Door het verwijderen van spanen te simuleren tijdens het boren van diepe gaten in metalen en metaallegeringen, A*STAR-onderzoekers hebben de weg gebaand voor wapenoefeningen die duurzamer zijn, betrouwbaar, en hebben een langere levensduur.

Pistoolboren is een proces voor het maken van diepe gaten - met een diepte-tot-diameterverhouding van meer dan 10:1 - in metalen en legeringen, en wordt gebruikt in een aantal industrieën, van de vervaardiging van vuurwapens en onderdelen van verbrandingsmotoren, zoals carters en cilinderkoppen, tot medische instrumenten en houtblazers. Kleine fragmenten of spanen die tijdens het boren worden geproduceerd, beïnvloeden de slijtage van pistoolboren.

Pistoolboren hebben een unieke kopgeometrie die gebruik maakt van hogedrukkoelmiddel, geleverd via interne leidingen die van de boor naar de bodem van het gat lopen, om spanen te verwijderen naarmate de boor vordert. Tnay Guan Leong en collega's van het A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology en Institute of High Performance Computing waren in staat om de effecten van verschillende boorkopgeometrieën op spaanverwijdering te simuleren om een ​​nieuw computational fluid dynamics (CFD)-model te ontwikkelen om het boorontwerp te optimaliseren .

"Het verwijderen van spanen uit gaten met kleine diameters en hoge lengte-diameterverhoudingen, vaak groter dan 250:1, is bijzonder moeilijk, "zegt Tnay. "Als de snippers in het gat beginnen te verstoppen, ze kunnen het boorkoppel verhogen, waardoor de boor in het gat breekt."

Het gedrag van chips observeren is een uitdaging, echter omdat het proces plaatsvindt in een gesloten zone. Dit behandelen, de onderzoekers ontwikkelden een CFD-model om de beweging van de chips te simuleren terwijl ze in het hogedrukkoelmiddel worden getransporteerd. Ze hebben hun simulaties geverifieerd met experimenten.

Door de hoek van de schouder van de boorkop te variëren, simuleerde het onderzoeksteam het transport van de spanen onder verschillende geometrieën, waardoor ze het optimale boorontwerp voor het verwijderen van spanen kunnen identificeren.

"De hoek van de dub-off van de schouder is de sleutel tot de regeling van de stroomsnelheid van het koelmiddel en de stroomrichting naar de snijzone, " legt Tnay uit. "Onze modellering toonde aan dat, wanneer de kopieerhoek groter wordt, gaan de chips naar de bodem van het gat, vergroot het risico op verstopping."

Huidige pistoolboorontwerpen gebruiken een vaste schouder-dub-off-hoek van 20 graden, maar ze ontdekten dat de boorprestaties aanzienlijk verbeterden naarmate de hoek nul nadert.

"Onze volgende stap zal zijn om een ​​pistoolboormachine te evalueren met een dub-offhoek van nul graden, en ons model gebruiken om de effecten van veranderingen in de snijkantgeometrieën te bestuderen, koelmiddeldruk en koelmiddeleigenschappen, "zegt Tney.