STUDY OF PROCESS PARAMETERS AND SURFACE ROUGHNESS WHEN DRILLING HARDENED ALLOY STEEL WITH A GUN DRILL
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.3.1.18Keywords:
deep drilling, chip parameters, average roughness value, process stabilityAbstract
The works on drilling deep holes and the study of their quality indicators were analyzed. A significant number of works related to deep drilling were identified and divided into categories. It was found that the parameters of both the process itself and the quality parameters of holes in workpieces made of different materials can differ significantly with the same cutting modes and tool. The process of drilling a deep hole with a diameter of 40 mm in a workpiece made of hardened steel (28-32 HRC) 38CrNi3MoVA was carried out with cooling with special oil for deep drilling (Botec type 110 drill was used) at different feeds. The research was carried out with a processing scheme in which the workpiece rotates at a frequency of 100 rpm, and the drill has a rotation frequency (in the opposite direction relative to the workpiece) of 260 rpm, providing the cutting speed recommended by the manufacturer. The drill was provided with a longitudinal feed. The feed rates at which it is possible to use this drill on the above-mentioned steel grade were established (from 0.02 to 0.05 mm/rev were used). On each of the passes, the values of the parameters of the processing process were checked, as well as the chips that were formed were evaluated. Taking into account that the surface roughness was not the same, the average value of the Ra parameter, the variance of its dispersion, and the mean square deviation were determined on the same workpiece. Graphs of the dependences of the average value of the Ra parameter on the feed rate, as well as the dispersion D(Ra) on the feed rate were constructed. It was found that increasing the feed rate to 0.04 mm/rev has a positive effect on both the outgoing chips and the average values and dispersion of the Ra parameter. When the feed rate was increased to 0.05 mm/rev, the cutting process was unstable. According to the Student and Fisher criteria, the significance of the differences in roughness values was assessed by the average values and variances, and the stability of the machining process was established. According to the results, it was found that under these conditions it is most appropriate to set the feed rate s=0.04 mm/rev., at which the smallest dispersion of the Ra parameter is observed and stable chips are obtained.
References
Jayaprakash B. C., Nagarajan L., Kumar M. Recent research progress in deep hole drilling process: a review. Surface Review and Letters. 2021. Vol. 28. DOI: 10.1142/S0218625X21300033
Karpovych I., Savinkin D. Аnalysis of technologies for obtaining and processing deep holes in thick-walled parts. Journal of Rocket-Space Technology. 2024. Vol. 33, No. 4–28. P. 63–67. DOI: 10.15421/452426
Скрипченко М. О. Технологічне забезпечення глибокого свердління: дис. … канд. техн. наук. Суми: Сумський державний університет, 2015.
Васильєв А. В., Попов С. В., Тимошенко І. В. Підвищення ефективності глибокого свердління сталевих заготовок. Збірник наукових праць Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка. Серія: Галузеве машинобудування, будівництво. 2014. № 2. С. 206–212.
Маршуба В. П., Чернякова О. В. Основні напрямки підвищення точності та продуктивності глибокого свердлення спіральними свердлами. Машинобудування. 2010. № 6. С. 72–84.
Кобельник В. Р. Підвищення ефективності процесу свердління наскрізних отворів регулюванням подачі: дис. … канд. техн. наук, спец. 05.03.01. Тернопіль, 2013. 168 с.
Jingmin M., Wenli Y. Stability analysis of free vibration of gun drill rod materials. Materials. 2025. Vol. 18, No. 6. P. 1241. DOI: 10.3390/ma18061241
Lingfei K., Shuai C., Jih-Hua C., Yue S., Falin M., Yan L. Vibration suppression of drilling tool system during deephole drilling process using independence mode space control. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2020. Vol. 151. 103525. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2020.103525
Biermann D., Schmidt R., Strodick S. Numerical modelling of the BTA deep hole drilling process. Procedia CIRP. 2024. Vol. 123. P. 470–475.
Licheng L., Can N., Liu G. Analysis and development of the CFRP boring bar for stability improvement. Fibers and Polymers. 2023. Vol. 24. P. 4413–4427.
Orgiyan A., Ivanov V., Tonkonogyi V. The efficiency of dynamic vibration dampers for fine finishing boring. In: Proceedings of the International Conference on Advanced Manufacturing Engineering. Cham: Springer, 2023.
Li L., Sun B., Hua H. Analysis of the vibration characteristics of a boring bar with a variable stiffness dynamic vibration absorber. Shock and Vibration. 2019. Article ID 5284194.
Bonda A., Srinivas J., Nanda B. K. Investigation of stability in internal turning using a boring bar with a passive constrained layer damping. FME Transactions. 2021. Vol. 49. P. 384–394.
Кобельник В. Р., Кривий П. Д. Жорсткість вертикально-свердлильних верстатів. Вісник ЖДТУ. Технічні науки. 2007. № 1 (40). С. 34–40.
Кобельник В. Р., Кривий П. Д. Методика дослідження кінематичної точності механізму подач вертикально-свердлильних верстатів на прикладі верстата моделі 2Н118. Процеси механічної обробки в машинобудуванні: зб. наук. праць. 2010. Вип. 8. С. 99–108.
