Simulando a remoção de cavacos durante a perfuração de furos profundos em metais e ligas metálicas, Os pesquisadores da A * STAR abriram caminho para perfuratrizes mais duráveis, de confiança, e têm maior expectativa de vida.

A perfuração de canhão é um processo para a produção de furos profundos - com razões de profundidade para diâmetro maiores que 10:1 - em metais e ligas, e é usado em vários setores, da fabricação de armas de fogo e peças para motores de combustão, como cárteres e cabeçotes de cilindro, a ferramentas médicas e instrumentos musicais de sopro. Pequenos fragmentos ou cavacos produzidos durante a perfuração afetam o desgaste das brocas.

As perfuratrizes têm uma geometria de cabeça exclusiva que usa refrigerante de alta pressão, fornecido através de conduítes internos que vão da broca até o fundo do poço, para remover cavacos à medida que a broca avança. Tnay Guan Leong e colegas do A * STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology e Institute of High Performance Computing foram capazes de simular os efeitos de diferentes geometrias da cabeça de perfuração na remoção de cavacos para desenvolver um novo modelo computacional de dinâmica de fluidos (CFD) para otimizar o design da broca .

"Remoção de cavacos de orifícios com pequenos diâmetros e altas taxas de comprimento / diâmetro, frequentemente maior que 250:1, é particularmente difícil, "diz Tnay." Se os cavacos começarem a entupir dentro do buraco, eles podem aumentar o torque de perfuração, levando a broca quebrando dentro do buraco. "

Observar o comportamento dos chips é desafiador, no entanto, como o processo ocorre em uma zona fechada. Para endereçar isto, os pesquisadores desenvolveram um modelo CFD para simular o movimento dos chips à medida que são transportados no refrigerante de alta pressão. Eles verificaram suas simulações com experimentação.

Ao variar o ângulo de dub-off do ombro da cabeça da broca, a equipe de pesquisa simulou o transporte dos cavacos em diferentes geometrias, permitindo que eles identifiquem o projeto de broca ideal para a remoção de cavacos.

"O ângulo de dub-off do ombro é a chave para o controle da taxa de fluxo do refrigerante e a direção do fluxo para a zona de corte, "explica Tnay." Nossa modelagem mostrou que, quando o ângulo de dub-off aumenta, os cavacos viajam em direção ao fundo do buraco, aumentando o risco de entupimento. "

Os projetos atuais de broca de canhão usam um ângulo de dub-off de ombro fixo de 20 graus, mas eles descobriram que o desempenho da broca melhorava muito à medida que o ângulo se aproximava de zero.

"Nosso próximo passo será avaliar uma broca de canhão com ângulo de dub-off de zero, e usar nosso modelo para estudar os efeitos das mudanças nas geometrias de ponta, pressão do refrigerante e propriedades do refrigerante, "diz Tnay.