Сверло для алюминия: Сверло по меди и алюминию (10 шт; 1х12х34 мм; HSS; h8; 130 град; DIN 338) BAILDON 01901001 – цена, отзывы, характеристики, 1 видео, фото

сверление глубоких отверстий малых диаметров; Комбинированное сухое сверление алюминия

Идеально подходят для сверления автомобильных топливных форсунок или для медицинской техники, новые миниатюрные сверла для глубоких отверстий из линейки MAPAL диаметром от 1,0 мм до 2,9 мм (диаметр хвостовика 3 мм) для универсального сверления при обработке стали и чугуна с глубиной сверления от 20xD и 30xD.

Стенд 5844: канавка для стружки и особая геометрия торца миниатюрных сверл для глубоких отверстий от MAPAL обеспечивают очень высокие подачи и скорости резания малых диаметров.Для применений с минимальным количеством смазки (MQL) эти сверла используют инновационные каналы охлаждения для надежной транспортировки газомасляной смеси к режущим кромкам, несмотря на длину до 30xD. (первый вид)

Стенд 5844: канавка для стружки и особая геометрия торца миниатюрных сверл для глубоких отверстий от MAPAL обеспечивают очень высокие подачи и скорости резания малых диаметров. Для применений с минимальным количеством смазки (MQL) эти сверла используют инновационные каналы охлаждения для надежной транспортировки газомасляной смеси к режущим кромкам, несмотря на длину до 30xD.(второй вид)

Стенд 5844: Это новое твердосплавное сверло с двумя режущими кромками и ступенькой зенковки от MAPAL предназначено для просверливания отверстий под заклепочные соединения в многослойных алюминиевых сплавах, образующих нервюры и внешнюю обшивку самолетов.

Сверла для глубоких отверстий очень малого диаметра необходимы для различных секторов автомобильной промышленности, таких как сверление форсунок для впрыска топлива или для медицинской техники. В стенде 5844 компания MAPAL Inc.(Порт-Гурон, Мичиган) расширяет свой портфель сверл для глубоких отверстий с внутренним охлаждением для обрабатывающих центров, добавив модели диаметром более одного миллиметра, чтобы иметь возможность производить эти хрупкие детали. Геометрия этих новых сверл была специально адаптирована к диапазону малых диаметров. Благодаря новой конструкции канавки для стружки и особой геометрии торца, очень высокие подачи и скорости резания возможны с помощью сверл для глубоких отверстий. Благодаря инновационным каналам охлаждения сверла также подходят для применений с минимальным количеством смазки (MQL).Несмотря на длину до 30xD, газонефтяная смесь надежно транспортируется к режущим кромкам. Вместо полного покрытия новые инструменты покрываются только на головку для повышения экономической эффективности.

Эти новые миниатюрные сверла для глубоких отверстий диаметром от 1,0 мм до 2,9 мм (диаметр хвостовика 3 мм) предназначены для универсального сверления стали и чугуна с глубиной сверления от 20xD до 30xD.

Производители самолетов часто используют штабеля из различных алюминиевых сплавов для фюзеляжа самолетов.Во время окончательной сборки самолета блоки подачи сверла используются для сверления отверстий для заклепочных соединений в этих двух алюминиевых сплавах, которые образуют нервюры и внешнюю обшивку самолета. До сих пор MQL использовался для охлаждения инструментов для сверления и зенкования, однако охлаждающая среда затем попадала внутрь самолета, где одновременно происходили дальнейшие этапы сборки. Этот тип охлаждения также требует тщательной очистки. В результате возник спрос на инструмент для сухой обработки стопок Al-Al.Требования к инструменту предъявлялись не только к сухой обработке, но и к различным свойствам двух различных алюминиевых сплавов. Операция обработки не должна приводить к образованию заусенцев ни на выходе из отверстия, ни между двумя слоями.

MAPAL приняла этот вызов и разработала новое сверло с зенковкой, позволяющее просверливать отверстия для заклепочных соединений всухую. Этот твердосплавный инструмент с двумя режущими кромками имеет исключительно положительную режущую кромку и двойной угол при вершине, что сводит к минимуму образование заусенцев и обеспечивает лучшее центрирование.Покрытие сверла предотвращает прилипание материала к режущей кромке. Ведущая ступень обеспечивает оптимальное качество отверстия. Специально сформированные канавки для стружки обеспечивают оптимальный отвод стружки. Воздух используется для охлаждения, предотвращая перегрев лезвия инструмента и алюминия и, как следствие, образование заусенцев. Сжатый воздух также используется для выдува стружки.

На одном авиастроительном предприятии новое сверло используется для просверливания продольного шва заднего основного пролета. Скорость шпинделя 2959 об / мин и скорость подачи 0.Здесь использовано 154 мм. Сверло диаметром 4,748 мм и шагом зенковки 100 градусов надежно производит 1500 отверстий, прежде чем выйти за пределы требуемого допуска от 4,73 мм до 4,805 мм.

MAPAL Inc., 4032 Dove Road, Port Huron, MI 48060, 810-364-0668, www.mapal.com.

Оценка качества отверстий при сверлении сплавов Al 6061

Материалы (Базель). 2018 Dec; 11 (12): 2443.

Мохаммад Уддин

¹ Школа инженерии, Университет Южной Австралии, Моусон Лейкс 5095, Южная Австралия, Австралия; [email protected]

² Future Industries Institute, University of South Australia, Mawson Lakes 5095, SA, Australia

Sunpreet Singh

⁵ Школа машиностроения, Lovely Professional University, Phagwara, Punjab 144411 , Индия; [email protected]

Гжегож М. Кролчик

⁶ Кафедра машиностроения и автомобильной продукции, Технологический университет Ополе, ул. Просковская 76, 45-758 Ополе, Польша; [email protected]

Чандер Пракаш

⁵ Школа машиностроения, Прекрасный профессиональный университет, Пхагвара, Пенджаб 144411, Индия; [email protected]

² Институт индустрии будущего, Университет Южной Австралии, Моусон Лейкс 5095, SA, Австралия

Поступило 14.11.2018 г .; Принято 29 ноября 2018 г.

Abstract

Качество отверстий при сверлении считается предпосылкой для надежной и надежной сборки компонентов, обеспечивающей целостность продукта и срок службы в рабочем состоянии.Целью данной статьи является оценка влияния основных параметров процесса на производительность бурения. Выполняется серия испытаний бурения новыми долотами из быстрорежущей стали (HSS) с покрытием из TiN, а сила тяги и крутящий момент измеряются с помощью собственного динамометра. Влияние механики процесса на качество отверстия, например точность размеров, образование заусенцев, чистоту поверхности, оценивается в зависимости от износа сверла и механизма образования стружки. Экспериментальные результаты показывают, что скорость подачи, которая определяет толщину неразрезанной стружки и скорость съема материала, является наиболее доминирующим фактором, значительно влияющим на силу и качество отверстия.Для данного диапазона скорости шпинделя максимальное увеличение осевого усилия и крутящего момента составляет 44,94% и 47,65% соответственно, когда скорость подачи увеличивается с 0,04 мм / об до 0,08 мм / об. Показано, что стабильное резание без рывков при скорости подачи всего 0,04 мм / об приводит к погрешности размеров отверстия менее 2%. Может быть предпочтительна низкая скорость подачи наряду с высокой скоростью шпинделя. При сверлении большого количества отверстий необходимо учитывать лежащий в основе механизм износа инструмента и его развитие. Выводы, содержащиеся в документе, ясно указывают на важность и выбор параметров сверления и предоставляют руководящие принципы для обрабатывающей промышленности по повышению размерной целостности и производительности детали.

Ключевые слова: сверление, динамометр, качество отверстия, силы, округлость, шероховатость, износ, стружка, заусенец

1. Введение

В обрабатывающей промышленности сверление отверстий было характерным процессом, используемым для создания различных геометрических элементов чтобы обеспечить безопасную сборку с другими компонентами для повышения целостности, надежности и жизненного цикла продукта [1,2]. В частности, этот процесс был одним из основных производственных процессов в автомобильной и авиакосмической промышленности, когда речь идет об обработке легких металлов и композитов [3,4].Сверление с помощью инструментов и лазерное сверление используются для изготовления отверстий с желаемым качеством [5]. Хотя показано, что лазерное сверление позволяет создавать отверстия с высокой геометрической точностью, часто высокая температура процесса может потенциально ухудшить структурную целостность детали. Такое явление единодушно называют серьезной проблемой при сверлении композитов. Например, высокая температура вызывает плавление и разбухание вокруг области отверстия, что приводит к повреждению просверленной детали [6].

В частности, образование заусенцев и плохое качество поверхности при сверлении отрицательно сказываются на точности размеров и вызывают дополнительные трудности, повторную обработку, стоимость и даже повреждение, например усталость, в сборке. Поэтому просверленные отверстия часто очищают от заусенцев, чтобы сохранить функциональную надежность компонента. Сообщается, что удаление заусенцев просто составляет около 30% от общей стоимости изготовления фюзеляжа самолета [7]. Таким образом, была подчеркнута важность минимизации образования заусенцев и комплексных методов для достижения этого с целью разработки более надежного моделирования процессов и базы данных.

Независимо от материалов и технологий, важные параметры процесса, такие как скорость шпинделя и скорость подачи, значительно влияют на производительность сверления с точки зрения скорости съема материала, силы тяги и крутящего момента. Изучено влияние этих параметров на механику процесса и их оптимизацию при сверлении различных типов материалов [8]. Показано, что сила тяги и крутящий момент определяют конечный результат бурения. Тем не менее, особое мнение заключается в том, что высокая осевая сила и крутящий момент приводят к низкому качеству отверстия и снижению срока службы инструмента.Поэтому очень важно оценить и понять механику процесса бурения.

Коммерческие пьезоэлектрические датчики силы, такие как динамометр Кистлера, используются для измерения динамики резания с точки зрения силы тяги и крутящего момента. Хотя они очень точны и надежны, они очень дороги для малых и средних производственных цехов. Кроме того, поскольку на динамический отклик датчика влияют масса и геометрия детали, датчики измеряют статические силы с дрейфом потенциала, что приводит к ошибочным измерениям силы.Тем не менее, как недорогой вариант, тензометрические датчики механической силы становятся потенциальным кандидатом, которые по-прежнему могут предлагать достаточно точные и надежные измерения силы. В этом случае упругая деформация механического элемента воспринимается серией тензодатчиков, которые сопряжены с электрическими приборами, и под нагрузкой сила измеряется и оценивается как эквивалентное выходное электрическое напряжение. Датчики манометра очень чувствительны к деформации и могут быть легко прикреплены к механической конструкции.Недавно нынешние авторы разработали и разработали инновационный восьмиугольно-эллиптический датчик деформации на основе датчика для измерения силы фрезерования и продемонстрировали его рабочие функции [9]. Установлено, что разработанный датчик, являясь простым и надежным инструментом, может адаптироваться при бурении и оценивать лежащие в его основе характеристики.

С помощью соответствующих инструментов измерения и оценки в прошлом использовались многочисленные аналитические, численные и экспериментальные подходы для характеристики процесса бурения, т.е.е., оценка силы тяги, крутящего момента, оценка качества отверстий из алюминиевого сплава и композитных материалов. При сверлении пластика, армированного волокном, Wei et al. [10] сообщил, что сила тяги и качество отверстия сильно зависят от скорости подачи, в то время как влияние скорости резания относительно меньше. При сверлении Ti6Al4V Glaa et al. [11] предложили и изучили численную модель для оценки силы и крутящего момента, принимая во внимание регенеративную вибрацию и демпфирование процесса, а также оценили влияние параметров процесса.

Ко и др. [12,13] изучили влияние геометрии бурового долота, предложив больший угол при вершине и ступенчатое сверление для улучшения качества отверстия, то есть уменьшение размера заусенцев. Подобные наблюдения сообщаются в другом месте в работе Лаудербо [14]. Наури и др. [15] исследовал износ инструмента при сухом бурении путем экспериментального анализа и оптимизации, подчеркнув, что абразивный и адгезионный износ вызывают затупление инструмента и, как следствие, поломку, что приводит к неточности размеров отверстия.Курт и др. [16] рекомендовали низкую скорость резания и подачу для улучшения качества отверстий при сверлении алюминиевых сплавов.

Было изучено влияние охлаждающей жидкости, такой как жидкий азот MQL (минимальное количество смазки), и было обнаружено, что, хотя охлаждающая жидкость снижает силу тяги и износ инструмента, а также улучшает качество отверстия, использование охлаждающей жидкости может вызвать экологические опасности [17,18]. Ожидается, что наряду с манифестом устойчивого производства процесс обработки будет менее опасным для операторов, пользователей и окружающей среды.Таким образом, часто может быть предпочтительным бурение в сухих условиях. В обширной работе Ramulu et al. [19] наблюдали, что при сверлении сверлами из быстрорежущей стали температура в зоне резания увеличивается с увеличением скорости шпинделя и уменьшением скорости подачи. Увеличение скорости шпинделя приводит к увеличению износа инструмента, увеличению заусенцев на входе и выходе, в то время как увеличение скорости подачи приводит к увеличению силы тяги и крутящего момента, но к меньшим заусенцам на входе и выходе. Такое наблюдение несколько противоречит более ранним выводам Чена и Эльхмана [20].Таким образом, очевидно, что взаимосвязь между параметрами бурения и осевой силой, износом инструмента и образованием заусенцев может изменяться в зависимости от лежащей в основе заготовки и материала бурового долота. Другими словами, хотя механика процесса, то есть удаление материала и образование стружки, кажется общей, результат процесса все еще может измениться в зависимости от используемых эффективных параметров и условий [21]. Это требует дальнейшего исследования для изучения и подтверждения такой перспективы в бурении.

Учитывая наблюдаемые расхождения, с помощью собственного разработанного и изготовленного доступного и точного силового динамометра, цель настоящего исследования состоит в том, чтобы обобщить механику бурения с целью всестороннего исследования влияния ключевых параметров процесса: скорость шпинделя и скорость подачи – от силы тяги и крутящего момента.В конечном итоге качество просверленного отверстия с точки зрения диаметра отверстия, округлости, шероховатости поверхности и образования заусенцев оценивается и обсуждается в связи с механизмом износа инструмента и характеристиками стружкообразования. Чтобы наблюдать устойчивую эволюцию износа инструмента, в заготовке из алюминиевого сплава 6061 просверливают серию отверстий.

2. Материалы и методы

Осевая сила (т. Е. Сила тяги) и крутящий момент являются двумя основными показателями для оценки динамики бурения.Было продемонстрировано, что по сравнению с круглым кольцом восьмиугольная структура с внутренним эллиптическим отверстием создает высокую деформацию под нагрузкой, что улучшает чувствительность тензодатчиков [9]. В этом исследовании мы спроектировали и изготовили на собственном предприятии динамометр силы восьмиугольного эллипса для измерения силы тяги и крутящего момента при бурении. изображает схематическую диаграмму конструкции динамометра вместе с расположением тензодатчика на нем. Данные касательной силы используются для оценки крутящего момента при бурении.Показанные верхняя и нижняя пластины прикреплены для удержания обрабатываемой детали. Детали электроники, включая мостовые схемы и блок обработки сигналов, здесь не показаны для простоты. Силовой динамометр статически калибровали на машине Instron (модель: 5567, Норвуд, Массачусетс, США). Линейная зависимость между приложенной силой и выходным напряжением обнаружена с точностью до 98%. Чтобы зафиксировать динамическое поведение при бурении, динамометр калибруется в реальных условиях бурения.показывает характерную динамическую осевую силу (Fa) и крутящий момент (T) при бурении отверстия. Крутящий момент оценивается с использованием соотношения T = Ft ∗ r [22], где r = радиус бурового долота и F _t = тангенциальная сила, измеренная динамометром. Видно, что сила и крутящий момент меняются со временем. В частности, крутящий момент увеличивается со временем по мере увеличения глубины сверления, т.е. когда достигается полный контакт между буровым долотом и поверхностью отверстия. Это указывает на то, что силовой динамометр, используемый в этом исследовании, может обнаруживать и измерять динамическую и переходную информацию о силе резания.

Устройство восьмиугольного эллиптического датчика нагрузки и соединения тензодатчиков для измерения осевых и тангенциальных сил.

Типичное измерение динамического осевого усилия и крутящего момента при сверлении отверстия при частоте вращения шпинделя Н = 2000 × об / мин и скорости подачи f = 0,08 мм / об.

Для оценки качества отверстий была проведена серия экспериментов по сверлению на 3-осевом фрезерно-сверлильном станке (MetalMaster MB-52VE, HAFCO, Новый Южный Уэльс, Австралия). Бурение проводилось в сухом состоянии.Рассматриваемые параметры представлены в. Эти уровни параметров часто используются при традиционной резке алюминиевых сплавов в различных отраслях обрабатывающей промышленности [23]. показывает экспериментальную установку, включающую собственный силовой динамометр вместе с системой сбора данных. Для заданного набора параметров процесса просверливают десять (10) отверстий, чтобы исследовать влияние износа инструмента на качество отверстий. Следовательно, существует шесть (6) наборов комбинаций параметров между скоростью шпинделя и скоростью подачи (см.).Для каждого набора из 10 отверстий используется новое сверло с острой кромкой. Как видно на (см. Изображение на вставке), изготавливается специальная заготовка размером 125 мм × 125 мм × 8 мм с предварительно просверленными отверстиями 10 мм, которая устанавливается на верхнюю пластину, так что во время сверления каждого отверстия осевое усилие всегда указал на центральную ось динамометра. Заготовка изготовлена ​​из алюминиевого сплава 6061, механические свойства которого показаны на. Используемые сверла представляют собой две рифленые быстрорежущей стали A002 с покрытием TiN и диаметром 8 мм с углом резания / острием сверла = 118 °, направление резания = правое.Глубина просверленного отверстия – 16 мм.

Экспериментальная установка для бурения.

Таблица 1

Таблица 2

Механические свойства используемого материала заготовки (сплавы Al 6061).

Переходные силы для каждого отверстия измеряются и регистрируются с использованием динамометра рассчитанных усилий. Переходные данные со временем бурения усредняются для определения конечной силы и крутящего момента.Режущие кромки и стружки сверла наблюдаются и анализируются с помощью оптического микроскопа (Leica DVM500) и сканирующего электронного микроскопа (SEM) (Merlin, Carl Zeiss, Оберкохен, Германия) для исследования износа инструмента и режущего механизма по мере увеличения количества просверленных отверстий. .

Диаметр и округлость отверстия измеряются с помощью координатно-измерительной машины (КИМ) (MicroXcel 7.6.5 от Brown & Sharpe) производства Hexagon Metrology (Мельбурн, Австралия). Машина подключена к измерительной программе PC-DMIS (версия 3.7), который используется для сбора данных измерений для дальнейшей обработки. Для каждого отверстия выбираются 8 горизонтальных плоскостей, перпендикулярных направлению глубины от верха отверстия с интервалом 2 мм, где датчик КИМ касается не менее 10 точек на внутренней поверхности примерно с одинаковым углом на каждой глубине. и измеряет диаметр на плоскости с помощью метода наименьших квадратов круга (LSC). Измерение КИМ включает входную и выходную стороны отверстия. Среднее значение диаметра, измеренного в 8 плоскостях, является окончательным диаметром.Круглость отверстия определяется как радиальное расстояние между минимальной описывающей окружностью и максимальной вписывающей окружностью, которая имеет профиль внутренней поверхности в сечении, перпендикулярном оси вращения. Используя те же данные КИМ, полученные для измерения диаметра, конечную округлость записывают как среднее значение округлости, измеренное на 8 участках по глубине. Шероховатость просверленной поверхности измеряется с помощью Surftester Mitutoyo (модель: SJ 211), где учитывается длина отрезания 2 мм.Измерение шероховатости (R _a ) проводится по крайней мере в пяти точках вдоль направления глубины отверстия, и их среднее значение записывается как окончательное значение. Образование заусенцев является обычным явлением при сверлении, что влияет на качество отверстия с точки зрения точности размеров и производительности сверления. При сверлении на входе и выходе отверстия образуются заусенцы. В этом исследовании толщина и высота заусенцев на выходе были измерены с помощью оптического микроскопа (Leica DVM 500). Измерения проводятся в четырех точках на одинаковом расстоянии друг от друга на лунке, и их среднее значение считается окончательным зарегистрированным значением.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Осевое усилие и крутящий момент

показывает изменение средней осевой (осевой) силы и крутящего момента в зависимости от скорости шпинделя и скорости подачи. Для каждого отверстия – среднее значение, оцениваемое как среднее значение переходной силы, измеренное с момента, когда сверло полностью входит в заготовку, до момента полного выхода сверла из отверстия. Очевидно, что осевое усилие и крутящий момент значительно увеличиваются с увеличением скорости подачи. Например, когда скорость подачи увеличивается с 0.От 04 мм / об до 0,08 мм / об, увеличение осевого усилия составляет 29,23%, 44,94% и 34,02% при скорости шпинделя 1000 × об / мин, 1500 × об / мин и 2000 × об / мин, соответственно. При таком же изменении скорости подачи крутящий момент увеличивается на 29,95%, 41,55% и 47,65% при скорости шпинделя 1000 × об / мин, 1500 × об / мин и 2000 × об / мин, соответственно. Большая скорость подачи означает, что сверло быстрее проникает в осевом направлении, что приводит к увеличению толщины стружки и скорости съема материала. В результате увеличивается сила тяги и крутящий момент. С другой стороны, при данной скорости подачи скорость шпинделя, по-видимому, незначительно влияет на силу тяги.Например, при скорости подачи 0,08 мм / об осевое усилие увеличивается на 4,74% и 9,18% при изменении скорости шпинделя с 1000 × об / мин на 1500 × об / мин и до 2000 × об / мин соответственно. При сверлении стопок из однородных титановых сплавов Wei et al. [10] заметил, что изменение силы тяги относительно скорости шпинделя минимально или незначительно. Следовательно, это подтверждает наши результаты по сверлению алюминиевых сплавов. Другими словами, сверление титана и алюминиевых сплавов качественно следует той же тенденции, что и ожидается с точки зрения качества отверстий.

Влияние скорости подачи и скорости шпинделя на ( a ) среднее осевое усилие и ( b ) средний крутящий момент. Шкала погрешности указывает на стандартное отклонение данных силы для сверления 10 отверстий.

Однако наблюдается умеренное влияние на крутящий момент. Например, при скорости подачи 0,08 мм / об крутящий момент увеличивается на 59,19% при увеличении скорости шпинделя с 1000 × об / мин до 1500 × об / мин, а затем остается почти стабильным с умеренным увеличением на 10,95%, когда скорость шпинделя достигает 2000 × об / мин.При дальнейшем увеличении скорости шпинделя температура, возникающая в зоне резания, размягчает материал, и, следовательно, сверлу требуется меньше усилий для пластической деформации и сдвига материала. Как можно увидеть на a, небольшое увеличение осевой силы (и крутящего момента) с увеличением скорости шпинделя может быть связано с изменением степени термического размягчения и повышения температуры из-за фактического изменения скорости шпинделя (т. Е. Заданная скорость шпинделя может не быть постоянным во время сверления). Результаты ясно показывают, что могут быть предпочтительны более высокая скорость шпинделя и более низкая скорость подачи; но одновременно необходимо учитывать эффект износа инструмента, который будет обсуждаться в следующем разделе.

3.2. Механизм износа инструмента

иллюстрирует SEM-фотографии режущих кромок сверла после 10-го отверстия для каждой комбинации скорости шпинделя и скорости подачи. По сравнению с режущей кромкой долота износ режущей кромки является доминирующим фактором, влияющим на производительность сверления. Заметный износ на боковой поверхности включает адгезию из-за нароста кромки, абразива, сколов или трещин. Эти типы износа очень распространены при резке мягких материалов, таких как алюминиевые сплавы. Из этого видно, что адгезионный износ был очевидным механизмом износа, независимо от скорости вращения шпинделя и исследованной скорости подачи.При увеличении скорости подачи с 0,04 до 0,08 мм / об происходит абразивный износ, вызывающий истинный износ по задней поверхности и ослабляющий прочность режущей кромки. Большая скорость подачи означает более высокую скорость съема материала, вызывая большую силу тяги на режущую кромку. Следовательно, начинает происходить краевое скалывание с пластической деформацией, что может привести к поломке сверла. В частности, покрытие TiN на сверле будет более уязвимым. Это наблюдение согласуется с данными о силе бурения и крутящем моменте.Поэтому может быть необходимо сказать, что может быть рекомендована умеренная скорость подачи, чтобы избежать преждевременного возникновения износа и выхода режущей кромки из строя. Хотя значительного измеримого износа на боковой поверхности не наблюдается даже после 10-го отверстия, ожидается, что степень износа режущей кромки увеличится по мере увеличения времени сверления для получения большего количества отверстий. В дополнение к деформации сдвига в зоне первичного сдвига, сложное взаимодействие и повышение температуры на границе раздела между инструментом и стружкой определяют преобладающее развитие адгезионного износа при сверлении.Nuoari et al. [15] сообщалось, что адгезия происходит в два этапа: нарост на кромке (BUE) и нарастающий слой (BUL) по мере продолжения бурения большего количества отверстий. Первоначально нестабильный BUE трансформируется в BUL из-за давления и температуры в зоне контакта, что приводит к потенциальной диффузии алюминия по направлению к инструменту и образованию микросварки на поверхности инструмента. Когда форма BUL достигает кромки инструмента и ломается из-за динамического прерывистого резания, кромка инструмента становится неровной и ослабевает, что может привести к катастрофическому разрушению трещины.Изображения SEM, показанные на, ясно показывают изменение BUE на BUL наряду с шероховатостью кромок инструмента. Таким образом, наши результаты по износу инструмента согласуются с литературными данными. Следовательно, наряду с соответствующим выбором скорости вращения шпинделя и скорости подачи, использование сверл с износостойким покрытием и низким коэффициентом трения (например, (Ti-Al) N или алмазное покрытие CVD / PVD на инструменте из карбида вольфрама (WC)) [24] ) наряду с эффективным механизмом охлаждения можно рассмотреть для сведения к минимуму степени износа инструмента и, следовательно, улучшения характеристик сверления с точки зрения качества отверстий (что обсуждается в следующих разделах), срока службы инструмента и производительности производства [15].

Изображения дна бурового долота с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) и увеличенный вид режущей кромки после 10-го отверстия для различных скоростей шпинделя и подачи.

3.3. Диаметр отверстия

показывает изменение среднего диаметра отверстия и% отклонения от его номинального размера в зависимости от скорости шпинделя ( N, ) и скорости подачи ( f ). Очевидно, что для исследуемого диапазона скорости и подачи размер отверстия всегда больше номинального, а максимальный% разницы в диаметре составляет менее 2%, т.е.е. отверстие имеет размер менее 150 мкм от его номинального размера (диаметр 8 мм). Несмотря на то, что увеличение диаметра относительно невелико, похоже, что меньшая скорость подачи уменьшает разницу в размерах, в то время как скорость шпинделя не оказывает заметного влияния, за исключением условия N = 1000 × об / мин и f = 0,04 мм / об. , что указывает на то, что предпочтительны низкая скорость и низкая скорость подачи. Более низкая скорость подачи означает меньшую скорость проникновения, а режущая кромка удаляет материал с меньшей толщиной стружки, обеспечивая стабильное сверление без рывков и, как следствие, диаметр отверстия с меньшей погрешностью размеров.Сообщается, что более высокая скорость шпинделя вызывает повышение температуры в зоне резания и размягчает материал, что способствует получению более гладкой поверхности сверла с хорошим качеством поверхности с улучшенной точностью размеров. Хотя разница не является статистически значимой, наши результаты по диаметру отверстия, показанные в, указывают на улучшение точности размеров при увеличении скорости шпинделя с 1000 × об / мин до 2000 × об / мин. Результаты согласуются с данными о силе и крутящем моменте. При низкой скорости подачи резка со сдвигом является доминирующим механизмом, что приводит к непрерывному образованию стружки и меньшему усилию, и, как результат, отклонение отверстия минимально.Подобные выводы о размере отверстия при сверлении алюминиевых сплавов наблюдаются в других источниках литературы [2,23]. Следовательно, можно с уверенностью сказать, что при заданной скорости шпинделя может быть подходящим образом выбрана более низкая скорость подачи, чтобы минимизировать погрешность размеров. Хотя более низкая скорость подачи снижает производительность, решение должно быть принято путем установления справедливого баланса между производительностью и требуемой точностью размеров.

Влияние скорости вращения шпинделя и шпинделя на диаметр отверстия ( a ) и ( b )% разницы относительно его номинального размера (= 8 мм).Планка погрешности указывает стандартное отклонение диаметра отверстия для сверления 10 отверстий.

3.4. Заусенец

показывает пример просверленного отверстия с заусенцами на выходной стороне и геометрическое определение. Обнаружено, что размер заусенцев на входе меньше, чем на выходе. Следовательно, заусенец на выходной стороне измеряется для сверления десяти отверстий при каждой комбинации параметров процесса и представляется для анализа. показывает изменение толщины и высоты выходного заусенца в зависимости от скорости шпинделя и скорости подачи.Видно, что более высокая скорость шпинделя и скорость подачи увеличивают размер заусенцев. В частности, увеличение размера заусенцев с увеличением скорости подачи тем выше, чем выше скорость шпинделя. Например, изменение толщины заусенцев между скоростью подачи 0,04 мм / об и 0,08 мм / об увеличивается с 18% до 50%, когда скорость шпинделя увеличивается с 1000 × об / мин до 2000 × об / мин, соответственно. С другой стороны, при тех же условиях высота заусенца увеличивается с 19,56% до 28%. Как объяснялось в предыдущем разделе, более высокая скорость подачи приводит к увеличению осевой силы, что приводит к большему и более быстрому образованию стружки, и, как следствие, геометрия заусенцев становится больше.В целом скорость шпинделя больше влияет на толщину заусенца, чем на высоту заусенца. показывает репрезентативную топографию фрезы на выходной стороне в зависимости от скорости шпинделя и скорости подачи. Следует отметить, что образование заусенцев и их увеличение можно внимательно наблюдать при сверлении с большим диаметром. Другими словами, инструмент большего диаметра увеличивает скорость резания и динамический передний угол, что вызывает пластическую деформацию в обрабатываемом упрочняющем слое и глубину остаточного напряжения на стенке отверстия, что приводит к увеличению толщины и высоты заусенцев [25].Вышесказанное предполагает, что следует выбирать более низкую скорость шпинделя и скорость подачи, чтобы минимизировать образование заусенцев, тем самым экономя затраты на дальнейшую переделку при удалении заусенцев. Предыдущее компьютерное моделирование и экспериментальные исследования сверления алюминия и композитных материалов в аэрокосмической отрасли подтвердили серьезность образования заусенцев и дали аналогичные рекомендации для обеспечения превосходного качества отверстий [26]. Например, Соррентино и др. [22] сообщили о снижении коэффициента расслоения при выталкивании (т.е. геометрии выходного заусенца) на 37% для сверления углепластика (полимера, армированного углеродным волокном) при изменении скорости подачи с 0.От 3 мм / об до 0,1 мм / об.

