
maksimum (d) kesan daya berulang-ulang kepada ikatan butir
157
4.46
Keadaan mata-alat yang mengalami mod retak
158
4.47
Mata-alat patah dari pandangan atas
158
4.48
Keratan rentas bahagian haus takuk yang mengalami kegagalan
Patah (a) serpihan Inkonel 718 yang melekat pada haus takuk
pada sampel No. 25 (b) sebahagian serpihan pada permukaan
sadak pada sampel No. 15
159
4.49
Gambar SEM menunjukkan kesan lelasan berlebihan yang
membentuk haus takuk pada permukaan pinggir. Min 9.46,
ujikaji No. 25 (Vc = 120 m/min, fz = 0.15 mm/pusingan,
ap = 0.75 mm, dan ae = 1 mm)
160
4.50
Analisis kesan lelasan pada mata-alat; (a) keratan rentas PVD
salutan berkabida pada kawasan haus takuk (b) analisis EDAX
kesan lelasan kawasan haus takuk (c) analisis EDAX pada
permukaan rusuk
161
4.51
Mekanisma geseran menjadikan terbentuknya BUE;
(a) pembentukan BUE di kawasan kelajuan tinggi
(b) pembentukan BUE di kawasan kelajuan rendah
162
4.52
Agihan tegasan pada permukaan sadak kesan pergerakan
serpihan
163
xviii
4.53
4.54
Sisa Inkonel yang merekat pada permukaan sadak. Ujikaji
No. 14. Vc = 120 m/min, fz = 015 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan
ae = 1 mm
Kesan lelasan terhadap salutan. Ujikaji No 4. Vc = 120 m/min,
fz = 015 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan ae = 1 mm
164
164
4.55
Retakan pada permukaan sadak, pada 4000 x pembesaran. Ujikaji
No. 24. (Vc = 140 m/min, fz = 0.1 mm/gigi, ap = 0.75mm dan
ae = 1mm)
165
4.56
Perbezaan perubahan struktur mikro pada ujikaji No. 25
(Vc = 120 mm/min, fz = 0.2 mm/gigi, ap = 1 mm, ae = 1 mm);
(a) selari dengan suapan (b) serenjang dengan pergerakan suapan
167
4.57
Kesan haba yang tertumpu pada kawasan DOC
168
4.58
SEM struktur mikro hasil dari proses pengisaran
168
4.59
Contoh pengukuran kekerasan mikro (HV0.2) bagi ujikaji
No. 13
169
4.60
Kesan laju pemotongan terhadap kekerasan-mikro
170
4.61
Kesan laju pemotongan terhadap suhu
170
4.62
Kesan kadar suapan terhadap kekerasan-mikro
171
4.63
Kesan WOC terhadap kekerasan-mikro
171
4.64
Pembentukan serpihan melalui simulasi dan ujikaji. Spesimen
No. 15 (Vc = 120 m/min, fz = 0.1 mm/gigi, ap = 0.75 mm dan
ae = 1.8 mm)
172
4.65
Struktur mikro untuk serpihan. Ujikaji No. 13 (Vc = 140 m/min,
fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm, ae = 1.8 mm)
173
4.66
Pembentukan serpihan ketika pemotongan mata bebola
(a) Bentuk serpihan yang meruncing pada ekor. Ujikaji No. 22
(Vc = 140 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 1 mm, ae = 1 mm)
(b) pergerakan pusingan dan lelurus serentak dalam
pembentukan serpihan
174
4.67
Kesan kedalaman jejari dan paksi dalam pembentukan geometri
serpihan
175
4.68
Perbezaan antara kedua dua bahagian serpihan dari ujikaji
No. 14; (a) permukaan bebas (b) permukaan serpihan yang
bergeser dengan mata-alat
176
xix
4.69
Perbezaan nisbah serpihan bergerigi dengan ketebalan
mengikut laju mata-alat
177
4.70
Ketebalan dan ke dalam gerigi tidak konsisten di sepanjang
serpihan. Ujikaji No. 22. Nisbah purata 0.5 (Vc = 140 m/min,
fz = 0.15 mm/gigi, ap = 1 mm dan ae = 1mm)
177
4.71
Bentuk serpihan pada pelbagai peringkat pemesinan. Ujikaji
No. 1
(Vc = 100 m/min, fz = 0.15 mm/gigi, ap = 0.75 mm
dan ae = 0.2 mm)
178
4.72
Pembentukan rusuk adalah kesan haus takuk kelihatan pada
pembentukan serpihan
179
4.73
Gambar berkelajuan tinggi (60 bingkai/saat) menunjukkan
pembentukan serpihan ketika pusingan mata-alat dalam
keadaan haus takuk yang berbeza; (a) peringkat awal
(b) peringkat pertengahan (c) peringkat akhir
180
4.74
Perbezaan jumlah serpihan berkembar di akhir hayat mata-alat;
(a) pada WOC kecil membentuk serpihan yang tirus (b) pada
WOC besar membentuk serpihan berbentuk separa bunga lawang
181
4.75
Serpihan yang hancur
182
4.76
Kesan pelekuk terhadap permukaan Inkonel 718; (a) kekerasan
ujikaji No. 13 668 HV0.1 (b) kekerasan ujikaji No. 22 645
