Towards precision deep microdrilling of magnesium: a new approach to hole geometry prediction

The junction point between the cutting forces and the generated surfaces in the machining context is represented by the multitude of dynamic models that, thanks to a prior complex and time-consuming experimental modal analysis of the machine-workpiece-tool system, is capable of predicting with reasonable accuracy the forces and displacements that take places at the cutting interface. With this work, a stepping stone is laid towards creating a new approach, parallel to the dynamic models, capable of predicting, in a magnesium high aspect-ratio (up to 36) microdrilling context, the microhole geometrical features from the analysis of the cutting forces recorded during the operation. To achieve this, an experimental campaign helps understand the main roles of machining parameters, feed f_z and cutting speed v_c, on burr formation and entrance hole diameter and, a novel technology that permits the hole geometrical reconstruction with micrometric accuracy, permits to compare the hole geometric performance indexes (GD&T) for varying cutting conditions. To complete the work, further testings are carried out to assess the minimum chip thickness theory's applicability to the context of magnesium machining and acquire a more complete understanding of the chip process in pure magnesium.

Il punto di congiunzione tra le forze di taglio e le superfici generate nel contesto della lavorazione è rappresentato dalla moltitudine di modelli dinamici che, grazie a una preventiva analisi modale sperimentale del sistema macchina-pezzo-utensile, complessa e dispendiosa in termini di tempo, è in grado di prevedere con ragionevole precisione le forze e gli spostamenti che avvengono all'interfaccia di taglio. Con questo lavoro, si apre una nuova via verso la creazione di un nuovo approccio, parallelo ai modelli dinamici, in grado di prevedere, in un contesto di microforatura ad elevati fattori di forma (fino a 36) del magnesio, le caratteristiche geometriche del microforo a partire dall'analisi delle forze di taglio registrate durante l'operazione. A tal fine, una campagna sperimentale aiuta a comprendere il ruolo principale dei parametri di lavorazione, l'avanzamento f_z e la velocità di taglio v_c, sulla formazione di bave e sul diametro del foro d'ingresso e, una nuova tecnologia di che consente la ricostruzione geometrica del foro con precisione micrometrica, permette di confrontare gli indici di prestazione geometrica del foro (GD&T) per diverse condizioni di taglio. Per completare il lavoro, vengono eseguiti ulteriori test per valutare l'applicabilità della teoria dello spessore minimo del truciolo al contesto della lavorazione del magnesio e acquisire una comprensione più completa del processo di truciolatura nel magnesio puro.