High strength aluminum alloys have for a long time been a popular material utilized in the automotive and aerospace sector due to coveted mechanical properties in terms of weight, strength, fatigue, and corrosion. However, tribological mechanisms such as tribo-film formation and material transfer during the metal cutting manufacturing process of aluminum impose significant reduction of machining and tool-life performance. Additionally, environmental aspects associated with metal cutting manufacturing has got more interest and pushed cutting tool development in new directions to meet increased customer demands. One possible way of achieving this, is the implementation and utilization of diamond based cutting tools which has been shown to perform well in machining of high strength aluminum. However, in depth knowledge regarding the tribological properties of diamond based cutting tools is currently lacking. Thus, the aim of this master thesis has been to investigate the refined tribological characteristics and properties of WC-Co cemented carbide cutting tools coated with synthetically grown CVD diamond. Tribological testing methods, such as frictional scratch/sliding, pin-turning, contact-zone temperature measuring, and longitudinal turning have been conducted to acquire extensive amount of research material in the form of test samples and data information. Furthermore, pin-turning tests were performed using a newly developed Tribojan pin-turning equipment and the performance of this was evaluated as a subgoal task. Specimen sample analysis have primarily been performed through LOM and SEM/EDS microscopy techniques. The results acquired from testing, microscopy analysis and data set evaluation have showed promising results in terms of frictional characteristic and material transfer properties regarding CVD diamond coated surfaces. The average CoF of CVD diamond sliding against an Alumec 89 aluminum alloy surface were somewhat lower as compared with similar sliding of a conventional uncoated WC-Co cemented carbide material. Furthermore, the frictional behavior and characteristic of CVD diamond appears to be more consistent and regular over longer sliding distances. The contact interaction between the CVD diamond coated surface and Alumec 89 appears to have a more abrasive nature due to the rough surface structure and material properties of the coating. The corresponding tribo-pair contact interaction with WC-Co cemented carbide shows more adhesive tendencies. Additionally, the contact-zone temperature development during pin-turning is shown to be somewhat lower during CVD diamond/Alumec 89 surface interactions. Regarding material transfer properties, CVD diamond are shown to perform well when interacting with high-strength aluminum. The amount of material adherence is significantly reduced on CVD diamond coated surfaces. During longitudinal turning using CVD diamond coated cutting tools, no significant wear was observed. On the other hand, evidence of both adhesive and abrasive wear was observed during turning using conventional uncoated WC-Co cemented carbide tools. Finally, tribological mechanisms acting during Tribojan pin-turning tests was shown to be relatively comparable with an actual machining operation, which indicate that the testing method perform well as compliment to standard frictional sliding and machining testing. / Höghållfasta aluminiumlegeringar har länge varit ett populärt material inom bil- och flygindustrin på grund av deras eftertraktade mekaniska egenskaper när det gäller vikt, styrka, utmattning och korrosion. Däremot medför tribologiska fenomen, så som tribofilmbildning och materialöverföring under metallskärande tillverkningsprocesser för aluminium, en betydande minskning av prestanda hos utrustning och skärverktygens livslängd. Dessutom har miljöaspekterna i samband med metallskärande tillverkning fått ökat intresse och därmed drivit utvecklingen av skärverktyg i nya riktningar för att uppfylla kundernas ökade krav. Ett möjligt sätt att uppnå detta är att införa och använda diamantbelagda skärverktyg, vilka har visat sig fungera bra vid bearbetning av höghållfast aluminium. Dock saknas det för närvarande djupgående kunskaper om de tribologiska egenskaperna hos dessa diamantbaserade skärverktyg. Syftet med detta examensarbete har därför varit att undersöka de förfinade tribologiska egenskaperna hos WC-Co skärverktyg av hårdmetall belagda med syntetiskt odlad CVD-diamant. Tribologiska testmetoder, så som friktionsskrapning/glidning, pinnsvarvning, temperaturmätning i kontaktzonen samt longitudinell svarvning, har genomförts för att samla in analysmaterial i form av prover och datainformation. Dessutom utfördes pinnsvarvningstesterna med hjälp av en nyutvecklad så kallad Tribojan-utrustning, vars prestanda har utvärderats som ett delmål i projektet. Analyser av provexemplar har huvudsakligen utförts med hjälp av mikroskopitekniker så som LOM och SEM/EDS. Resultaten från provning, mikroskopianalys och utvärdering av data har visat lovande resultat när det gäller friktions och materialöverföringsegenskaper för CVD-diamantbelagda ytor. Den genomsnittliga CoF för CVD-diamant som glider mot en yta av aluminiumlegeringen Alumec 89 var något lägre jämfört med motsvarande glidning av konventionellt WC-Co hårdmetallmaterial. Dessutom verkar friktionsbeteendet hos CVD-diamant vara mer konsekvent och regelbunden över längre glidsträckor. Kontaktinteraktionen mellan ytor av CVD-diamant och Alumec 89 verkar också ha en mer abrasiv karaktär på grund av diamantbeläggningens grova ytstruktur och materialegenskaper. Motsvarande kontaktinteraktion mellan Alumec 89 och obelagd WC-Co hårdmetall visar däremot mer adhesiva tendenser. Dessutom tenderar temperaturutvecklingen i kontaktzonen under pinnsvarvning vara något lägre vid ytinteraktioner mellan CVD-diamant och Alumec 89. När det gäller materialöverföringsegenskaperna visar sig CVD-diamant fungera bra vid interaktion med höghållfast aluminium. Materialets vidhäftning minskar betydligt på diamantbelagda ytor. Vid kontinuerlig longitudinell svarvning med diamantbelagda skärverktyg observerades inget betydande slitage. Å andra sidan hittades tecken på både adhesivt och abrasivt slitage under svarvning med konventionella obelagda WC-Co hårdmetallverktyg. Slutligen visade det sig att de tribologiska mekanismerna som verkade under Tribojan-pinnsvarvning vara relativt jämförbara med faktisk bearbetning, vilket tyder på att testmetoden fungerar bra som komplement till friktions och svarvtester.

In general, bending and punching machines are large-scale equipment commonly used in factories or industries for mass production purposes. In this project, the opportunity to develop a smaller-scale multifunctional tool that can perform the same functions through manual force is investigated. This will be fulfilled by offering an alternative solution that combines both functionalities within a single tool. The aim is to design and construct a user-friendly multi-tool capable of bending and punching thin EN- AW 1050 H24 aluminum sheets using manual force. The research questions were answered through a combination of qualitative and quantitative research methods, including interviews, workshops, benchmarking, and FEM analysis. An iterative product development process was employed to establish a detailed specification for the multifunctional tool. Several concepts for the multifunctional tool were developed based on the defined specification, and the final concept was selected using a morphological matrix and concept screening. The tool was manufactured using cutting processes and additive manufacturing techniques. The resulting tool successfully achieved functionality for bending aluminum sheets up to 1.5 mm in thickness, enabling bends at 90° or 45° angles. Through the implementation of the project's methods and analyses, a finalized product meeting the majority of the specification requirements was produced, proving to be functional for bending. However, the punching functionality requires further development due to budget and scheduling constraints, which limited the attainable level of full functionality. To facilitate tool usage, an instruction manual was created, providing users with information on operation, maintenance, and the production of new tools. / Vanligtvis är bocknings- och stansningsmaskiner stora och används i verkstäder eller industrier för massproduktion. I detta projekt undersöks möjligheten att utveckla ett multifunktionellt verktyg i mindre skala för att utföra samma funktioner med hjälp av handkraft. Detta genom att erbjuda en alternativ lösning där de båda funktionerna är kombinerade i samma verktyg. Syftet är att utveckla och konstruera ett lättanvändligt multiverktyg för bockning och stansning av tunn aluminiumplåt EN-AW 1050 H24 med hjälp av handkraft. Frågeställningarna besvarades genom både kvalitativa- och kvantitativa forskningsmetoder genom bland annat intervjuer, workshops, benchmarking och FEM-analyser. Genom en iterativ produktutvecklingsprocess fastställdes en detaljerad kravspecifikation för det multifunktionella verktyget. Utifrån den definierade kravspecifikation utvecklades flera koncept för ett multifunktionellt verktyg där det slutgiltiga konceptet valdes med hjälp av morfologisk matris och konceptsållning. Verktyget framställdes med hjälp av skärande bearbetning samt additiv tillverkning. Det framställda verktyget var funktionellt för bockning av aluminiumplåtar upp till 1,5 mm tjocklek och möjliggjorde bockning till 90° eller 45°. Genom projektets metoder och analyser framställdes en färdig produkt som uppfyllde merparten av kravspecifikationen och är funktionell för bockning. Funktionen för stansning behöver däremot vidare utveckling då budget och tidsplan var en stor faktor som inte möjliggjorde full funktionalitet. För att underlätta användningen av verktyget skapades även ett instruktionsblad som tillhandahåller användaren med information om användning, underhåll och tillverkning av nya verktyg.

