Simulando l'asportazione di trucioli durante la perforazione di fori profondi in metalli e leghe metalliche, I ricercatori di A*STAR hanno aperto la strada a trapani per cannoni che sono più durevoli, affidabile, e hanno una durata maggiore.

La perforazione a cannone è un processo per la produzione di fori profondi, con rapporti profondità-diametro maggiori di 10:1, in metalli e leghe, ed è utilizzato in numerosi settori, dalla fabbricazione di armi da fuoco e parti di motori a combustione, come carter e testate, a strumenti medici e strumenti musicali a fiato. Piccoli frammenti o trucioli prodotti durante la perforazione influiscono sull'usura delle punte a cannone.

I trapani a pistola hanno una geometria della testa unica che utilizza refrigerante ad alta pressione, alimentato attraverso condotti interni che vanno dalla punta del trapano al fondo del foro, per rimuovere i trucioli man mano che la punta avanza. Tnay Guan Leong e colleghi dell'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology e Institute of High Performance Computing sono stati in grado di simulare gli effetti di diverse geometrie della testa di perforazione sulla rimozione del truciolo per sviluppare un nuovo modello di fluidodinamica computazionale (CFD) per ottimizzare la progettazione della punta .

"Asportazione di trucioli da fori di piccolo diametro ed elevati rapporti lunghezza/diametro, spesso maggiore di 250:1, è particolarmente difficile, " dice Tnay. "Se i trucioli iniziano a intasarsi all'interno del foro, possono aumentare la coppia di foratura, portando il trapano a rompersi all'interno del foro."

Osservare il comportamento dei chip è impegnativo, tuttavia poiché il processo si svolge in una zona chiusa. Per affrontare questo, i ricercatori hanno sviluppato un modello CFD per simulare il movimento dei chip mentre vengono trasportati nel refrigerante ad alta pressione. Hanno verificato le loro simulazioni con la sperimentazione.

Variando l'angolo di duplicazione della spalla della testa del trapano, il team di ricerca ha simulato il trasporto dei trucioli sotto diverse geometrie, consentendo loro di identificare il design ottimale della punta per la rimozione dei trucioli.

"L'angolo di duplicazione della spalla è fondamentale per il controllo della portata del refrigerante e della direzione del flusso verso la zona di taglio, " spiega Tnay. "La nostra modellazione ha dimostrato che, quando l'angolo di duplicazione aumenta i trucioli viaggiano verso il fondo del foro, aumentando il rischio di intasamento."

Gli attuali modelli di trapano a pistola utilizzano un angolo di duplicazione della spalla fisso di 20 gradi, ma hanno scoperto che le prestazioni del trapano miglioravano notevolmente quando l'angolo si avvicinava allo zero.

"Il nostro prossimo passo sarà valutare un trapano a cannone con angolo di duplicazione di zero gradi, e utilizzare il nostro modello per studiare gli effetti dei cambiamenti nelle geometrie del tagliente, pressione del refrigerante e proprietà del refrigerante, " dice Tnay.