( a ) Типичное отверстие с заусенцами на выходной стороне отверстия ( b ). Определение геометрии заусенцев.

Влияние скорости и подачи шпинделя на толщину ( a ) и высоту ( b ) выходного заусенца. Планка погрешности указывает стандартное отклонение размера заусенца для сверления 10 отверстий

Типичная топография выходной стороны отверстий при комбинации параметров ( a ) N = 1000 об / мин и f = 0.04 мм / об, ( b ) N = 1500 об / мин и f = 0,04 мм / об, ( c ) N = 2000 об / мин, f = 0,04 мм / об, ( d ) N = 1000 об / мин, f = 0,08 мм / об, ( e ) N = 1500 об / мин, f = 0,08 мм / об ( d ) N = 2000 об / мин, f = 0,08 мм / об.

3.5. Округлость и шероховатость

a показывают ошибку округлости относительно скорости шпинделя и скорости подачи.Погрешность округлости значительно увеличивается с увеличением скорости подачи. Например, когда скорость подачи увеличивается с 0,04 мм / об до 0,08 мм / об, округлость увеличивается на 78,78% при скорости шпинделя 1000 × об / мин. Ошибка округлости может быть в первую очередь из-за заусенцев, образовавшихся на входной и выходной сторонах отверстия, резкой осевой силы и динамической нестабильности бурового долота. Более высокая сила тяги из-за большей скорости подачи будет доминирующей причиной увеличения ошибки круглости. Для всех десяти просверленных отверстий погрешность округлости составляет менее 60 мкм, что приемлемо для отверстий малого и среднего размера (диаметром 8 мм).С другой стороны, на ошибку округлости меньше влияет скорость шпинделя, но она уменьшается при большой скорости подачи 0,08 мм / об. Однако это удивительно интересное наблюдение противоречит тенденции геометрии фрезы с более высокой скоростью подачи и скоростью шпинделя. Такое отклонение может быть связано с ошибками измерения круглости с помощью КИМ. Другими словами, когда датчик КИМ касается внутренней поверхности отверстия, обрезки, потенциально приставшие к поверхности, влияют на измерение и, следовательно, на общую ошибку округлости.Несмотря на то, что внутренняя поверхность отверстия очищается высокоскоростной струей воздуха из пневматического пистолета, к поверхности могут прилипать очень мелкие осколки. Влияние скорости вращения шпинделя и скорости подачи на шероховатость отверстия R _a показано на b. Видно, что шероховатость колеблется от 8,5 мкм до 11,15 мкм. Скорость подачи не влияет или минимально влияет на шероховатость, в то время как более высокая скорость шпинделя дает более низкую шероховатость. Эти результаты означают, что скорость шпинделя и скорость подачи от низкой до умеренной можно безопасно выбрать для достижения гладкой поверхности отверстия.Ожидается, что чистая и гладкая поверхность отверстий повысит прочность на вырыв и механическую целостность основной конструкции сборки. Наблюдение за морфологией стружки, которое показано в следующем разделе, дополнительно объясняет механизм улучшения качества поверхности.

Влияние скорости подачи и скорости подачи шпинделя на круглость отверстия ( a ) и шероховатость поверхности ( b ).

3.6. Chips Formation

показывает резку стружки после 10-го отверстия при различной комбинации скорости шпинделя и скорости подачи.В большинстве случаев стружка имеет непрерывную, запутанную фигурную форму. Похоже, что скорость шпинделя меньше влияет на образование стружки, а скорость подачи влияет больше всего. При увеличении скорости подачи с 0,04 до 0,08 мм / об стружка не всегда сплошная, а трескается и ломается. Сниженная острота кромок из-за износа при высокой скорости подачи приводит к поломке и расслоению стружки. Другими словами, из-за износа взаимодействие между передней поверхностью и заготовкой изменяется, что может привести к образованию сегментированной стружки.Кроме того, при увеличении скорости подачи секция резки становится больше, а стружка – шире. Следовательно, стружка из-за большой жесткости постоянно изо всех сил пытается намотаться и, следовательно, начинает дробиться на мелкие сегменты и / или спирали. Кроме того, высокая скорость шпинделя означает высокую кинетическую энергию в стружке, что может вызвать поломку стружки при более высокой скорости подачи (). Другими словами, стружка, протекающая через канавки, испытывает огромное сопротивление из-за контактного трения и отламывается. Подобный результат наблюдается и сообщается в экспериментальных и вычислительных исследованиях обработки аэрокосмических алюминиевых сплавов [10,27].Следует отметить, что, хотя сегментированная стружка благоприятна для легкого удаления стружки и управления ею, лежащий в основе процесс часто ухудшает качество создаваемых отверстий. Поэтому при выборе параметров процесса сверления необходимо учитывать желаемые требования к качеству отверстия, например, размер отверстия, округлость и чистоту.

Срезание стружки после сверления 10-го отверстия с разной скоростью шпинделя и подачей.

4. Выводы

В данной статье представлено экспериментальное исследование по оценке качества отверстий при сверлении алюминиевых сплавов.По сравнению со скоростью шпинделя, скорость подачи является наиболее доминирующим параметром, существенно влияющим на характеристики сверления. Для данного диапазона скорости вращения шпинделя максимальное увеличение осевого усилия и крутящего момента составляет 44,94% и 47,65%, соответственно, при увеличении скорости подачи с 0,04 мм / об до 0,08 мм / об. Показано, что стабильное резание без рывков при скорости подачи всего 0,04 мм / об приводит к погрешности размеров отверстия менее 2%. Результаты по геометрии заусенцев и округлости следуют той же тенденции, в то время как шероховатость минимально зависит как от скорости шпинделя, так и от скорости подачи.Наращивание кромки с последующим истиранием и микротрещинами на режущей кромке приводит к заметному механизму износа, и их последствия могут усиливаться по мере дальнейшего увеличения количества просверленных отверстий. Этот результат подтверждается наблюдением морфологии стружки, т. Е. При более высокой скорости подачи отмечается больше сломанной и сегментированной стружки, в отличие от непрерывной спутанной стружки при более низкой скорости подачи.

Следует отметить, что охлаждающая жидкость [27] и изменение геометрии инструмента [28], которые могут повлиять на производительность бурения, не принимаются во внимание в этом исследовании.Хотя и то, и другое может количественно изменить представленные показатели силы и качества отверстия, ожидается, что качественная тенденция останется прежней, как и выводы документа.

Вклад авторов

M.U. концептуализировал идею, разработал эксперимент, проанализировал результаты и написал рукопись. А.Б. проведена характеристика износа сверла. A.P., S.S., C.P. и G.M.K. рассмотрел и предоставил отзывы для улучшения рукописи.

Финансирование

Это исследование не получало внешнего финансирования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

Фотография сверла с алюминиевой стружкой, которая в конечном итоге приводит к …

Контекст 1

… В дополнение к вышеперечисленным компонентам, во все образцы был добавлен стронций на уровне 0,017% модифицировать кремний.Твердый элементарный Pb, Sn, Bi или индий (In) добавляли примерно к 100 фунтам расплавленного алюминия. FME добавляли к расплаву при осторожном перемешивании в течение примерно 2 мин при температуре расплава 737 ◦ C. Затем расплав дегазировали азотом с использованием роторного дегазатора в течение примерно 15 мин и осторожно снимали. Расплав стабилизировали при 710 ◦ C и разлили в песчаные формы для производства алюминиевых пластин. После охлаждения пластины вытряхивали из песчаной формы и затем закаливали с помощью термообработки Т5 или Т6. Условие T5 включало искусственное старение пластин при 204 ◦ C в течение 8 часов.Условие T6 включало термообработку пластин на твердый раствор в печи при 504 ◦ C в течение 12 часов с последующей немедленной закалкой в ​​горячей воде в течение 1 минуты и затем старением при 154 ◦ C в течение 4–5 часов. Перед обработкой пластины были подвергнуты торцевому фрезерованию для удаления корки песка. Дополнительная информация о влиянии добавок на материал и структурные свойства сплава будет представлена ​​в следующей статье. Однако анализ отливок показал, что добавки были равномерно распределены по всей отливке в виде дискретных частиц, обычно прикрепленных к кремнию.Не было никаких свидетельств изменений в микроструктуре кремния после добавления FME. Чтобы охватить более широкий диапазон условий, были использованы две конструкции алюминиевых пластин и два режима обработки, как показано в таблице 1. Пластины были отлиты либо в виде сплошных пластин, либо в виде пластин с пазами с различными размерами, термообработкой и твердостью. Бурение было выбрано из-за его сложности при отсутствии MRF. Перед началом испытаний на механическую обработку были оценены 5 геометрий сверла и 15 комбинаций скорости подачи и выбора оптимальных условий для этих испытаний.Были выбраны сверла Kennametal с 3 зубьями, спиралью 30 ◦, углом при вершине 130 ◦, твердосплавные сверла. Сверла были испытаны на отказ, обычно определяемый как разрушение сверла после того, как его канавки забились алюминием. Было подсчитано общее количество отверстий, просверленных с помощью одного сверла, а также количество отверстий, просверленных до такой степени, что отверстие не соответствовало спецификациям, определенным, когда дюбель 6,35 мм или 6,8 мм не мог быть вставлен в отверстие. Примерно 300 отверстий можно просверлить в твердой пластине или 400 – в пластине с прорезями.Близость отверстий и короткое время, в течение которого они были просверлены (около 20 минут на пластину), также представляли проблему по сравнению с производственной ситуацией, поскольку оставалось мало времени для рассеивания тепла. Мощность и крутящий момент шпинделя контролировались во время сверления. Шероховатость поверхности просверленных отверстий также измерялась профилометром. Состав пластинок определялся методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Изображения были также получены с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) и электронно-зондового микроанализатора.Для оценки температуры во время сверления были сделаны термографические снимки стороны алюминиевой пластины на расстоянии 2,5 мм от просверливаемого отверстия с помощью инфракрасной камеры. Трибологические эффекты определялись с помощью тестов на царапины и теста «штифт на диске». Тесты на царапины проводились с помощью тестера CSM Microscratch Tester. На поверхности каждого сплава шариком из карбида вольфрама диаметром 3,2 мм наносили пять 5-миллиметровых царапин при постоянной нагрузке 10 Н. Были измерены нормальные и тангенциальные силы, определен коэффициент трения (COF), а царапины визуально исследованы под микроскопом.Тестирование «штифт на диске» проводилось на высокотемпературном трибометре ISC 450 от Implant Sciences. Штифт из сплава B319 диаметром 4 мм различного состава вращался против хорошо отполированного диска WC / Co диаметром 19 мм на 1000 оборотов при трех различных температурах. Приложенная нагрузка и скорость скольжения составляли 5 Н и 0,12 м / с соответственно (Konca et al., 2006). Наши ранние эксперименты со сверлением показали, что только около 30 отверстий можно просверлить в алюминиевой пластине до выхода инструмента из строя при сухой обработке.Источником разрушения было накопление тепла, так что алюминий стал термически размягченным и прилип к канавкам сверла, а не откачался. В результате получилось сверло, заполненное алюминиевой стружкой, как показано на рис. 1, что быстро привело к разрушению сверла. Производительность сухой обработки варьировалась в зависимости от партии алюминия. Разница между сплавами объяснялась следовыми количествами примесей Pb или Sn в алюминии. Количество отверстий, просверленных сверлами без покрытия, показано в Таблице 2 для 10 различных партий алюминия с различными следовыми количествами Pb и Sn.Количество пробуренных отверстий коррелировало с концентрацией (Pb + Sn) (мас.%) С уровнем значимости <5%. В среднем только 9 отверстий на одно сверло можно было просверлить в алюминии B319 в этих условиях бурения при полном отсутствии Pb или Sn. При более высоких уровнях следов Pb + Sn было возможно до 50 отверстий на одно сверло, что является значительным увеличением, но все же далеко от 10 000 отверстий на одно сверло, возможных при мокрой обработке. Однако это говорит о том, что преднамеренное добавление этих веществ к сплаву может улучшить обрабатываемость в сухом состоянии.Было проведено несколько предварительных испытаний с добавлением Pb или Bi в расплав алюминия перед отливкой твердых алюминиевых пластин. Pb использовался, потому что он был уже известен и принят в качестве попутного элемента в пластинах. Bi был опробован из-за более раннего успеха добавок Bi при мокрой обработке алюминия (Spillard, 1998; Alabi, 1992a). Pb, добавленный на уровне 0,12% (также присутствовало 0,02% Sn), обеспечивал 870 отверстий на одно сверло до отказа сверла, что более чем в 80 раз превышает возможное без Pb. Pb добавлен в 0.Уровень 17% (также присутствует 0,06% Sn) допускает более 800 отверстий на одно сверло. После 800 отверстий сверло не вышло из строя, но алюминиевые пластины сгорели. Затем мы добавили Bi к пластинам из алюминия и просверлили 670 отверстий на одно сверло при уровне 0,25% Bi и более 5200 отверстий на одно сверло при уровне 0,5% Bi, что более чем в 500 раз. График мощности для первых 24 просверленных отверстий показан на рис. 2 для алюминия без поправок и для алюминия, содержащего 0,5% Bi. Мощность при сверлении сплава Al-Bi оставалась постоянной, когда были просверлены 24 отверстия, и составляла примерно 3 кВт.Мощность во время сверления неизмененного алюминия началась в той же точке, но быстро увеличилась до более чем 8 кВт, поскольку алюминий накапливался на режущей кромке и канавках сверла. Тепловизионные изображения были сделаны со стороны двух пластин при просверливании отверстий в пределах 2,5 мм от края. Результаты показаны на рис. 3, где каждый пик соответствует бурению одной скважины. Температура оставалась низкой, когда в сплаве присутствовало небольшое количество Pb (0,17%). Напротив, сверление неизмененного сплава привело к очень высоким пикам температуры, поскольку алюминий поочередно забивался и откачался из канавок сверла.На основании впечатляющих первоначальных результатов для тестирования в качестве добавок были выбраны три элемента: Bi, In и Sn. Хотя Pb показал хорошие результаты, он был исключен из соображений охраны окружающей среды. Конструкция пластины также была изменена с цельной пластины на пластину с прорезями, а сверление было затруднено за счет использования сквозного отверстия, а не глухого, и глубины отверстия 25 мм по сравнению с 19 мм (Таблица 1). Кроме того, термообработка T6 была заменена термообработкой T5, в результате чего была получена более высокая твердость 100 вместо 80 по Бринеллю.Новая конфигурация, очевидно, была более сложной, поскольку теперь только 1 или 2 отверстия можно было просверлить в неизмененной пластине B319 с пазами до того, как сверло сломается. Количество скважин, пробуренных в B319 с добавками FME с разными уровнями концентрации, показано в Таблице 3. Любое число, отмеченное знаком «>», указывает на то, что бур все еще работал хорошо после бурения этого количества скважин. За исключением двух сверл, которые ломались очень быстро, все другие сверла хватили на сотни или тысячи отверстий.Добавление FME оказало огромное влияние на сухую обработку, повысив производительность более чем на три порядка. Sn был менее эффективным на уровне 0,1%, чем на более высоких уровнях, поскольку просверленные отверстия не соответствовали спецификации диаметра после 5000 отверстий. При 0,15% Sn все отверстия соответствовали требованиям к диаметру. Из-за эффективности предприятий учения редко терпели неудачу, и было трудно оценить, какое предприятие было наиболее эффективным. График мощности обработки для добавок 0,5% Bi, Sn и In показан на рис.4 для второго ряда отверстий, просверленных в каждой пластине. Каждый пик представляет собой просверленное отверстие. Самая высокая мощность для B319 (0,5% Bi) и самая низкая для B319 (0,5% Sn), что указывает на то, что Bi является наименее эффективным, а Sn – наиболее эффективным из трех добавок. Более высокая мощность также была результатом снижения концентрации FME. Приведенные выше результаты показывают, что сухая обработка была значительно улучшена за счет включения небольших количеств FME в состав сплава. Возможные причины этого эффекта можно рассмотреть на основе литературы по свободной механической обработке.В «Справочнике по металлам» (1989 г.) говорится, что в алюминий добавляются легкообрабатываемые элементы, такие как Pb, Te, Se и Bi, чтобы улучшить ломкость стружки и минимизировать трение, что позволяет повысить скорость обработки, увеличить срок службы инструмента, улучшить качество обработки поверхности, больший контроль размеров и чистое сокращение обработки …

Аккумуляторный держатель сверла и малый ударный держатель, алюминиевый крюк для инструмента

Подробности

Толщина материала:

.125 ”

Информация

Этот держатель сверла отлично подходит для трейлера или магазина, где можно разместить ваши инструменты. Он будет хорошо работать с аккумуляторными дрелями, а также с небольшими ударами с батарейным питанием, такими как размеры 1/4 “и 3/8”.Он устанавливается на любую плоскую поверхность с помощью предварительно просверленных крепежных отверстий 1/4 дюйма. Прочная алюминиевая конструкция 1/8 дюйма гарантирует, что он прослужит столько же, сколько и ваша дрель, или даже дольше. Почему ваши сверла и удары лежат вокруг прицепа или гаража? Организуйте свое рабочее место уже сегодня!

• Устанавливается на любую плоскую поверхность
• Изготовлен из проката алюминия 1/8 “
• Предварительно просверлены монтажные отверстия 1/4 “
• Расстояние между центрами монтажных отверстий 5 дюймов
• Общая ширина 6-1 / 2 дюйма
• Зазор между крюками 3-1 / 2 дюйма
• Глубина 2-7 / 8 дюймов от стены до внешнего края крюков

Важные сообщения

• Получите БЕСПЛАТНУЮ доставку, если ваш заказ включает этот товар на сумму более 99 долларов! Наземная доставка только на территории США.

Использование некоторых деталей запрещено в Калифорнии или других штатах с аналогичными законами / постановлениями.