Можно ли сверлить алюминиевую оконную раму? – Жадный.

Можно ли сверлить алюминиевую оконную раму?

Домовладелец может отказаться от идеи вешать шторы на стальную или алюминиевую оконную раму, потому что это требует сверления отверстий для крепления кронштейнов карниза. Однако при наличии подходящего сверла и некоторого терпения вы можете просверлить отверстия и прикрепить кронштейны к раме.

Что означает точка разделения 135 градусов?

135-градусное сверло обычно используется для сверления в более твердых материалах, поскольку его шаг облегчает сверление повторяющихся отверстий в более прочном материале.Разделение точки. Стержень сверла имеет две изогнутые канавки, называемые канавками, которые вытягивают мусор из просверливаемого отверстия.

Какое сверло вы используете для алюминия?

Кобальтовые сверла
Сверла из быстрорежущей стали (HSS) могут сверлить дерево, стекловолокно, поливинилхлорид (ПВХ) и мягкие металлы, такие как алюминий. Кобальтовые сверла очень твердые и быстро рассеивают тепло. Они в основном используются для сверления алюминия и твердых металлов, таких как нержавеющая сталь.

Как просверлить металлическую оконную раму?

Вставьте маленькое сверло в дрель, чтобы сделать пилотное отверстие.Слегка надавите на каждое углубление и используйте скорость сверления от медленной до средней. Продолжайте сверлить, пока не проникнете в металл. Затем установите дрель на задний ход и медленно вытащите сверло из отверстия.

Почему я не могу просверлить оконную раму?

Там может быть стальная перемычка, стальной арматурный стержень и т. д. Или, что еще хуже, это может быть стальной канал для электрических кабелей. Или, возможно, вы просто сломали сверло, пытаясь просверлить бетон. Если вы только что просверлили сталь через древесину, сверло должно продолжать сверлить сталь.

Нужно ли специальное сверло для алюминия?

Алюминий — это мягкий металл, поэтому его можно просверлить стандартным сверлом из быстрорежущей стали. Однако из-за низкой температуры плавления алюминия лучшим выбором будет использование кобальтового сверла. Кобальтовое сверло будет быстрее рассеивать тепло и, в конечном итоге, поможет уменьшить накопление тепла.

Можно ли сверлить отверстия в алюминии?

«Алюминий, как правило, мягкий, цветной, пластичный материал с низкой плотностью и, естественно, высокой устойчивостью к коррозии.Алюминий трудно сверлить, потому что из-за его пластичности и мягкости материал постоянно и продолжительно контактирует с передней поверхностью или режущими кромками сверла».

Почему вершина сверла 118 градусов?

Два наиболее стандартных угла при вершине — 118 и 135. 118 обычно используется для сверления мягких материалов, таких как дерево. Из-за количества шага это облегчает сверление повторяющихся отверстий в твердом материале. Разница будет в форме; 118 более агрессивен и имеет меньшее долото.

С какой скоростью сверлить алюминий?

Как выбрать правильную скорость сверления

Как прикрутить алюминиевые оконные рамы?

Чтобы использовать саморезы, поместите винт непосредственно на алюминиевый лист. Зафиксируйте винт, чтобы он не наклонялся при вкручивании, и закрутите винт в металл. Дайте ему повернуться, пока он не пройдет полностью, так как нити и острие сделают свое собственное отверстие.

Под каким углом лучше всего сверлить алюминий?

при обработке более твердых материалов. Это означает, что вертикальный, высокий угол сдвига с минимальным заточением кромки идеально подходит для сверления алюминия. «Как правило, сверла с большим углом наклона спирали, полированными канавками и углом при вершине от 130° до 140° обеспечат наилучший вывод стружки и эффективность резания», — сказал Фрейзер.

Какой тип сверла следует использовать для алюминия?

Алюминий — это мягкий металл, поэтому его можно просверлить стандартным сверлом из быстрорежущей стали. Однако из-за низкой температуры плавления алюминия лучшим выбором будет использование кобальтового сверла. Кобальтовое сверло будет быстрее рассеивать тепло и, в конечном итоге, поможет уменьшить накопление тепла. 2.

Как просверлить отверстие в алюминии?

1. Выберите подходящее сверло. Алюминий — мягкий металл, поэтому в него можно просверлить стандартное сверло из быстрорежущей стали.Однако из-за низкой температуры плавления алюминия лучшим выбором будет использование кобальтового сверла. Кобальтовое сверло будет быстрее рассеивать тепло и, в конечном итоге, поможет уменьшить накопление тепла.

Чем лучше всего резать алюминиевый уголок?

Для резки алюминиевого уголка лучше всего использовать торцовочную пилу с твердосплавным полотном для цветных металлов. Тем не менее, есть еще несколько советов и приемов, заметок о безопасности и некоторых инструментов, которые лучше других, которые мы можем рассмотреть.

Оценка качества отверстий при сверлении материалов из сплавов Al 6061

(Базель). 2018 декабрь; 11(12): 2443.

Мохаммад Уддин

¹ Школа инженерии, Университет Южной Австралии, Моусон-Лейкс 5095, ЮАР, 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, Пенджаб 144411, Индия; мок[email protected]pns

Grzegorz M. Krolczyk

⁶ Факультет машиностроения и автомобильной промышленности, Опольский технологический университет, ул. Прошковска 76, 45-758 Ополе, Польша; [email protected]

Чандер Пракаш

⁵ Школа машиностроения, Lovely Professional University, Пхагвара, Пенджаб 144411, Индия; [email protected]

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

Поступила в редакцию 14 ноября 2018 г.; Принято 29 ноября 2018 г.

Abstract

Качество отверстия при сверлении считается предпосылкой надежной и надежной сборки компонентов, обеспечивающей целостность продукта и срок службы. Целью данной статьи является оценка влияния ключевых параметров процесса на эффективность бурения. Выполняется серия тестов бурения с новыми долотами из быстрорежущей стали (HSS) с покрытием TiN, а сила осевого усилия и крутящий момент измеряются с помощью встроенного силового динамометра. Влияние механики процесса на качество отверстия, например. г., размерная точность, образование заусенцев, чистота поверхности оцениваются по отношению к износу сверла и механизму образования стружки. Экспериментальные результаты показывают, что скорость подачи, которая определяет толщину необработанной стружки и скорость съема материала, является наиболее доминирующим фактором, существенно влияющим на усилие и качество отверстия. Для заданного диапазона скоростей шпинделя максимальное увеличение осевой силы и крутящего момента составляет 44,94 % и 47,65 % соответственно при увеличении скорости подачи с 0,04 мм/об до 0,08 мм/об. Стабильное резание без рывков при скорости подачи от 0.Показано, что 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 прогрессию. Выводы статьи ясно указывают на важность и выбор параметров сверления и дают рекомендации для обрабатывающей промышленности по повышению размерной целостности и производительности детали.

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

1.Введение

В обрабатывающей промышленности сверление отверстий является характерным процессом, используемым для создания различных геометрических элементов, а также для обеспечения надежной сборки 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 аэрокосмической промышленности, когда речь идет об обработке легких металлов и композитов [3,4]. Инструментальное и лазерное сверление применяются для изготовления отверстий желаемого качества [5].Хотя показано, что лазерное сверление создает отверстия с высокой геометрической точностью, часто высокая температура процесса может потенциально ухудшить структурную целостность детали. Такое явление было единодушно названо 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, доработку, затраты и даже повреждения, например.г., усталость, в сборе. Поэтому просверленные отверстия часто зачищают, чтобы сохранить функциональную надежность компонента. Сообщается, что удаление заусенцев просто составляет около 30% от общей стоимости изготовления фюзеляжа самолета в сборе [7]. Таким образом, была подчеркнута важность минимизации образования заусенцев и комплексных методов для достижения этого с целью разработки более надежного моделирования процесса и базы данных.

Независимо от материалов и методов важные параметры процесса, такие как скорость вращения шпинделя и скорость подачи, существенно влияют на производительность сверления с точки зрения скорости съема материала, осевого усилия и крутящего момента. Исследовано влияние этих параметров на механику процесса и их оптимизация при сверлении различных типов материалов [8]. Показано, что сила тяги и крутящий момент определяют окончательный результат бурения. Однако все согласны с тем, что высокая осевая сила и крутящий момент приводят к ухудшению качества отверстия и снижению срока службы инструмента. Поэтому очень важно дополнительно оценить и понять механику процесса бурения.

