Friction Drilling Application on Sheet Metals


Özyapı M. B. , Ertürk A. T.

IES’20 International Engineering Symposium | Engineering Applications in Industry, İzmir, Turkey, 10 - 13 December 2020, pp.10-17

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: İzmir
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.10-17

Abstract

The connection and assembly of sheet metals are often encountered in manufacturing applications. To

ensure a safe connection length due to the thin wall thickness, traditional methods of welding the nut to

sheet metal and similar solutions to the use of rivet nuts are available today. However, the negative

aspects of these solutions may occur as undesirable effects such as the torsion of the rivet nut and thermal

breakdown due to the welded nut. Such undesirable effects can be avoided by applying an unconventional

thermal friction drilling process. In the thermal friction drilling method, a rotating conical pointed tool with

a special geometry is used. Due to the contact of the tool with the material and the resulting friction heat,

softening is formed in the area where it touches the workpiece material, then it penetrates by progressing

in the vertical direction. Thus, without removing chips, the formation of boss and bushing up to 3 times

the thickness of the material is achieved. Subsequently, a thread is opened into this bushing using a guide.

Bushing formed at the end of the friction drilling operation is aimed to have the maximum length at the

bottom of the hole and the maximum thickness at the top. Since the bushing and boss created, a safe

connection length can be achieved with bolts. The technical difficulties that can be experienced when

forming the bushing formed in this process are the formation of radial cracks and petal form. But all these

difficulties can be controlled by workpiece preheating, drill bit rotational speed, drill bit feed rate optimization. In this paper, information on the basic working principle of the thermal friction

drilling process, equipment, drilling tools and the life of these tools as well as their applications for various

sheet metals will be presented.

Sac metallerin birbirleriyle bağlanması ve montajı imalat uygulamalarında genellikle karşımıza çıkmaktadır.

İnce cidar kalınlığından dolayı güvenli bağlantı uzunluğunu sağlayabilmek adına, geleneksel yöntemler

olarak somunun sac metale kaynatılması ve perçin somun kullanımına benzer çözümler günümüzde

mevcuttur. Ancak bu çözümlerin olumsuz yönleri perçin somunun burulması ve kaynatılan somundan

dolayı termal bozulmalar gibi istenmeyen etkiler olarak oluşabilmektedir. Bu tarz istenmeyen etkilerin

önüne geleneksel olmayan termal sürtünmeli delme işlemi uygulanarak geçilebilmektedir. Termal

sürtünmeli delme yönteminde, dönen konik sivri uçlu özel geometriye sahip bir takım kullanılmaktadır.

Takımın malzemeye temas etmesi ve akabinde oluşan sürtünme ısısı nedeniyle iş malzemesine temas ettiği

bölgede yumuşama oluşturularak dikey yönde ilerleme ile parça içine nüfuz eder. Böylece talaş

kaldırmadan pul ve malzeme kalınlığının 3 katı kadar uzunluğa varabilen kovan oluşumu sağlanır. Akabinde

bu kovan içerisine kılavuz vasıtasıyla diş açılır. Sürtünmeli delme operasyonu sonunda oluşturulan kovanın

deliğin alt kısmında maksimum uzunlukta, üst kısmında ise maksimum kalınlıkta olması amaçlanmaktadır.

Oluşturulan bu pul ve kovan sayesinde cıvata ile güvenli bağlantı uzunluğu sağlanabilmektedir. Bu proseste

silindirik kovanı oluştururken yaşanabilecek teknik zorluklar, radyal çatlaklar ve taç yaprağı formunun

oluşmasıdır. Fakat tüm bu zorluklar iş parçası ön ısıtılması, delici ucun dönme hızı, delici ucu besleme oranı

optimizasyonu ile kontrol edilebilmektedir. Bu bildiride, termal sürtünmeli delme prosesinin temel çalışma

prensibi, ekipmanlar, delme takımları ve bu takımların ömrü ile birlikte çeşitli sac metaller için

uygulamalarına dair bilgiler sunulacaktır.