Heidary, Hossein;Mehrpouya, Mohammad A.;Saghafi, Hamed;Minak, Giangiacomo
Structural Engineering and Mechanics
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v.73
no.6
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pp.631-640
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2020
Using backup plate is one of the most commonly used methods to decrease drilling-induced delamination of composite laminates. It has been shown that, the size of the delamination zone is related to the vertical element of cutting force named as thrust force. Also, direct control of thrust force is not a routine task, because, it depends on both drilling parameters and mechanical properties of the composite laminate. In this research, critical feed rate and thrust force are predicted analytically for delamination initiation in drilling of composite laminates with backup plate. Three common theories, linear elastic fracture mechanics, classical laminated plate and mechanics of oblique cutting, are used to model the problem. Based on the proposed analytical model, the effect of drill radius, chisel edge size, and backup plate size on the critical thrust force and feed rate are investigated. Experimental tests were carried out to prove analytical model.
The drilling process has a great importance for the production technology due to its widerspread use in the manufacturing industry. In order to enhance a maximum production rate and prevent the drill from the damage, it is important to monitor and control the drilling system. Thrust force and cutting torque are the main output variables in the design of drilling control systems. In this paper, an alternative estimation method of thrust force by using flexible neural networks is proposed. Flexible neural network uses the sigmoid activation function with adjustable parameter in order to enhance the approximation accuracy ...
In this paper, the performance of uncoated- and Titanium nitride aluminium TiAlN-PVD coated- carbide twist drills were investigated when drilling aluminium alloy, Al 6061. This research focuses on the optimization of drilling parameters using the Taguchi technique to obtain minimum surface roughness and thrust force. A number of drilling experiments were conducted using the L9 orthogonal array on a CNC vertical machining center. The experiments were performed on Al 6061 material l blocks using uncoated and coated HSS twist drills under dry cutting conditions. Analysis of variance(ANOVA) was employed to determine the most significant control factors. The main objective is to find the important factors and combination of factors influence the machining process to achieve low surface roughness and low cutting thrust force. From the analysis of the Taguchi method indicates that among the all-significant parameters, feed rate are more significant influence on surface roughness and cutting thrust than spindle speed.
The purpose of this investigation is experimentally to clarify the machinability and tool wear of STS 304 steel pipe material for piping. In order to determine the effects of cutting parameters and tool wear on thrust, torque, AE RMS, drilling is conducted on CNC milling machine. In this experiment, it is measured that thrust, torque, tool wear length, tool wear area and AE RMS during drilling using Hss tool. It has been found that a) During the drilling, the thrust and the torque of the STS 304 pipe are received more the effect of the feed than the spindle speed and the thrust increase with the increase of feed, b) The value of the AE RMS is been larger the effect of the cutting speed than the feed rate, and the value of the AE RMS increase with the increase of spindle speed, c) It has been found that the suitable feed in feed condition of 0.03, 0.05, 0.1, 0.15mm/rev is below 0.05mm/rev, d) The value of the AE RMS was shown a characteristic of the jump value during it was a sudden inrcrease of the tool wear. The increased character of the AE RMS value can be known an effective factor of the tool wear detection, and e) It can be quantitatively evaluated the condition of the tool according to calculate a area of the drill wear image which is obtained by a vision system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.2
no.3
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pp.28-40
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1985
In this study, to check up on the effect of the components of cutting resistance upon friction between drill and inside wall of hole in drilling, the experiment was performed with individual specimen of carbon steel, cast iron, aluminium alloy under various cutting conditions: depth of hole, cutting speed, feed rate, shape and material of specimen. On the basis of the experimental results, the following conclusions are drawn; 1. The components of cutting resis- tance were increased in proportion to the increase of depth of hole owing to frictional resistance of drill margin and chip-jamming. 2. As feed rates increase, torque and thrust were increased. When comparing to the increasing rate for these components respecitively, thrust is higher tendency than torque. 3. As drill diameter increase, torque and thrust were increased. When comparing to the increasing rate for these components respectively, torque is higher tendency than thrust. 4. In the case of torque, the frictional resistance between drill margin and inside wall of drilled hole accounts for about 20 percent of carbon steel, 14 of cast iron, 10 aluminium alloy in drilling. But the effect of thrust force could be negligible. 5. Comparison between the theoretical and experimental results showed a close agreement so far as depth of hole is about three times of drill diameter. But there was a wide difference between them beyond the rane of three times, because of characteristics of the drilling process.
This paper investigates experimentally and numerically the influence of drilling process on the mechanical and thermomechanical behaviors of woven glass fiber reinforced polymer (GFRP) composite plate. Through the experimental analysis, a CNC machine with cemented carbide drill (point angles 𝜙=118° and 6 mm diameter) was used to drill a woven GFRP laminated squared plate with a length of 36.6 mm and different thicknesses. A produced temperature during drilling "heat affected zone (HAZ)" was measured by two different procedures using thermal IR camera and thermocouples. A thrust force and cutting torque were measured by a Kistler 9272 dynamometer. The delamination factors were evaluated by the image processing technique. Finite element model (FEM) has been developed by using LS-Dyna to simulate the drilling processing and validate the thrust force and torque with those obtained by experimental technique. It is found that, the present finite element model has the capability to predict the force and torque efficiently at various drilling conditions. Numerical parametric analysis is presented to illustrate the influences of the speeding up, coefficient of friction, element type, and mass scaling effects on the calculated thrust force, torque and calculation's cost. It is found that, the cutting time can be adjusted by drilling parameters (feed, speed, and specimen thickness) to control the induced temperature and thus, the force, torque and delamination factor in drilling GFRP composites. The delamination of woven GFRP is accompanied with edge chipping, spalling, and uncut fibers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1523-1532
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1990
The objective of this study is to develope an optimized multi-facet drill (MFD). The principal factors that affect drilling performance are its geometry and the cutting conditions. In particular, the helix angle in the total twist angle of the twist drill, affects much morgen influence on the dynamic and static stiffness and on determining the characteristics of the chip disposal capacity of the drill. In this study, considering the helix angle as a major parameter, the model was developed. From this model, the deformation of transverse direction was simulated with the bending forces applied. The performance of a drill largely depends upon drilling forces. Comprehensive models for predicating the drilling thrust and torque are developed for the different drill geometries. The effects of MFD geometric parameters on thrust and torque are also deduced from the prediction models, from which an optimal drill geometry is found with the emphasis on minimum drilling forces.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.5
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pp.77-87
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1995
In-process detection of drill wear is one of the most important technoligies for automatic, unmaned machining systems. In this study, an on-line drill wear estimation model based on spindle/Z-axis motor currents generated during the drilling process is proposed. The theoretical model is obtained by integrating the drilling process model and the servomechanism model. The drilling process model describes the relationship of drill wear and drilling torque/ thrust force, whereas the servomechanism model describes the relationship of drilling torque/ thrust force applied to motor and spindle/Z-axis motor current. Evaluation tests have shown that the proposed model is a good real-time estimator for drill wear.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.8
no.2
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pp.46-52
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2009
Drilling operation is such an important machining process, which has been wildly applied to the industry, occupied over 30% of whole industry. However, there are many aspects of drilling process should be improved, such as increases of thrust force, surface roughness, and roundness, ect. In this study, we are aiming to reduce the thrust force, surface roughness, and roundness in drilling process. For this purpose, multi facet drills (MFD) of three types that are modified from standard drill (STD) are developed. The first type is multi stair drill (MSD) with shape of stair on relief plane. The second type is rough facet drill (RFD) with shape of round on relief plane. The third type is rough flute drill (RFLD) with shape of round on flute plane. For three types of MFD, we were carried out performance evaluation from the perspective of thrust force, surface roughness and roundness of machined hole. From obtained result, we could confirmed that performance of rough flute drill (RFLD) type is most excellent.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.4
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pp.83-88
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2017
Recently, the use of advanced materials with light weight significantly increases because of global regulation on CO2 emission. Especially, CFRP (carbon fiber reinforced plastics) one of the most promising advanced materials. Since CFRP has pretty higher strength per unit weight than steel, it is one of most popular materials in aviation industry and its application to automobile rises sharply. Especially, one of the frequent machining processes for CFRP is drilling to make a hole, however, CFRP drilling has troublesome limitations in hole quality and productivity induced due to delamination, splintering and severe tool wear. Particularly, cutting loads increase caused by tool wear makes delamination and splintering even severer. Therefore, tool wear monitoring or reduction in CFRP drilling must be considered seriously. In this study, we measured thrust force, flank wear, and tool surface temperature in drilling using various tools with different sizes and materials. Consequently, it was presented the effects of tool properties on drilled hole quality, thrust force and tool surface temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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