Коммерческие пьезоэлектрические датчики силы, такие как динамометр Кистлера, используются для измерения динамики резания с точки зрения осевого усилия 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 влияет масса и геометрия заготовки, датчики измеряют статические силы с потенциальным дрейфом, что приводит к ошибочным измерениям силы. Однако в качестве недорогого варианта датчики механической силы на основе тензодатчиков становятся потенциальными кандидатами, которые по-прежнему могут обеспечивать достаточно точные и надежные измерения силы. В этом случае упругая деформация механического элемента воспринимается серией тензодатчиков, которые связаны с электрическими приборами, а 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 спроектировали и разработали инновационный восьмиугольно-эллиптический тензометрический датчик для измерения данных силы измельчения и продемонстрировали его рабочие функции [9]. Как простой и надежный инструмент, разработанный датчик имеет потенциал для адаптации в процессе бурения и оценки его базовой производительности.

В прошлом с помощью соответствующих инструментов измерения и оценки использовались многочисленные аналитические, численные и экспериментальные подходы для характеристики процесса бурения, т.е.д., оценивая усилие тяги, крутящий момент, оценивая качество отверстий, алюминиевых сплавов и композиционных материалов. При сверлении армированного волокном пластика Wei et al. [10] сообщили, 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. В работе [11] предложена и изучена численная модель оценки силы и крутящего момента с учетом регенеративной вибрации и демпфирования процесса, а также оценено влияние параметров процесса.

Ко и др. [12,13] изучали влияние геометрии сверла, предлагая больший угол при вершине и ступенчатое сверление для улучшения качества отверстия, то есть уменьшения размера заусенцев. О подобных наблюдениях сообщается в других работах Лаудербо [14]. Наури и др. [15] исследовал износ инструмента при сухом сверлении с помощью экспериментального анализа и оптимизации, подчеркнув, что абразивный и адгезионный износ вызывает затупление инструмента и, следовательно, поломку, что приводит к неточности размеров отверстия.Курт и др. [16] рекомендовал низкую скорость резания и подачу для улучшения качества отверстий при сверлении алюминиевых сплавов.

Влияние охлаждающей жидкости, такой как жидкий азот MQL (минимальное количество смазки), было изучено, и было обнаружено, что, хотя охлаждающая жидкость снижает осевое усилие и износ инструмента, а также улучшает качество отверстия, использование охлаждающей жидкости может вызвать экологические опасности [17,18]. Наряду с манифестом устойчивого производства ожидается, что процесс обработки будет менее опасным для операторов, пользователей и окружающей среды.Таким образом, бурение в сухих условиях часто может быть предпочтительным. В обширной работе Ramulu et al. [19] заметили, что при сверлении сверлом из быстрорежущей стали температура в зоне резания увеличивается с увеличением скорости вращения шпинделя и уменьшением скорости подачи. Увеличение скорости шпинделя приводит к повышенному износу инструмента, увеличению входных и выходных заусенцев, в то время как увеличение скорости подачи приводит к увеличению осевого усилия и крутящего момента, но меньшим входным и выходным заусенцам. Такое наблюдение несколько противоречит более ранним выводам Чена и Эльмана [20].Таким образом, очевидно, что взаимосвязь между параметрами сверления и силой осевого усилия, износом инструмента и образованием заусенцев может варьироваться в зависимости от материала основной заготовки и сверла. Другими словами, хотя механика процесса, т. е. удаление материала и образование стружки, кажется общей, результат процесса все же может меняться в зависимости от используемых эффективных параметров и условий [21]. Это требует дальнейших исследований для изучения и подтверждения такой перспективы в бурении.

Учитывая наблюдаемые несоответствия, с помощью разработанного и изготовленного собственными силами доступного и точного динамометра силы, цель текущего исследования состоит в том, чтобы резюмировать механику бурения с целью всестороннего изучения 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 образования стружки. Чтобы наблюдать за устойчивым износом инструмента, в заготовке из алюминиевого сплава 6061 просверливают ряд отверстий.

2. Материалы и методы

Осевая сила (т.е. осевая сила) 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 большую деформацию при нагрузке, что повышает чувствительность тензодатчиков на основе тензодатчиков [9]. В этом исследовании мы разработали и изготовили силовой динамометр в форме восьмиугольного эллипса для измерения силы осевого усилия и крутящего момента при бурении. изображена принципиальная схема конструкции динамометра с расположением на нем тензодатчиков. Данные касательной силы используются для оценки крутящего момента при бурении.Показанные верхняя и нижняя пластины крепятся, чтобы удерживать заготовку для высверливания. Детали электроники, включая мостовые схемы и блок обработки сигналов, для простоты здесь не показаны. Силовой динамометр был статически откалиброван на машине Instron (модель: 5567, Norwood MA, USA). Линейная зависимость между приложенной силой и выходным напряжением найдена с точностью подгонки 98%. Чтобы зафиксировать динамическое поведение при бурении, динамометр калибруется в реальных условиях бурения.показывает репрезентативную динамическую осевую силу (Fa) и крутящий момент (T) при сверлении отверстия. Крутящий момент оценивается по соотношению T=Ft∗r [22], где r = радиус бурового долота и F _t = тангенциальная сила, измеренная динамометром. Видно, что сила и момент меняются со временем. В частности, крутящий момент увеличивается со временем по мере увеличения глубины сверления, т. е. при достижении полного контакта между сверлом и поверхностью отверстия. Это указывает на то, что динамометр силы, используемый в этом исследовании, может обнаруживать и измерять информацию о динамической и переходной силе резания.

Расположение восьмиугольного эллипсовидного динамометрического датчика и соединения тензодатчиков для измерения осевых и тангенциальных усилий.

Репрезентативное динамическое измерение осевой силы 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’s MB-52VE, HAFCO, Новый Южный Уэльс, Австралия). Буровые испытания проводились в сухом состоянии.Рассматриваемые параметры показаны на . Эти уровни параметров часто используются при обычной резке алюминиевых сплавов в различных отраслях обрабатывающей промышленности [23]. показана экспериментальная установка, включающая встроенный силовой динамометр вместе с системой сбора данных. Для заданного набора параметров процесса сверлят десять (10) отверстий, чтобы исследовать влияние износа инструмента на качество отверстий. Таким образом, существует шесть (6) наборов комбинаций параметров между скоростью шпинделя и скоростью подачи (см. ).Для каждого набора из 10 отверстий используется новое сверло с острым краем. Как видно (см. вставку), специальная заготовка размером 125 мм × 125 мм × 8 мм с предварительно просверленными отверстиями 10 мм изготавливается и устанавливается на верхнюю пластину таким образом, чтобы во время сверления каждого отверстия осевая сила всегда направлены к центральной оси динамометра. Заготовка изготовлена ​​из алюминиевого сплава 6061, механические свойства которого приведены на рис. и используемые сверла представляют собой две канавки из быстрорежущей стали A002 с покрытием TiN диаметром 8 мм, угол резания / точка сверления = 118 °, направление резания = правое.Глубина просверленного отверстия 16 мм.

Экспериментальная установка для буровых испытаний.

Таблица 1

Таблица 2

Механические свойства используемого материала заготовки (сплавы Al 6061).

Для каждого отверстия нестационарные силы измеряются и записываются с помощью расчетного силового динамометра. Переходные данные со временем бурения усредняются для определения конечной силы и крутящего момента.Режущие кромки и стружка сверла наблюдают и анализируют с помощью оптического микроскопа (Leica DVM500) и сканирующего электронного микроскопа (SEM) (Merlin, Carl Zeiss, Oberkochen, Германия) для изучения износа инструмента и режущего механизма по мере увеличения количества просверливаемых отверстий. .

Диаметр и округлость отверстий измеряют на координатно-измерительной машине (КИМ) (Brown & Sharpe’s MicroXcel 7.6.5) производства Hexagon Metrology (Мельбурн, Австралия). Машина подключена к измерительному программному обеспечению PC-DMIS (версия 3.7), который используется для сбора данных измерений для дальнейшей обработки. Для каждого отверстия выбирают 8 горизонтальных плоскостей, перпендикулярных направлению глубины от вершины отверстия с интервалом 2 мм, где зонд КИМ касается не менее 10 точек внутренней поверхности примерно с равным углом интервала на каждой глубине. и измеряет диаметр на плоскости с помощью метода наименьших квадратов (LSC). Измерение КИМ включает входную и выходную стороны отверстия. Среднее значение диаметра, измеренного в 8 плоскостях, является конечным диаметром.Округлость отверстия определяется как радиальное расстояние между минимальной вписываемой окружностью и максимальной вписываемой окружностью, которая имеет профиль внутренней поверхности в сечении, перпендикулярном оси вращения. Используя те же данные КИМ, полученные для измерения диаметра, окончательная округлость записывается как среднее значение округлости, измеренное на 8 участках по глубине. Шероховатость просверленной поверхности измеряется с помощью Mitutoyo’s Surftester (модель: SJ 211), при этом учитывается длина отсечки 2 мм.Измерение шероховатости (R _и ) проводят по меньшей мере в пяти точках вдоль направления глубины отверстия, и их среднее значение записывают 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 заусенцы образуются на входе и выходе из отверстия. В этом исследовании толщина и высота выходного заусенца измерялись с помощью оптического микроскопа (Leica DVM 500). Измерения проводятся в четырех точках, равноудаленных друг от друга на скважине, и их среднее значение считается окончательным зарегистрированным значением.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Осевая сила и крутящий момент

показывает изменение средней осевой (упорной) силы и крутящего момента в зависимости от скорости вращения шпинделя и скорости подачи. Для каждого отверстия среднее значение оценивается как среднее значение данных переходной силы, измеренное с момента, когда сверло полностью входит в заготовку, до полного выхода сверла из отверстия. Очевидно, что осевая сила и крутящий момент значительно увеличиваются с увеличением скорости подачи. Например, когда скорость подачи увеличивается с 0.04 мм/об до 0,08 мм/об увеличение осевой силы составляет 29,23%, 44,94% и 34,02% при скорости вращения шпинделя 1000× об/мин, 1500× об/мин и 2000× об/мин соответственно. При том же изменении скорости подачи крутящий момент увеличивается на 29,95%, 41,55% и 47,65% при скорости вращения 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 большей толщине стружки и скорости съема материала. В результате сила тяги и крутящий момент увеличиваются. С другой стороны, при заданной скорости подачи скорость шпинделя оказывает незначительное влияние на усилие тяги.Например, при скорости подачи 0,08 мм/об осевая сила увеличивается на 4,74% и 9,18% при изменении скорости вращения шпинделя с 1000 об/мин до 1500 об/мин и до 2000 об/мин соответственно. При сверлении однородных пакетов из титанового сплава Wei et al. [10] заметили, что изменение силы тяги по отношению к скорости вращения шпинделя минимально или незначительно. Следовательно, это подтверждает наши результаты для сверления алюминиевых сплавов. Другими словами, сверление титановых и алюминиевых сплавов качественно следует той же тенденции, что и ожидается с точки зрения качества отверстий.

Влияние скорости подачи и скорости шпинделя на ( a ) среднюю осевую силу и ( b ) средний крутящий момент. Планка погрешности указывает 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%, когда скорость шпинделя увеличивается 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.По мере дальнейшего увеличения скорости вращения шпинделя температура, создаваемая в зоне резания, размягчает материал, и, следовательно, сверлу требуется меньше усилий для пластической деформации и сдвига материала. Как видно из а, небольшое увеличение осевой силы (и крутящего момента) с увеличением скорости шпинделя может быть связано с изменением степени термического размягчения и повышением температуры из-за фактического изменения скорости шпинделя (т. е. заданная скорость шпинделя может не совпадать). быть постоянным во время бурения). Результаты ясно показывают, что более высокая скорость шпинделя и более низкая скорость подачи могут быть предпочтительными; но одновременно необходимо учитывать эффект износа инструмента, который будет обсуждаться в следующем разделе.

