ابزار سوراخ‌کاری ارتعاشی و بررسی نیروی محوری در فرآیند سوراخ‌کاری ارتعاشی آلومینیوم 2024-T6

نوع مقاله : مقاله کوتاه

نویسندگان

• حسین پاک طینت ¹
• سعید امینی ¹
• علیرضا بارانی ²
• علیرضا فدایی تهرانی ²

¹ دانشگاه کاشان

² دانشگاه صنعتی اصفهان

10.22067/fum-mech.v26i1.44707

چکیده

فرآیند سوراخ‌کاری ارتعاشی (Vibration Drilling-VD) از جمله روش‌های جدید ماشین‌کاری است که در آن ارتعاشات طولی (اغلب با فرکانس بالا و بیشتر از kHz16) و دامنه کوچک (معمولاً بین 2 تا μm30) برای تحریک ابزار به‌کار می‌رود؛ به‌طوری که درگیری ابزار با قطعه‌کار حین پیش‌روی محوری قطع و وصل می‌گردد. در این پژوهش دو ابزار ارتعاشی برای انجام فرآیند سوراخ‌کاری ارتعاشی تحلیل و ساخته شده است. از نرم‌افزارهای المان محدود برای انجام تحلیل مودال استفاده گردیده است. ابزارهای ارتعاشی به‌گونه‌ای طراحی می‌گردند که فرکانس تشدید منطبق بر فرکانس تشدید ترانسدیوسر (مبدل صوتی) داشته باشند. برای انجام فرآیند سوراخ‌کاری ارتعاشی یک مکانیزم چرخشی طراحی و ساخته شده است. این مکانیزم قادر است که فرآیند سوراخ‌کاری ارتعاشی را به گونه‌ای انجام دهد که دوران و ارتعاش هم‌زمان به مته اعمال گردد. پس از انجام تست‌های اولیه، تأثیر اضافه شدن ارتعاشات اولتراسونیک در فرآیند سوراخ‌کاری Al2024-T6 بررسی می‌شود و با فرآیند سوراخ‌کاری معمولی مقایسه می‌گردد. پارامترهای نیروی محوری و نوع براده در هر دو فرآیند سوراخ‌کاری ارتعاشی و معمولی بررسی و مقایسه می‌گردند. نتایج بیانگر کاهش مؤثر نیروی محوری در سوراخ‌کاری ارتعاشی نسبت به سوراخ‌کاری معمولی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

• سوراخ‌کاری
• سوراخ‌کاری ارتعاشی
• Al2024-T6
• اولتراسونیک

---

عنوان مقاله [English]

Vibration drilling tool and thrust force investigation in vibratory drilling process of Al 2024-T6

نویسندگان [English]

• H. Paktinat ¹
• S. Amini ¹
• A. Barani ²
• A. Fadaei Tehrani ²

¹ Kashan University

² Isfahan University of Technology

چکیده [English]

Vibratory drilling (VD)process is a new modern technology where longitudinal wave with high frequency (more than 16 kHz) and low amplitude (usually between 2 up to 30 µm) is superimposed on the movement of cutting tool, resulting in connection and disconnection of cutting tool engagement with workpiece. In this study, in order to perform vibratory drilling process, two vibration tools are designed and fabricated. ANSYS software is used to accomplish modal analysis. Using this software, it is possible to design vibration tools (horn and drill) to have resonance frequency equals to transducer frequency. A rotary mechanism is designed to perform vibratory drilling on a lathe machine. This set-up is able to do vibratory drilling process while both vibration and rotation are applied to the movement of drill. This mechanism (rotary vibratory drilling) has ability to drill various workpiece with different sizes and materials. After primary tests, the effect of is able drilling is studied and compared with conventional drilling while specimen is Al2024-T6. Thrust force and chip morphology are two studied parameters in this paper. The obtained results showed a notable reduction of thrust force in vibratory drilling process over the conventional one.

کلیدواژه‌ها [English]

• Vibratory Drilling
• Al2024-T6
• Ultrasonic

مراجع

1. Kumabe, J., Fuchizawa, S., Soutome, T., Soutome, Y. and Nishimoto, Y.; "Ultrasonic superposition vibration cutting of ceramics", Precision Eng; Vol. 11, No. 2, pp. 71-77, (1989).

2. Takemaya, H. and Kato, S.; "Burrless drilling by means of ultrasonic assistance", Annals of CIRP;

Vol. 40, No. 1, pp. 83-86, (1991).

3. Zhang, D. and Wang L.; "Investigation of chip in vibration drilling", Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol. 38, pp.165-176, (1998).

4. Li, Z.J., Hong, M.S., Wang, L.J., Zhao, H.W., Su, H. and Wei, Y.L., "Machining accuracy analysis for step multi-element varying parameter vibration drilling of laminated composite materials", International Journal of Advance Manufacturing Technology, Vol. 21, pp. 760-768, (2003).

5. Babitsky, V.I., Astashev, V.K. and Meadows A.; "Vibration excitation and energy transfer during ultrasonically assisted drilling", Journal of Sound and Vibration; Vol. 308, pp. 805-814, (2007).

6. Chang S.S.F., Bone G.M.; "Burr size reduction in drilling by ultrasonic assistance", International Journal of Robotics Computer-Integrated Manufacturing; Vol. 21, pp. 442 450, (2004).

7. Wang, X., Wang, L.J. and Tao, J.P.; "Investigation on thrust in vibration drilling of fiber-reinforced plastics", Journal of Materials Processing Technology; Vol. 148, 2004, pp 239-244.

8. Azarhoushang, B. and Akbari, J.; "Ultrasonic-assisted drilling of Inconel 738-LC", International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 47, pp. 1027–1033, (2007).

9. Pujana J., Rivero A., Celaya A. and Lopez de Lacalle, L.N., "Analysis of ultrasonic-assisted drilling of Ti6Al4V", International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 49, pp. 500-508, (2009).

10. Zhang, D.Y., Feng, X.J., Wang, L.J. and Chen, D.C., "Study on the drill skidding motion in ultrasonic vibration microdrilling", International Journal of Machine Tools & Manufacture; Vol. 34, 1994, pp 847-857.

11. Liaoa, Y.S., Chenb, Y.C. and Lin, H.M.; "Feasibility study of the ultrasonic vibration assisted drilling of Inconel superalloy", International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 47, pp.

1988-1996, (2007).

12. Ma, C.X., Shamoto, E. and Moriwaki, T.; "Drilling assisted by ultrasonic elliptical vibration", Key Engineering Materials, Vol. 291-292, pp. 443-446, (2005).

13. Gwo L.C., Han J.L.; "Using workpiece vibration cutting for micro-drilling", Int. J. Adv. Manuf. Technol.; Vol. 27, pp. 688-692, (2006).

14. Chang, S.S.F. and Bone, G.M., "Thrust force model for vibration-assisted drilling of aluminum 6061-T6", International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 49, pp. 1070-1076, (2009).

15. Arul, S., Vijayaraghavan, L., Malhotra, S.K. and Krishnamurthy, R.; "The effect of vibratory drilling on hole quality in polymeric composites", International Journal of Machine Tools & Manufacture;

Vol. 46, pp. 252-259, (2006).

16. Chang, S.S.F. and Bone, G.M.; "Burr height model for vibration assisted drilling of aluminum 6061-T6", Precision Engineering, Vol. 34, pp. 369-375, (2010).

17. Yohei, N., Kazuhiro, O., Kenichiro, H., Junichi, K., Takeshi, W. and Shinichi, M., "Attempt to increase step feed by adding ultrasonic vibrations in micro deep drilling", Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 5, pp. 129-138, (2011).

18. Neugebauer, R., Stoll, A.; "Ultrasonic application in drilling", Journal of Materials Processing Technology; Vol. 149, pp. 633-639, (2004).