Sandvik Coromant is the leading supplier of cutting tools and solutions to the machining industry. Sandvik Coromant is the creator of the modular Coromant Capto ® tool interface which have since become an ISO-standard. The Coromant Capto ® interface, which currently is undergoing a revision is found in the machining applications turning, milling and drilling because of its unique characteristics. Sandvik Coromant's largest factory for cutting tools is located in Gimo which produces tools with the Coromant Capto ® interface for milling and turning applications. The turning tools with the Coromant Capto ® interface are currently produced from the tool steel 25CrMoS4, commonly known as SS2225 with a typical initial hardness of 28 ± 2 HRC. To achieve the required hardness of the finished tools, the turning tools are hardened by induction which results in hardness levels close to, or above 50 HRC. These induction hardening processes which are carried out after the machining operations induces geometrical distortions in the tools which impacts the quality of the finished product. Furthermore it is expected that the new revision of the Coromant Capto ® interface will be dificult to produce due to these geometrical distortions. To avoid the geometrical distortions due to induction hardening a change of material was examined. The turning tools with the Coromant Capto ® interface would instead be produced from the tool steel 34CrNiMo6, commonly known as SS2541. SS2541 is currently being used as material for the milling tools produced in Gimo. The tool steel SS2541 would imply a new process flow for the turning tools which would be hardened to 43,5 ± 2 HRC before the machining operations in a furnace thus avoiding the geometrical distortions. The purpose of the thesis was to study and predict the impacts and the changes that this new production process flow would lead to. The hypothesis of the whole study was claried as:"The change of material in Coromant Capto ® -equipped turning tools would be benecial in terms of the complete picture". To either prove or disprove the hypothesis research was conducted in three separate studies namely Quality, Time and Cost. A case study was used to compare the different process flows with each other. A sample of seven turning tools was studied within the case study. Each tool in the sample represents a portion of the real production volumes produced in Gimo. It was found that both product and process quality would increase with the material SS2541. Product quality would increase because the geometrical distortions would be avoided. This would increase value for the end customer which could expect a more predictable machining process. Process quality would also increase, mainly because control measurements will be carried out in a better way than in the current situation, and the fact that a simpler process flow with less operations will be true for SS2541. Process time increased for almost all material removal operations because the higher hardness of the material SS2541. Total process time would increase for the blanks and would decrease for the tools because the hardening operation are moved from tool to blank. The throughput rate of both blanks and tools will decrease, because the constraining operations or bottleneck operations would take longer time. Despite this it is expected that machine capacity is sufficient for producing the current production volumes from the material SS2541. The production cost for all tools in the sample will increase, one of the tools by as much as 11%. Production cost for a yearly production of turning tools (blanks included) is estimated to increase with 5%. The highest contributing factor to the increased cost is the initial cost of the material which will increase with 10%. To minimize the impact of material cost the range of blanks should be rationalized, i.e producing more tools from forged blanks instead from round blanks. To summarize and give an recommendation: The hypothesis of the thesis is confirmed. The change of material to SS2541 would seen to the complete picture prevent many problems to a relatively low cost. Therefore it is recommended that the material is changed from SS2225 to SS2541. / Sandvik