التبريد الكامل مقابل التبريد الكمي (MQL) لقطع جيوب التيتانيوم

سبائك التيتانيوم الموصلية الحرارية المنخفضة (6.7 واط/م·ك لـ Ti-6Al-4V) والنشاط الكيميائي يمثلان تحديات فريدة في عمليات التجويف التصغير بينما كان التبريد المتدفق هو المعيار الصناعي في التخلص من الحرارة، فإن المخاوف البيئية المتزايدة والضغوط المتعلقة بالتكاليف قد أثارت الاهتمام ببدائل MQL. وقد أعادت التطورات الحديثة في تصميم الفوهات والمواد التشحيمية القابلة للتحلل (على سبيل المثال، التركيبات القائمة على الإستر) إحياء النقاش حول جدوى هذه الطرق. تتناول هذه الدراسة الفجوة في المعرفة من خلال مقارنة منهجية بين الطريقتين في ظل ظروف صناعية ذات صلة، مع التركيز بشكل خاص على ميكانيكا القطع والآثار المعدنية بعد التشغيل.

المنهجية

1. تصميم التجربة

تم اختبار استراتيجيات التبريد (المتدفق، MQL، الهجين) مقابل معايير القطع باستخدام تصميم عامل كامل (مصفوفة 3×3). قام نظام MQL بتوصيل 50 مل/ساعة من المادة التشحيمية المُرَشَّشة (Accu-Lube LB-12) عبر فوهة 0.5 مم تحت ضغط 6 بار.

2. اقتناء البيانات

• قوى القطع: ميزان ديناميكي Kistler 9257B

• اهتراء الأداة: ميكروسكوب رقمي Keyence VHX-7000 (معايير ISO 3685)

• البيانات الحرارية: كاميرا الأشعة تحت الحمراء FLIR A655sc (دقة ±2°م)

النتائج والتحليل

1. ديناميكية قوى القطع

أظهرت تقنية MQL قوى محصلة متوسطة أقل (Fxy = 210 نيوتن مقابل 265 نيوتن تحت التبريد بالتدفق الكامل) نظراً لانخفاض معاملات الاحتكاك. وكشف تحليل المجال الترددي عن اهتزازات ذات سعات أصغر بنسبة 25-30% في تقنية MQL.

2. مقارنة عمر الأداة

أظهرت منحنيات تقدم البلى الجانبي أن تقنية MQL عدلت عمر الأداة إلى 148 دقيقة مقابل 112 دقيقة (في حالة التبريد بالتدفق الكامل) قبل الوصول إلى VBmax = 0.3 مم. وكشف تحليل EDS عن التصاق أقل بنسبة 60% من التيتانيوم على الأدوات المستخدمة في تقنية MQL.

النقاش

يتماشى الأداء المتفوق لتقنية توصيل الكميات الصغيرة (MQL) مع نماذج تشير إلى اختراق القطرات الدقيقة لواجهات الأداة-الرقاقة. ومع ذلك، أدت مشاكل إزالة الرقائق في الجيوب العميقة (نسبة العمق إلى العرض >5:1) إلى زيادة مؤقتة في القوى بنسبة 15٪، مما يشير إلى قيود تعتمد على السيناريو. يجب على الجهات الصناعية التي تتبناها أن تزن هذه النتائج مقابل تكاليف البنية التحتية لإعادة تدوير السوائل القطعية.

الاستنتاج

تُظهر تقنية توصيل الكميات الصغيرة (MQL) ميزة واضحة في عملية تفريز الجيوب في التيتانيوم من حيث عمر الأداة (تحسين بنسبة 32٪) وجودة التشطيب السطحي. ينبغي للدراسات المستقبلية أن تستكشف طريقة توصيل MQL بشكل متقطع لقياسات نسبة العمق إلى العرض العالية، وكذلك استخدام مواد تشحيم تحتوي على إضافات نانوية.