HV0.1
182
4.77
Perbezaan kekerasan (dalam unit HV0.1) ditunjukkan melalui
saiz pelekuk yang terbentuk pada sampel ujikaji No. 13
183
4.78
Pandangan atas persisian pengisaran menunjukkan tatanama yang
berkaitan dengan pembangunan model
184
4.79
Simulasi yang menunjukkan kedudukan daya tertinggi ketika
mata-alat berpusing
185
4.80
Unjuran keratan rentas kawasan serpihan mengikut pusingan
mata-alat
185
4.81
Pandangan atas serpihan yang terbentuk menunjukkan kawasan
mengalami daya maksimum ketika pusingan mata-alat
186
4.82
Pandangan satah keratan rentas C-C’ (kawasan sentuhan
mata-alat maksimum) menunjukkan tatanama yang berhubung
dengan persamaan yang dibina
186
xx
4.83
Perbezaan pengiraan dan ujikaji terhadap pengiraan sudut
berlakunya penyerpihan
188
4.84
Kesan kedalaman pemotongan terhadap daya tangen dan daya
paduan
189
4.85
Ujian No. 5, pengiraan kedudukan bopeng pada 30.71° (0.8%)
dan garisan DOC pada 31.79° (1.5%). Vc = 100 m/min,
fz = 0.15 mm/gigi, ap = 75 mm, ae = 1.8 mm, Ft = 340 N
190
4.86
Kesan daya tangen terhadap ralat pengiraan
190
xxi
SENARAI SINGKATAN
2FI
Interaksi 2 faktor
AMS
Spesifikasi bahan aeroangkasa
ANN
Rangkaian neural buatan
ANOVA
Analisis varian
BUE
Pinggir terbina
CCD
Rekabentuk gubahan memusat
CNC
Kawalan berangka berkomputer
CuCl2
Kuprik klorida
CVD
Pengendapan wap kimia
DOC
Kedalaman pemotongan paksi, ap (mm)
EDAX
Spektroskopi serakan–tenaga x-ray
FEM
Kaedah unsur terhingga
HCL
Asid hidroklorik
HRB
Kekerasan rockwell skala b
HRC
Kekerasan rockwell skala c
HSM
Pemotongan berkelajuan tinggi
HV0.2
Kekerasan vickers pada bebanan 200 gf
MAZ
Zon terkena mesin
MDI
Kemasukan data manual
MRR
Kadar isipadu bahan dibuang (mm3/min)
MQL
Pelincir kuantiti minimum
N
Newton
PVD
Pengendapan wap fizikal
R
2
Pekali penentuan
R2tlrs.
Pekali penentuan terlaras
RPM
Pusingan per min
RSM
Metodologi permukaan sambutan
SEM
Mikroskop imbasan elektron
SG
Struktur ira
SSE
Hasil tambah kuasa disebabkan oleh ralat
SSR
Hasil tambah kuasa regresi
xxii
SST
Hasil tambah kuasa dua jumlah
TRS
Edaran kekuatan pecah
VPSEM
Mikroskop pelbagai tekanan imbasan elektron
WC
Tungsten karbida
WOC
Kedalaman pemotongan jejari, ae (mm)
xxiii
SENARAI SIMBOL
°C
Darjah Celsius
ae
Kedalaman pemotongan jejari (mm)
ap
Kedalaman pemotongan paksi (mm)
apmaks
Kedalaman maksimum pemotongan paksi
C
Harga pelincir ($/ml)
Ct
Kos mata alat ($)
Cl
Kos pelincir ($)
Co
Kobalt
Cu
Kos keseluruhan mata alat dan pelincir ($)
D
Diameter
Deff
Diameter efektif
fz
Kadar suapan (mm/gigi)
Fr
Daya paduan
Ft
Daya tangen
Fx
Daya pemotongan
Fy
Daya suapan
Fz
Daya tusukan
g
Gram
GPa
Giga pascal
kg
Kilogram
l
Liter
h
Ketinggian juring
H0
Hipotesis nul
H1
Hipotesis alternatif
Κ
Ketebalan maksimum serpihan
KT
Haus kawah
L
Kadar penggunaan pelincir setiap min (l/min)
Ln
Logaritma yang berasaskan e
Lv
Jumlah pelincir diperlukan dalam pemotongan (l)
m
Meter
min
Minit
xxiv
mm
Milimeter
M
Harga setiap mata alat ($/unit)
n
Jumlah pinggir memotong pada setiap sisip mata alat
N
Pusingan mata alat per minit
Pn
Lokasi titik n
Q
Kadar isipadu bahan dibuang (mm3/min)
Qn
Sukuan n
Qs
Isipadu bahan dibandingkan (cm3)
Qt
Jumlah isipadu bahan dibuang (mm3)
Qtn
Isipadu bahan dibuang (mm3/sisip)
r
Jejari
reff
Jejari efektif
R2
Pengkal penentu
Ra
Kekasaran permukaan purata arimatik
Rp
Jumlah titik memusat
tl
Hayat mata alat
tv
Jumlah mata alat diperlukan
VB1
Haus rusuk sekata
VB3
Haus rusuk setempat / haus takuk
Vc
Laju pemotongan (m/min)
Vceff
Laju pemotongan efektif
Vf
Kelajuan suapan (mm/min)
Xn
Faktor kuantitatif tidak bersandar
Y
Sambutan / respons
Z
Jumlah sisip setiap mata alat
μm
Mikrometer
γ
Sudut tangen
λ
Sudut berlaku pemotongan
θbop
Sudut berlakunya bopeng
θdoc
Sudut garisan doc
θfmax
Sudut lokasi berlaku daya tangen maksimum
θinit
Sudut permulaan pemotongan
toff
Ofset sisip dengan pemegang mata alat