3.2. Механизм износа инструмента

иллюстрирует фотографии SEM режущих кромок сверла после 10-го отверстия для каждой комбинации скорости вращения шпинделя и скорости подачи. По сравнению с кромкой долота износ режущей кромки является доминирующим фактором, влияющим на производительность сверления. Заметный износ на задней поверхности включает налипание из-за нароста на кромке, абразивного материала и выкрашивания или разрушения. Эти виды 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 изучаемой 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, что приводит к увеличению осевого усилия на режущей кромке. Следовательно, вместе с пластической деформацией начинает происходить выкрашивание кромки, что может привести к поломке сверла. В частности, покрытие TiN на сверле будет более уязвимым. Это наблюдение согласуется с данными по силе и крутящему моменту при бурении.Следовательно, необходимо сказать, что можно рекомендовать умеренную скорость подачи, чтобы избежать преждевременного износа и выхода из строя режущей кромки. Хотя значительного измеримого износа боковой поверхности не наблюдается даже после 10-го отверстия, ожидается, что интенсивность износа режущей кромки ускорится по мере увеличения времени бурения для изготовления большего количества отверстий. В дополнение к деформации сдвига в первичной зоне сдвига, сложное взаимодействие и повышение температуры на границе между инструментом и стружкой обусловливают доминирующую эволюцию адгезионного износа при сверлении. Нуоари и др. [15] сообщается, что адгезия происходит в два этапа: нарост на кромке (BUE) и нарост на слое (BUL) по мере продолжения сверления большего количества отверстий. Исходно нестабильный BUE трансформируется в BUL под действием давления и температуры в зоне контакта, что приводит к потенциальной диффузии алюминия к инструменту и образованию микросварок на поверхности инструмента. Когда образование BUL достигает кромки инструмента и ломается из-за динамического прерывистого резания, кромка инструмента становится неровной и ослабевает, что может привести к катастрофическому разрушению.Снимки SEM, показанные на рис., ясно показывают изменение BUE на BUL вместе с шероховатыми краями инструмента. Таким образом, наши результаты по износу инструмента согласуются с литературными данными. Таким образом, наряду с соответствующим выбором скорости вращения шпинделя и скорости подачи, использование высокоизносостойких сверл с покрытием с низким коэффициентом трения (например, (Ti-Al)N или алмазное покрытие методом CVD/PVD на инструменте из карбида вольфрама (WC) [24] ) наряду с эффективным механизмом охлаждения можно рассматривать для минимизации серьезности износа инструмента и, следовательно, для повышения производительности сверления с точки зрения качества отверстия (что обсуждается в следующих разделах), срока службы инструмента и производительности производства [15].

Изображения нижней части сверла, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), и увеличенный вид режущей кромки после 10-го отверстия для различных скоростей вращения шпинделя и скорости подачи.

3.3. Диаметр отверстия

показывает изменение среднего диаметра отверстия и % отклонения от его номинального размера в зависимости от скорости вращения шпинделя ( N ) и скорости подачи ( f ). Как видно, для исследованного диапазона скоростей и подач размер отверстия всегда больше номинального и максимальный % разницы диаметра меньше 2%, т.е.т. е. размер отверстия менее 150 мкм от его номинального размера (диаметром 8 мм). Несмотря на то, что увеличение диаметра относительно небольшое, кажется, 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 предпочтительнее низкая скорость и низкая подача. Более низкая скорость подачи означает меньшую скорость проходки, а режущая кромка удаляет материал с меньшей толщиной стружки, обеспечивая стабильное сверление без рывков, и в результате достигается диаметр отверстия с меньшей погрешностью размеров.Сообщается, что более высокая скорость вращения шпинделя вызывает повышение температуры в зоне резания и размягчение материала, что способствует получению более гладкой поверхности сверла с хорошим качеством поверхности и повышенной точностью размеров. Хотя разница не является статистически значимой, наши результаты по диаметру отверстия, показанные на рисунке, указывают на улучшение точности размеров при увеличении скорости вращения шпинделя с 1000 об/мин до 2000 об/мин. Результаты согласуются с данными по силе и крутящему моменту. При низкой скорости подачи преобладающим механизмом является сдвиговое резание, что приводит к непрерывному образованию стружки и меньшему усилию, в результате чего отклонение отверстия минимально.Подобные выводы о размерах отверстий при сверлении алюминиевых сплавов встречаются и в других источниках литературы [2, 23]. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что при заданной скорости шпинделя можно выбрать более низкую скорость подачи, чтобы свести к минимуму размерную ошибку. Хотя более низкая скорость подачи снижает производительность, решение должно приниматься путем установления справедливого баланса между производительностью и требуемой точностью размеров.