Coromant är en ledande tillhandahåallare av verktyg och lösningar till bearbetningsindustrin. Sandvik Coromant uppfann det modulära verktygsgränssnittet Coromant Capto ®, vilken på senare år har blivit en ISO-standard. Coromant Capto ®-kopplingen, som för tillfället undergår en revision återfinns, tack vare sina unika egenskaper inom applikationsområdena svarvverktyg, fräsverktyg och borrverktyg. Sandvik Coromants största fabrik för skärande verktyg ligger i Gimo i vilken man tillverkar både svarvverktyg och fräsverktyg med Coromant Capto ®-koppling. Svarvverktygen med Coromant Capto ®-koppling tillverkas nuvarande från verktygsstålet 25CrMoS4, allmänt känt som SS2225, vilket har en typisk grundhårdhet på ca 28 ± 2 HRC. För att uppnå rådande hårdhetskrav induktionshärdas svarvverktygen med induktionshärdning vilketresulterar i hårdheter nära- elleröver 50 HRC. Dessa induktionshärdningsprocesser utförs efter bearbetningsoperationerna och skapar formförändringar i verktygen, vilket i sin tur påverkar kvaliteten för den slutgiltliga produkten. Dessutom förväntas det att tillkomma problem med att tillverka den nya Coromant Capto ®-revisionen på grund av formförändringarna. För att förebygga formförändringarna som tillkommer vid induktionshärdningsprocesserna studerades ett materialbyte. Svarvverktygen med Coromant Capto ®-kopplingar skulle nu produceras från verktygsstålet 34CrNiMo6, allmänt känt som SS2541 istället. SS2541 används för närvarande till fräsprodukterna som produceras i Gimo. Verktygsstålet SS2541 skulle innebära ett nytt processflöde för svarvverktygen vilka nu skulle ugnshärdas före bearbetningsoperationerna till en hårdhet av 43,5 ± 2 HRC och på så sätt undvika formförändringarna. Syftet med examensarbetet var att utreda och förutspå effekterna och förändringarna som detta nya processflöde skulle innebära. Hypotesen till hela studien sammanfattades som: Materialbytet på svarvverktyg med Coromant Capto ®-koppling skulle vara positivt sett till helheten. För attantingen bekräfta eller dementera denna hypotes utfördes en studie som innefattade tre separata utredningar inom områdena Kvalitet, Tid och Kostnad. Man använde sig av en fallstudie för att jämföra de olika processflödena med varandra. Ett urval bestående av sju produkter studerades inom denna fallstudie. Varje produkt från urvalet fick representera en delvolym av den totala årliga produktionsvolymen i Gimo. Man fann att både produktkvalitet och processkvalitet skulle öka till följd av materialbytet till SS2541. Produktkvaliteten skulle öka för att formförändringarna skulle undvikas. Detta skulleöka värdet för slutkunden, vilken kan komma att förvänta sig en bättre och mer förutsägbar bearbetningsprocess. Processkvaliteten skulle också öka, främst för att kontrollmätningar nu skulle kunna utföras på ett bättre sätt än man kan göra i det nuvarande processflödet samt att flödet skulle bli enklare och tydligare med färre processteg. Processtider skulle öka för nästan alla bearbetningsoperationer på grund av att SS2541 har en högre hårdhet. Den totala processtiden skulle öka förämnestillverkningen och minska för verktygstillverkningen för att härdningsoperationerna förflyttas från verktyg till ämne. Genomströmmningshastigheten skulle minska för både ämne och verktyg för att flaskhalsarna i produktionen skulle ta längre tid. Dock skall tilläggas att man fortfarande skulle ha kapacitet nog föratt tillverka dagens produktionsvolymer i materialet SS2541. Produktionskostnaden för alla produkterna i urvalet skulle öka, varav en produkt skulle öka med så mycket som 11%. Produktionskostnaden för en årsproduktion av svarvverktyg (ämnesproduktion inräknad) uppskattades att öka med 5%. Den största faktorn till den ökade produktionskostnadenär initialkostnaden för materialet som kommer att öka med 10%. För att minimera effekterna av materialkostnaden borde ämnesfloran rationaliseras, alltså producera fler verktyg från smidda ämnen än från försvarvade ämnen. För att sammanfatta och ge en rekommendation: Hypotesen kan bekräftas. Materialbytet till SS2541 skulle, sett till helheten förebygga många problem till en relativt låg merkostnad. Därför rekommenderas att materialbytet från SS2225 till SS2541 genomförs.