Friction-wear modelling in drilling process

• Κύριος συγγραφέας: Παναγόπουλος, Γεώργιος
• Άλλοι συγγραφείς: Νικολακόπουλος, Παντελής
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: English
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Drilling; Metal-cutting; H-13; Wear; Διάτρηση; Κοπή-μετάλλου; Φθορά

Η κατεργασία μετάλλων αποτελεί μία από τις πιο συνηθισμένες διεργασίες κοπής στην μεταποιητική βιομηχανία. Διακρίνεται σε τρείς υποκατηγορίες οι οποίες είναι η τόρνευση, το φρεζάρισμα και η διάτρηση. Εκτεταμένες μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί με στόχο την βελτίωση των διεργασιών αυτών και η ψηφιακή προσομοίωση πλέον αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της ανάπτυξης προϊόντων. Παρόλα αυτά, η προσομοίωση της κατεργασίας μετάλλων είναι περίπλοκη από φυσικής αλλά και αριθμητικής πλευράς. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της διαδικασίας διάτρησης και το τεχνικό και επιστημονικό υπόβαθρο σχετικά με αυτόν το τομέα κατεργασίας μετάλλων. Αρχικά, πραγματοποιείται μια σύντομη αναφορά στην κατεργασία της διάτρησης. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση ως προς την ανάγκη της δημιουργίας οπών στην κατασκευαστική βιομηχανία. Γίνεται σύντομη αναφορά στα υλικά κατασκευής των τρυπανιών και στα πιο συνήθη προβλήματα που εμφανίζονται κατά την συγκεκριμένη κατεργασία. Επίσης, παρουσιάζονται τα πιο χρήσιμα και συνήθη γεωμετρικά χαρακτηριστικά των τρυπανιών, των οποίων οι τιμές καθορίζουν τον τομέα εφαρμογής τους καθώς και συνθήκες κοπής που θα χρησιμοποιηθούν κατά την χρήση τους. Έχοντας ως γνώμονα την γεωμετρία, παρουσιάζονται οι σύγχρονες τροποποιήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί στα τρυπάνια συστροφής με στόχο την βελτιστοποίηση της συνολικής τους απόδοσης, όπως η χρήση επικαλύψεων. Στο παρόν κεφάλαιο πέρα από τα παραπάνω γίνεται αναφορά στα μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των αναπτυσσόμενων δυνάμεων κατά την διαδικασία της διάτρησης. Ακολουθεί περιγραφή ενός συγκεκριμένου προβλήματος επί της κατεργασίας διάτρησης παράλληλα με μια ανάλυση των κυριότερων παραγόντων που οδηγούν στην εμφάνιση του πρώτου. Αναλυτικότερα, προβάλλονται τα πιο συνήθη μοντέλα που εφαρμόζονται στην ξηρή τριβή μεταξύ δύο επιφανειών, και έπειτα αναφέρονται οι τύποι φθοράς που εμφανίζονται στις διεργασίες κοπής. Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται συσχέτιση μεταξύ των διαφόρων μοντέλων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του ρυθμού φθοράς, και επιλέγεται ο ακριβέστερος για την εύρεση της συγκολλητικής φθοράς. Επιπροσθέτως, παρουσιάζονται οι κυριότεροι μηχανισμοί φθοράς που εμφανίζονται κατά την διάτρηση. Το επόμενο κεφάλαιο αποτελείται από μια εκτεταμένη βιβλιογραφική ανασκόπηση στον τομέα της διάτρησης. Παρουσιάζονται μελέτες που έχουν γίνει αναφορικά με την χρήση τρυπανιών. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται αναφορά σε μελέτες που αφορούν την τροποποίηση των κοπτικών ακμών σε τρυπάνια συστροφής με στόχο την βελτίωση της αποδοτικότητας τους αλλά και την διάρκεια ζωής τους. Πέραν τούτου, παρουσιάζονται πειραματικές μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί με διάφορες γεωμετρίες εργαλείων διάτρησης σε διάφορους τύπους μετάλλων όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας, τα κράματα τιτανίου αλλά και διάφορα άλλα ανθεκτικά μέταλλα που βρίσκουν εφαρμογή σε εξαιρετικά απαιτητικές συνθήκες λειτουργίας, όπως πολύ υψηλές θερμοκρασίες ή καταπονήσεις από μεγάλα φορτία. Κλείνοντας, στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται και μελέτες που σχετίζονται με την μοντελοποίηση της διαδικασίας διάτρησης με την χρήση λογισμικού. Στην συνέχεια, γίνεται σύντομη αναφορά στις υπολογιστικές μεθόδους επίλυσης διεργασιών κοπής που εφαρμόζονται σε λογισμικά προσομοίωσης. Πραγματοποιείται λεπτομερής παρουσίαση του μοντέλου που θα αναπτυχθεί και θα αναλυθεί μέσω λογισμικού, καθώς και τρισδιάστατος σχεδιασμός των κοπτικών εργαλείων αλλά και του προπλάσματος που θα χρησιμοποιηθεί ως κατεργαζόμενο υλικό. Ακολούθως, αναπτύσσονται ψηφιακά μοντέλα και εκπονούνται οι απαραίτητες προσομοιώσεις με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για διάφορες περιπτώσεις, ώστε να εξεταστεί η σχέση μεταξύ της διαφορετικής γεωμετρίας εργαλείων. Επιπροσθέτως, πραγματοποιούνται πειράματα με στόχο την συγκέντρωση πληροφοριών σχετικά με την διεργασία διάτρησης τα οποία συγκρίνονται με τα ψηφιακά πρότυπα. Εν κατακλείδι, η παρούσα εργασία συνοψίζεται, και τα ανωτέρω αποτελέσματα αξιολογούνται όσον αφορά τις διεργασίες διάτρησης. Οι τελευταίες παράγραφοι της παρούσας μελέτης περιγράφουν πως θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στην πράξη τα συγκεκριμένα ευρήματα και ποια κατεύθυνση θα μπορούσαν να έχουν μελλοντικές έρευνες.