En simulant l'enlèvement de copeaux lors du perçage de trous profonds dans les métaux et alliages métalliques, Les chercheurs d'A*STAR ont ouvert la voie à des perceuses à canon plus durables, fiable, et ont une durée de vie plus longue.

Le forage au pistolet est un processus de production de trous profonds - avec des rapports profondeur/diamètre supérieurs à 10:1 - dans les métaux et alliages, et est utilisé dans un certain nombre d'industries, de la fabrication d'armes à feu et de pièces de moteurs à combustion, tels que les carters et les culasses, aux outils médicaux et aux instruments de musique à vent. Les petits fragments ou copeaux produits pendant le perçage affectent l'usure des forets à canon.

Les perceuses à pistolet ont une géométrie de tête unique qui utilise un liquide de refroidissement à haute pression, alimenté par des conduits internes allant du foret au fond du trou, pour enlever les copeaux au fur et à mesure que la perceuse avance. Tnay Guan Leong et ses collègues du A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology et Institute of High Performance Computing ont pu simuler les effets de différentes géométries de tête de forage sur l'élimination des copeaux afin de développer un nouveau modèle de dynamique des fluides numérique (CFD) pour optimiser la conception du foret .

"Enlever les copeaux des trous de petits diamètres et de rapports longueur/diamètre élevés, souvent supérieur à 250:1, est particulièrement difficile, " dit Tnay. " Si les copeaux commencent à se boucher à l'intérieur du trou, ils peuvent augmenter le couple de perçage, entraînant la rupture du foret à l'intérieur du trou."

Observer le comportement des puces est un défi, cependant, comme le processus se déroule dans une zone fermée. Pour remédier à ce, les chercheurs ont développé un modèle CFD pour simuler le mouvement des puces lorsqu'elles sont transportées dans le liquide de refroidissement à haute pression. Ils ont vérifié leurs simulations par l'expérimentation.

En faisant varier l'angle d'inclinaison de l'épaulement de la tête de la perceuse, l'équipe de recherche a simulé le transport des copeaux sous différentes géométries, leur permettant d'identifier la conception de foret optimale pour l'élimination des copeaux.

"L'angle de dub-off de l'épaulement est la clé du contrôle du débit du liquide de refroidissement et de la direction du flux vers la zone de coupe, " explique Tnay. " Notre modélisation a montré que, lorsque l'angle de dub-off augmente les copeaux se déplacent vers le fond du trou, augmentant le risque de colmatage."

Les conceptions actuelles des perceuses à canon utilisent un angle de dub-off d'épaule fixe de 20 degrés, mais ils ont constaté que les performances de forage s'amélioraient considérablement à mesure que l'angle se rapprochait de zéro.

"Notre prochaine étape sera d'évaluer une perceuse à canon avec un angle de dub-off de zéro degré, et utiliser notre modèle pour étudier les effets des changements dans les géométries de pointe, pression du liquide de refroidissement et propriétés du liquide de refroidissement, " dit Tnay.