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

3.4. Формирование заусенцев

показывает пример просверленного отверстия с заусенцами на выходной стороне и геометрическое определение. Размер заусенцев на входной стороне меньше, чем на выходной. Таким образом, заусенцы на стороне выхода измеряются для сверления десяти отверстий при каждой комбинации параметров процесса и представляются для анализа. показывает изменение толщины и высоты выходного заусенца в зависимости от скорости вращения шпинделя и скорости подачи.Видно, что более высокие скорость вращения шпинделя и скорость подачи увеличивают размер заусенцев. В частности, увеличение размера заусенцев со скоростью подачи тем выше, чем больше скорость шпинделя. Например, изменение толщины заусенца между скоростями подачи 0,04 мм/об и 0,08 мм/об увеличивается с 18% до 50% при увеличении скорости вращения шпинделя с 1000 об/мин до 2000 об/мин соответственно. С другой стороны, при тех же условиях высота заусенцев увеличивается с 19,56% до 28%. Как объяснялось в предыдущем разделе, более высокая скорость подачи приводит к более высокой осевой силе, что приводит к увеличению и ускорению образования стружки и, как следствие, к увеличению геометрии заусенца.В целом, скорость шпинделя влияет на толщину заусенца больше, чем высота заусенца. показывает репрезентативную топографию заусенца на стороне выхода в зависимости от скорости вращения шпинделя и скорости подачи. Следует отметить, что образование заусенцев и их увеличение можно внимательно наблюдать при сверлении большего диаметра. Другими словами, инструмент большего диаметра увеличивает скорость резания и динамический передний угол, что вызывает пластическую деформацию в упрочняющем слое обработки и глубину остаточных напряжений на стенке отверстия, что приводит к увеличению толщины и высоты заусенца [25].Вышеизложенное предполагает, что необходимо выбирать более низкую скорость вращения шпинделя и скорость подачи, чтобы свести к минимуму образование заусенцев, тем самым экономя затраты на дальнейшую доработку при удалении заусенцев. Предыдущее компьютерное моделирование и экспериментальные исследования по сверлению аэрокосмического алюминия и композитных материалов подтвердили серьезность образования заусенцев и дали аналогичные рекомендации для обеспечения превосходного качества отверстия [26]. Например, Соррентино и др. [22] сообщили об уменьшении коэффициента расслоения (т. е. геометрии выходного бора) на 37 % при сверлении углепластика (полимера, армированного углеродным волокном) при изменении скорости подачи с 0. от 3 мм/об до 0,1 мм/об.

( a ) Репрезентативное отверстие с заусенцами на выходной стороне отверстия ( b ) определение геометрии заусенцев.

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

Репрезентативная топография выходной стороны отверстий при комбинации параметров ( a ) N = 1000 об/мин и f = 0.04 мм/об, ( b ) Н = 1500 об/мин и f = 0,04 мм/об, ( c ) Н = 2000 об/мин, f = 0,09 мм/об ) N = 1000 об / мин, F = 0,08 мм /р. / Ор., ( E ) N = 1500 об / мин, F = 0,08 мм /р. ( D ) N = 2000 об / мин, f = 0,08 мм/об.

3.

a показывают ошибку округлости по отношению к скорости вращения шпинделя и скорости подачи.Ошибка 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 вращения шпинделя 1000 об/мин. Ошибка круглости может быть в первую очередь вызвана заусенцами, образующимися на входной и выходной сторонах отверстия, резкой осевой силой и динамической нестабильностью бурового долота. Более высокая осевая сила из-за большей скорости подачи будет основной причиной увеличения ошибки круглости. Для всех десяти просверленных отверстий погрешность круглости составляет менее 60 мкм, что приемлемо для отверстий малого и среднего размера (диаметром 8 мм).С другой стороны, ошибка круглости меньше зависит от скорости шпинделя, но уменьшается при большой подаче 0,08 мм/об. Тем не менее, это удивительно интересное наблюдение, и оно противоречит тенденции геометрии заусенца с более высокой скоростью подачи и скоростью вращения шпинделя. Такой разброс может быть связан с ошибками измерения округлости с помощью КИМ. Другими словами, когда датчик КИМ касается внутренней поверхности отверстия, режущие частицы, потенциально прилипшие к поверхности, влияют на измерение и, следовательно, на общую ошибку круглости.Несмотря на то, что внутренняя поверхность отверстия очищается высокоскоростным распылением воздуха с помощью пневматического пистолета, к поверхности может прилипнуть очень мелкий мусор. Влияние скорости вращения шпинделя и скорости подачи на шероховатость отверстия R _a показано на b. Видно, что шероховатость изменяется от 8,5 мкм до 11,15 мкм. Скорость подачи не оказывает или оказывает минимальное влияние на шероховатость, в то время как более высокая скорость шпинделя дает меньшую шероховатость. Эти результаты означают, что скорость вращения шпинделя и скорость подачи от низкой до умеренной можно безопасно выбрать для получения гладкой поверхности отверстия.Ожидается, что чистая и гладкая поверхность отверстия обеспечит прочность на отрыв и механическую целостность нижележащей сборочной конструкции. Наблюдение за морфологией стружки, которое показано в следующем разделе, дополнительно объясняет механизм улучшения качества поверхности.

