kth.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Investigating the Chip Breakability of Aluminium in Drilling Operations: A Comparative Analysis of Vibration Assisted Drilling (VAD) Technology and Minimum Quantity Lubrication (MQL)
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
En studie i aluminiums spånbrytbarhet vid borrning: en komparativ analys mellan Vibrationsassisterad borrning (VAD) och Minimalsmörjning (MQL) (Swedish)
Abstract [sv]

Inom tillverkningsindustrin har hållbar tillverkning på senaste tiden fått stort fokus, i syfte att minska resursslöseriet, och samtidigt främja gröna alternativ till befintliga tillverkningsmetoder för att skydda miljön. Användningen av skärvätskor är en av de största källorna till avfallsgenerering såväl som energianvändning vid borrning. Deär också avgörande för verktygets livslängd och hålets kvalitet grund av sina smörj- och kylenegskaper, särskilt vid aluminiumbearbetning. För att få bort skärvätskorna i borrprocessen har olika alternativ undersökts i branschen. Två av de mest lovande alternativen visade sig vara minimalsmörjning (MQL) och vibrationsassisterad borrning (VAD). Dessa tekniker syftar till att bibehålla kvaliteten på den färdiga produkten, samtidigt som de antingen minimerar eller helt eliminerar användningen av skärvätskor i borrprocessen. Det är avgörande att förstå effekten av processparametrarna, såsom spindelhastighet, matningshastighet, vibrationsfrekvens och amplitud, för kvaliteten på borrhålet, för att kunna optimera dessa parametrar. Design of Experiment-tekniker användes för att studera dessa faktorers effekt på ytjämnhet, gradhöjd och spånbildning av hålen. Borrtester genomfördes uppdalade i 4 kategorier:konventionell borrning med MQLi och torrtii, samt VAD med MQLiii och VAD med torrtiv. Statistiskt signifikanta modeller erhölls för de konventionella borrtesterna, men modellerna som erhölls för VAD visade sig vara statistiskt insignifikanta. Borrning med slag i VAD-testinställningen ansågs vara den mest troliga boven till detta problem. Slutsatsen är att VAD kombinerat med MQL är det bästa alternativet, med endast små spån, inte ett enda stort spån bildades, ingen spånstockning och mycket jämngradhöjd. Torr VAD gav sämst resultat, särskilt med avseende på ytjämnhet, även om det sannolikt berodde på slag i borrningen. Således ger VAD i kombination med MQL ett hållbart och effektivt alternativ tillkonventionell borrning med skärvätska, genom att minimera skärvätskan som används, samt underlätta bildandet av små spån. Det rekommenderas dock att utföra VAD-tester igen med en fungerande och fast uppsättning, för att få en bättre modell och förbättrad förutsägbarhet av VAD-parametrar.  

Abstract [en]

Sustainable manufacturing is a recent initiative being adopted by the industry, with the aim of reducing the wastage of resources within the manufacturing industry, while also promoting green alternatives to existing manufacturing practices to help protect the environment. The usage of coolants is one of the biggest sources of waste generation as well as energy usage in the drilling operation. These coolants are crucial due to their lubricating and cooling mechanism, which are essential to prolong tool life as well as improve the quality of the hole, especially in the case of Aluminium machining. In order to eliminate flood drilling technology, various alternatives have been investigated in the industry. 2 of the most promising options were found to be Minimum Quantity Lubrication (MQL) and Vibration Assisted Drilling (VAD). These techniques aim to maintain the quality of the finished product, while either minimising or completely eliminating the use of coolants in the drilling process. It is crucial to understand the effect of varying the process parameters, such as the spindle speed, feed rate, vibration frequency and amplitude, on the quality of the hole received, to be able to optimise these parameters. Design of Experiments techniques were applied to study these factor effects on the surface roughness, burr height, and the chip formation of the holes. 4 categories of drilling tests were conducted, with conventional drilling with MQL and dry settings, as well as VAD with MQL and dry settings. Statistically significant models were obtained for the conventional drilling tests, however, the models obtained for VAD were found to be statistically insignificant. Drill runout in the VAD test setup was deemed as the most probable culprit for this issue. It was concluded that VAD combined with MQL proved to be the best option, with the smallest chips obtained, not a single large chip being formed, no chip clogging, and very stable results obtained for burr height. Dry VAD seemed to provide the worst results, especially for the case of surface roughness, although these were again deemed to be due to drill runout. Thus, VAD combined with MQL provides a sustainable and effective alternative to flood drilling, by minimizing the coolant being used, as well as facilitating the creation of small chips. However, it is recommended to conduct VAD tests again with a working and fixed setup, to obtain a better model and improved predictability of VAD parameters. 

Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 94
Series
TRITA-ITM-EX ; 2024: 252
Keywords [en]
Aluminium Drilling, Minimum Quantity Lubrication, Sustainable Machining, Vibration Drilling
Keywords [sv]
Aluminiumborrning, Smörjning av minsta kvantitet, Hållbar bearbetning, Vibrationsborrning
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-353698OAI: oai:DiVA.org:kth-353698DiVA, id: diva2:1900248
External cooperation
Swerim AB
Supervisors
Examiners
Available from: 2024-09-23 Created: 2024-09-23 Last updated: 2024-09-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(7202 kB)256 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 7202 kBChecksum SHA-512
dd5c3b5c27881b2a299f81c66eedafb3b71ade6e9a4b8003e0afdb55d86c6741f1945875b0ad006f8f34e8eb5acc6f621f7a683b3d6d05074038dd1e5a797335
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 256 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 160 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf