Genom att simulera borttagning av spån under borrning av djupa hål i metaller och metalllegeringar, A*STAR -forskare har banat väg för pistolövningar som är mer hållbara, pålitlig, och har längre livslängd.

Borrning av vapen är en process för att producera djupa hål-med förhållanden djup till diameter större än 10:1-i metaller och legeringar, och används inom ett antal branscher, från tillverkning av skjutvapen och förbränningsmotordelar, såsom vevhus och cylinderhuvuden, till medicinska verktyg och träblåsinstrument. Små fragment eller spån som produceras vid borrning påverkar slitage på pistolborrar.

Pistolborrar har en unik huvudgeometri som använder högtrycks-kylvätska, levereras genom inre ledningar som löper från borrkronan till botten av hålet, för att ta bort chips när borren går framåt. Tnay Guan Leong och kollegor från A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology och Institute of High Performance Computing kunde simulera effekterna av olika borrhuvudgeometrier på avlägsnande av spån för att utveckla en ny beräkningsvätskedynamik (CFD) -modell för att optimera borrdesign .

"Ta bort chips från hål med små diametrar och höga längd-till-diameter-förhållanden, ofta större än 250:1, är särskilt svårt, "säger Tnay." Om chipsen börjar täppas in i hålet, de kan öka borrmomentet, vilket leder till att borren går sönder inuti hålet. "

Att observera beteendet hos chips är utmanande, eftersom processen sker i en sluten zon. För att ta itu med detta, forskarna utvecklade en CFD-modell för att simulera chipsens rörelse när de transporteras i högtryckskylvätskan. De verifierade sina simuleringar med experiment.

Genom att variera axelns dubbleringsvinkel på borrhuvudet simulerade forskargruppen transporten av chipsen under olika geometrier, så att de kan identifiera den optimala borrkonstruktionen för borttagning av spån.

"Axelns dubbleringsvinkel är nyckeln till kontrollen av kylvätskans flödeshastighet och flödesriktning till skärzonen, "förklarar Tnay." Vår modellering visade att, när dub-off-vinkeln ökar chips som rör sig mot botten av hålet, öka risken för igensättning. "

Nuvarande pistolborrkonstruktioner använder en fast axeldubbningsvinkel på 20 grader, men de fann att borrprestanda förbättrades kraftigt när vinkeln närmar sig noll.

"Vårt nästa steg kommer att vara att utvärdera en borrmaskin med noll grader dubbleringsvinkel, och använda vår modell för att studera effekterna av förändringar i de banbrytande geometrier, kylvätsketryck och kylvätskegenskaper, säger Tnay.