Guba N., Schumski L., Paulsen T., Karpuschewski B. Vibration-assisted deep hole drilling of the aluminum material AlMgSi0.5. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2022. Vol. 36. P. 57–66. DOI: 10.1016/j.cirpj.2021.11.002
Lingfei K., Jih-Hua C., Yan L., Yanjun L., Pengyang L. Targeted suppression of vibration in deep hole drilling using magneto-rheological fluid damper. Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214, No. 11. P. 2617–2626. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2014.05.029
Shao Z. et al. Deep hole drilling of large-diameter titanium alloy with a novel rotary low-frequency vibration device. IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 154872–154881. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2944433
Пестунов В. М., Свяцький В. В., Придворова С. В. Механізми розвантаження інструменту при свердленні глибоких отворів. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. 2012. Вип. 25(1). С. 219–223.
Пестунов В. М., Свяцький В. В., Свяцька Л. П. Розробка привода для глибокого свердлення методом перехоплення стебла інструмента по його довжині. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. 2008. Вип. 20. С. 169–172.
Кривий П. Д., Крупа В. В., Продан В. І. Конструкторсько-технологічні передумови підвищення якості оброблення глибоких отворів тонкостінних циліндрів. Вісник ТДТУ. 2010. Т. 15. № 1. С. 147–156.
Кривий П. Д., Крупа В. В. Інструментальне забезпечення процесу комбінованого розточування глибоких отворів тонкостінних циліндрів. Вісник ЖДТУ. Серія: Технічні науки. 2012. № 2. С. 23–34.
Кривий П. Д., Кобельник В. Р., Крупа В. В., Яковлєв В. Г. Розточувальні інструменти з попарно-асиметричним розміщенням лез для оброблення глибоких циліндричних отворів. Технічні науки та технології. 2016. № 2(4). С. 28–35.
Woon K. S. et al. Improving coolant effectiveness through drill design optimization in gundrilling. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 370. 012025. DOI: 10.1088/1757-899X/370/1/012025
Васильєв А. В., Попов С. В., Тимошенко І. В. Підвищення ефективності глибокого свердління сталевих заготовок. Збірник наукових праць Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка. 2014. № 2. С. 206–212.
Новіков Ф. В., Жовтобрюх В. О., Кленов О. С. Розробка й впровадження ефективних операцій механічної обробки деталей гідравлічних систем. Вісник СевНТУ. 2014. Вип. 151. С. 115–121.
Крупа В. В. Металорізальні інструменти з асиметричним розміщенням лез для оброблення глибоких отворів циліндрів: дис. … канд. техн. наук, спец. 05.03.01. Тернопіль, 2015. 185 с.
Kryvyi P. D., Dzyura V. O., Tymoshenko N. M., Krypa V. V. Technological heredity and accuracy of the crosssection shapes of the hydro-cylinder cylindrical surfaces. In: Proc. Int. Conf. Materials and Processing and the 42nd North American Manufacturing Research Conference. Detroit, USA, 2014. Paper No. MSEC2014-3946.
Krupa V. et al. Improved method for determining the feed influence on the tangential cutting force during re-drilling, countersinking and boring based on the small sample theory. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. 2024. DOI: 10.3311/ppme.29952 (дата звернення: 22.05.2025).
Lou J., Li L., Dong X. et al. Research on the influencing factors of chip forming in 304 stainless steel deep hole gun drilling. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024. Vol. 134. P. 1447–1461. DOI: 10.1007/s00170-024-14205-3
Kočiško M., Pollák M., Grozav S. D., Ceclan V. Influence of coolant properties and chip former geometry on tool life in deep drilling. Applied Sciences. 2023. Vol. 13(14). 8360. DOI: 10.3390/app13148360
Ivkovic M., Djurovic S. Influence of coolant pressure on the wear and tool life of gun drills in deep drilling of 24CrMoV5-5 steel. 2025. DOI: 10.24867/JPE-2025-01-019
Kamaruzaman A., Zain A., Alwee R., Yusof N., Najarian F. Optimization of surface roughness in deep hole drilling using moth-flame optimization. Elektrika – Journal of Electrical Engineering. 2019. Vol. 18. P. 62–68. DOI: 10.11113/elektrika.v18n3-2.195
Liang J., Jiao L., Yan P., Cheng M., Qiu T., Wang X. Research on deep-hole drilling quality of high-strength steel with slender gun drill. 2021. DOI: 10.21203/rs.3.rs-312959/v1
Botek. Single flute gundrills, twin fluted drills: catalog. URL: https://www.botek.de/downloads/en/Catalog_ELB_ZLB_E.pdf (дата звернення: 15.09.2025).
Li B., Huang C., Chen Z. et al. Change of the machined hole wall surface roughness, microstructure and microhardness of low alloy steel caused by drill-guide-pads during BTA deep hole drilling. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2025. Vol. 139. P. 1595–1605. DOI: 10.1007/s00170-025-15989-8
Stephenson D. A., Agapiou J. S. Metal cutting theory and practice. 3rd ed. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2016. 956 p.
Mei C. C. Mathematical analysis in engineering: how to use the basic tools. Cambridge University Press, 1997. 480 p. ISBN 0521587980.
Літнарович Р. М. Побудова і дослідження математичної моделі за джерелами експериментальних даних методами регресійного аналізу: навч. посіб. Рівне : МЕГУ, 2011. 140 с.