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

3.6. Формирование стружки

показывает нарезание стружки после 10-го отверстия при различном сочетании скорости вращения шпинделя и скорости подачи.В большинстве случаев сколы имеют сплошную, спутанную 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 ломается и ломается. Снижение остроты кромки из-за износа при высокой скорости подачи приводит к поломке и сегментированию стружки. Другими словами, из-за износа изменяется взаимодействие между передней поверхностью и заготовкой, что может привести к образованию сегментированной стружки. Кроме того, когда скорость подачи увеличивается, сечение среза становится больше, а стружка становится шире. Таким образом, стружка постоянно с трудом наматывается из-за большой жесткости и, следовательно, начинает распадаться на мелкие сегментированные и/или спиральные кусочки. Кроме того, высокая скорость шпинделя означает высокую кинетическую энергию стружки, что может привести к поломке стружки при более высокой скорости подачи (). Другими словами, стружка, протекающая по канавкам, испытывает огромное сопротивление из-за контактного трения и отрывается. Аналогичный вывод наблюдается и сообщается в экспериментальных и вычислительных исследованиях по обработке алюминиевых сплавов для аэрокосмической промышленности [10,27].Следует отметить, что в то время как сегментированная стружка благоприятна для легкой эвакуации и управления стружкой, лежащий в основе процесс часто ухудшает качество генерируемого отверстия. Следовательно, выбор параметров процесса сверления должен учитываться в соответствии с требуемыми требованиями к качеству отверстия, например, размером отверстия, округлостью и отделкой.

Срезание стружки после сверления 10-го отверстия на разных оборотах шпинделя и подаче.

4. Выводы

В данной работе представлены экспериментальные исследования по оценке качества отверстий при сверлении алюминиевых сплавов.По сравнению со скоростью шпинделя скорость подачи является наиболее важным параметром, существенно влияющим на характеристики сверления. Для заданного диапазона скоростей шпинделя максимальное увеличение осевой силы 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 геометрии и округлости заусенцев следуют той же тенденции, в то время как на шероховатость минимально влияют как скорость вращения шпинделя, так и скорость подачи.Нарост на кромке с последующим истиранием и микровыкрашиванием на режущей кромке приводит к заметному износу механизма, и его последствия могут усиливаться по мере дальнейшего увеличения количества просверливаемых отверстий. Этот результат подтверждается наблюдением за морфологией стружки, т. е. больше сломанной и сегментированной стружки наблюдается при более высокой скорости подачи, в отличие от сплошной запутанной стружки при более низкой скорости подачи.

Следует отметить, что в данном исследовании не учитываются СОЖ [27] и изменение геометрии инструмента [28], которые могут повлиять на производительность сверления.Хотя и то, и другое может количественно изменить представленные показатели силы и качества отверстия, ожидается, что качественная тенденция останется прежней, как и выводы статьи.

Вклад авторов

М.У. концептуализировал идею, разработал эксперимент, проанализировал результаты и написал рукопись. А.Б. проведена характеристика износа сверла. А.П., С.С., К.П. и Г.М.К. рассмотрели и предоставили отзывы для улучшения рукописи.

Финансирование

Это исследование не получило внешнего финансирования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки