Modellering af bevægelsen af ​​spåner produceret ved pistolboring viser, at en simpel vinkelændring kan føre til bedre pistolboredesign

Ved at simulere fjernelse af spåner under boring af dybe huller i metaller og metallegeringer, A*STAR-forskere har banet vejen for pistoløvelser, der er mere holdbare, pålidelig, og har længere levetid.

Pistolboring er en proces til fremstilling af dybe huller - med dybde-til-diameter-forhold større end 10:1 - i metaller og legeringer, og bruges på tværs af en række brancher, fra fremstilling af skydevåben og dele til forbrændingsmotorer, såsom krumtaphuse og cylinderhoveder, til medicinske værktøjer og træblæsere musikinstrumenter. Små fragmenter eller spåner produceret under boring påvirker sliddet på pistolbor.

Pistolboremaskiner har en unik hovedgeometri, der bruger højtrykskølevæske, forsynes gennem indvendige ledninger, der løber fra boret til bunden af ​​hullet, for at fjerne spåner, når boret bevæger sig fremad. Tnay Guan Leong og kolleger fra A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology og Institute of High Performance Computing var i stand til at simulere virkningerne af forskellige borehovedgeometrier på spånfjernelse for at udvikle en ny CFD-model (Computational Fluid Dynamics) for at optimere boredesign. .

"Fjernelse af spåner fra huller med små diametre og høje længde-til-diameter-forhold, ofte større end 250:1, er særlig vanskelig, " siger Tnay. "Hvis chipsene begynder at tilstoppe inde i hullet, de kan øge boremomentet, fører til, at boret knækker inde i hullet."

At observere chips opførsel er udfordrende, dog da processen foregår i en lukket zone. For at løse dette, forskerne udviklede en CFD-model til at simulere spånernes bevægelse, når de transporteres i højtrykskølevæsken. De bekræftede deres simuleringer med eksperimenter.

Ved at variere skulder-dub-off-vinklen på borehovedet simulerede forskerholdet transporten af ​​spånerne under forskellige geometrier, giver dem mulighed for at identificere det optimale boredesign til spånfjernelse.

"Skulderafbrydelsesvinklen er nøglen til styringen af ​​kølevæskestrømningshastigheden og strømningsretningen til skærezonen, " forklarer Tnay. "Vores modellering viste, at når dub-off-vinklen øges, bevæger spånerne sig mod bunden af ​​hullet, øger risikoen for tilstopning."

Nuværende pistolboredesign bruger en fast skulder-dub-off-vinkel på 20 grader, men de fandt ud af, at borets ydeevne blev væsentligt forbedret, efterhånden som vinklen nærmer sig nul.

"Vores næste skridt vil være at evaluere en pistoløvelse med nul graders dub-off vinkel, og bruge vores model til at studere virkningerne af ændringer i de skærende geometrier, kølevæsketryk og kølevæskeegenskaber, " siger Tnay.