1. IntroductionFriction drilling is

1. Introduction

Friction drilling is a nontraditional hole-making method that utilizes the heat generated from friction between a rotating conical tool and the workpiece to soften and penetrate the work-material and generate a hole in a thin-walled workpiece [1–4]. Friction drilling is also called thermal drilling, flow drilling, form drilling, or friction stir drilling. It forms a bushing in-situ from the thin-walled workpiece and is a clean, chipless process. The purpose of the bushing is to increase thickness for threading and available clamp load. Ref. [1] has reviewed the technology and principles of the friction drilling process. The process is typically applied to ductile sheet metal, but there is a lack of research in friction drilling of brittle cast metals.

For brittle cast metals, the bushing generated by friction drilling exhibits cracks or petal formation. This problem is illustrated in Figs. 1 and 2. For brittle metals, the deformation of material and petal formation, i.e., fracture in the bushing or lip, is similar to that in the plate






perforation or hole flanging using a conical tool [5,6]. Petal formation generates a bushing with limited surface area and load carrying capability for thread fastening.

Figs. 1(a) and (b) illustrate stages in friction drilling of brittle and ductile metal workpiece, respectively. First, the tool comes into initial contact with the workpiece. Next, at the main thrust stage, the tool penetrates the workpiece and a high axial force is encountered. The friction force on the contact surface produces heat and softens the work-material. Then, in the material separation stage, the tool penetrates through the workpiece and makes a hole. The difference in the brittle and ductile workpiece can be seen as the brittle work-material begins to fracture (Fig. 1(a)) and the ductile work-material encompasses the tool (Fig. 1(b)). Finally, the tool retracts and leaves a hole with a bushing on the workpiece. Pictures of friction drilled bushing using a 5.3 mm diameter carbide tool on the brittle cast aluminum 380 alloy, denoted as Al380 hereafter, and the ductile cold-rolled AISI 1020 carbon steel are shown in Figs. 2(a) and (b), respectively, for comparison. For Al380, due to the fracture or peeling in the bushing forming process during friction drilling, much of the work-material is improperly displaced and does not form a bushing with the desired shape or added thickness to the hole for threading. In comparison, the AISI 1020 workpiece in Fig. 2(b) has a smooth, cylindrical bushing shape with sufficient length.

Cast metals are widely used for industrial, particularly automotive, applications. Ideally, the friction drilling process can generate a hole in the casting. The self-threading fastener [7] can then be applied to join other devices to the casting using friction drilled holes. This approach can simplify the casting mold design and the subsequent assembly process. The goal of this research is to overcome the poor bushing shape due to the material fracture in friction drilling.

The ratio of workpiece thickness, t, to tool diameter, d, is an important parameter in friction drilling. The t and d are marked in Figs. 1 and 3, respectively. A high t/d represents that a relatively larger portion of material is displaced and contributed to the bushing forming. In this experiment for cast metals, the t/d is 0.75. This is high compared to the 0.16 of the AISI 1020 steel in [1].

The experimental setup and procedure are first intro-duced in this paper. Thrust force and torque for friction drilling experiments are analyzed. The energy, average power, and peak power required to drill each hole are calculated and analyzed. Finally, the bushing shape and quality are observed and evaluated.

Результаты (русский) 1:

1. ВведениеТрения бурение — нетрадиционная отверстий метод, который использует тепло от трения между вращающейся конической инструмента и заготовки, смягчить и прорезывают-материал и создают дыру в тонкостенные заготовки [1 – 4]. Бурение трения также называется тепловой бурения, поток бурения, бурение формы или трения перемешать бурения. Является чистым, бесстру процесс и втулку в месте из тонкостенных заготовок. Целью втулки является увеличение толщины для нарезания резьбы и доступных зажим нагрузки. Ссылка [1] провел обзор технологии и принципы бурения процесса трения. Процесс обычно применяется к пластичного листового металла, но есть отсутствие исследований в области трения бурения хрупких литых металлов.Для хрупких литых металлов втулки, порожденных трения бурения экспонатов, трещины или лепесток образования. Эта проблема проиллюстрирована на рис. 1 и 2. Для хрупких металлов, деформация материала и лепесток формирования, то есть, перелом в втулку или губы, схожа в тарелке перфорация или отверстие отбортовки с помощью конической инструмента [5,6]. Лепесток образование создает втулку с ограниченной площади поверхности и нагрузки для крепления потока.Рис. 1 a и b иллюстрируют этапы трения бурения хрупких и высокопрочного металла заготовки, соответственно. Во-первых инструмент вступает в первый контакт с рабочим изделием. Далее на главной сцене тяги, инструмент проникает заготовки и высокой осевой силы встречается. Силы трения на контактной поверхности производит тепло и смягчает-материал. Затем в стадии разделения материалов, инструмент проникает через рабочее изделие и делает отверстие. Разница в ломкие и высокопрочного заготовки можно рассматривать как хрупкий материал начинает перелом (рис. 1(а)) и ковкого-материал включает инструмент (рис. 1(b)). Наконец инструмент втягивается и оставляет отверстие с втулкой на рабочее изделие. Фотографии трения, просверленные втулки, используя инструмент твердосплавный диаметр 5,3 мм на ломкие литой сплав алюминия 380, обозначается как Al380 в дальнейшем и ковкого холоднокатаная углеродистая сталь AISI 1020 показаны в фиг 2 a и b, соответственно, для сравнения. Для Al380, из-за разрушения или пилинг в втулку, формируя процесс во время трения бурения большая часть материала работы ненадлежащим образом перемещенных и не образует втулку с желаемой формы или добавить толщину отверстие для нарезания резьбы. В сравнении AISI 1020 заготовки в рис. 2 b имеет гладкую, цилиндрической втулки формы с достаточной длины.В ролях металлы широко используются для промышленных, особенно автомобильных приложений. В идеале бурения процесс трения может генерировать отверстие в кастинге. Самостоятельной работы с потоками крепежной [7] затем могут применяться для присоединения других устройств к литья с помощью трения просверлил отверстия. Этот подход может упростить дизайн прессформы литья и процесс последующей сборки. Цель этого исследования заключается в преодолении бедных втулку формы из-за разрушения материала при бурении трения.Соотношение толщины заготовки, т, диаметр инструмента, d, является важным параметром при бурении трения. T и d отмечены в рис. 1 и 3, соответственно. Высокая t/d представляет что сравнительно большую часть материала перемещенных лиц и способствует формированию втулку. В этом эксперименте для литых металлов t/d-0,75. Это высокая, по сравнению с 0,16 стали AISI 1020 в [1].Экспериментальная установка и процедура впервые представил в настоящем документе. Проанализированы упорные силы и крутящего момента для трения бурения экспериментов. Энергия, средней мощности и пиковой мощности, необходимые для сверлить отверстия рассчитываются и анализируются. Наконец втулка форма и качество наблюдается и оценивается.

Результаты (русский) 2:

1. Введение

Трение бурение является нетрадиционным дырка решений метод , который использует тепло , выделяющееся от трения между вращающимся инструментом конической и заготовкой для размягчения и проникать в рабочий материал-и генерировать отверстие в тонкостенной заготовки [1-4] , Трение бурение также называют тепловой бурение, бурение потока, форма сверление или сверление трением с перемешиванием. Он образует втулку на месте из тонкостенной заготовки и чистый, бесстружечной процесс. Цель втулки заключается в увеличении толщины для нарезания резьбы и доступной нагрузки зажима. Ссылка [1] рассмотрел технологию и принципы процесса бурения трения. Процесс , как правило , применяется к пластичного листового металла, но есть недостаток исследований в области трения бурения хрупких литых металлов.

Для хрупких литых металлов, втулки при трении бурения экспонатов трещин или лепесток формирования. Эта проблема иллюстрируется на фиг. 1 и 2. Для хрупких металлов, деформация материала и лепесток формирования, т.е. перелом во втулке или губы, аналогично в пластинчатом






перфорацией или отверстие отбортовки с помощью конической инструмента [5,6]. Лепесток образование формирует втулку с ограниченной площадью поверхности и несущей способности для крепления нити.

Рис. 1 (а) и (б) иллюстрируют этапы трения бурения хрупкого и пластичного металла заготовки, соответственно. Во- первых, инструмент входит в начальный контакт с заготовкой. Затем на основной стадии тяги, инструмент проникает в заготовку и высокая осевая сила встречается. Сила трения на контактной поверхности производит тепло и смягчает рабочий-материал. Затем, на стадии разделения материала, инструмент проникает сквозь заготовку и делает отверстие. Различие в хрупких и пластичных заготовки можно рассматривать как хрупкого работа-материал начинает поломку (рис. 1 (а)) и пластичный материал с работой включает приспособление (рис. 1 (б)). И, наконец, инструмент убирается и оставляет отверстие с втулкой на заготовке. Фотографии трения просверленные втулки с помощью 5.3 мм твердосплавный инструмент диаметра на хрупкими из литого алюминия 380 сплава, обозначенный как Al380 потустороннем и пластичную холоднокатаной углеродистой стали AISI 1020, показаны на рис. 2 (а) и (б), соответственно, для сравнения. Для Al380, из - за перелома или отслаивания в процессе формирования втулки в процессе бурения трения, большую часть обрабатываемого материала ненадлежащим образом смещаются и не образует втулку с желаемой формой или добавленной толщиной в отверстие для нарезания резьбы. Для сравнения, AISI 1020 заготовки на фиг. 2 (б) имеет гладкую цилиндрическую форму втулки с достаточной длины.

Cast металлы широко используются для промышленных, в частности , автомобильных, приложений. В идеальном случае , процесс бурения трения может генерировать отверстие в отливке. Самостоятельно резьб застежки [7] , а затем могут быть применены к другим устройствам присоединяться к литью с использованием трения просверленные отверстия. Такой подход может упростить литейным дизайн формы и последующий процесс сборки. Цель данного исследования заключается в преодолении плохой форме втулки из - за разрушения материала при бурении трения.

Отношение толщины заготовки, т, к диаметру инструмента, д, является важным параметром при бурении трения. Т и d обозначены на рис. 1 и 3, соответственно. Высокий т / сут представляет , что относительно большая часть материала смещается и способствовало формированию втулки. В этом эксперименте для литых металлов, то т / сут составляет 0,75. Это высокое по сравнению с 0,16 из стали AISI 1020 в [1].

Экспериментальная установка и процедуры, в первую интро перепекает в этой статье. Толкающее усилие и крутящий момент для трения буровых экспериментов анализируются. Энергия, средняя мощность, и пиковой мощности , необходимой для бурения каждой скважины Рассчитаны и проанализированы. И, наконец, форма и качество проходной изолятор наблюдаются и оценены.