Refrigeració massiva vs MQL per al fresat de butxaques de titani

Aliatges de titani baixa conductivitat tèrmica (6,7 W/m·K per al Ti-6Al-4V) i reactivitat química plantegen reptes únics en el fresat de butxaques fresat operacions. Tot i que el refredament per inundació ha estat l'estàndard de la indústria per a la dissipació de calor, les creixents preocupacions ambientals i les pressions de cost han impulsat l'interès per alternatives MQL. Avenços recents en el disseny de capçals i lubrificants biodegradables (per exemple, formulacions a base d'èsters) han renovat el debat sobre la viabilitat. Aquest estudi aborda la manca de coneixement mitjançant una comparació sistemàtica de tots dos mètodes en condicions industrials rellevants, amb especial atenció a la mecànica de tall i els efectes metal·lúrgics posteriors a la màquina.

Metodologia

1. Disseny experimental

Un disseny factorial complet (matriu 3×3) va posar a prova estratègies de refrigeració (inundació, MQL, híbrid) enfront de paràmetres de tall. El sistema MQL va subministrar 50 mL/hora de lubrificant en aerosol (Accu-Lube LB-12) a través d'un capçal de 0,5 mm a una pressió de 6 bar.

2. Adquisició de dades

• Forces de tall: dinamòmetre Kistler 9257B

• Desgast d'eines: microscopi digital Keyence VHX-7000 (segons les normes ISO 3685)

• Dades tèrmiques: càmera IR FLIR A655sc (precisió ±2°C)

Resultats i Anàlisi

1. Dinàmica de la Força de Tall

L'MQL va mostrar forces resultants mitjanes més baixes (Fxy = 210 N vs. 265 N amb inundació) a causa dels coeficients de fricció reduïts. L'anàlisi en el domini de la freqüència va revelar amplituds de vibració un 25-30% més petites amb l'MQL.

2. Comparació de la Vida de l'Eina

Les corbes de progressió del desgast del flanc van mostrar que l'MQL va estendre la vida de l'eina fins a 148 minuts enfront de 112 minuts (inundació) abans d'arribar a VBmax = 0,3 mm. L'anàlisi EDS va detectar un 60% menys d'adherència de titani en les eines utilitzades amb MQL.

Discussió

El millor rendiment de l'MQL s'ajusta als models tribològics que suggereixen la penetració de micro-gotes en les interfícies eina-xip. Tanmateix, problemes d'evacuació de cips en butxaques profundes (relació d'aspecte >5:1) van incrementar temporalment les forces en un 15%, indicant limitacions específiques dels escenaris. Els adoptants industrials haurien de sospesar aquests resultats en funció dels costos d'infraestructura del reciclatge del refrigerant.

Conclusió

MQL demostra clars avantatges en el fresat de butxaques de titani pel que fa a la durada de l'eina (una millora del 32%) i l'acabat superficial. Els treballs futurs haurien d'explorar la distribució d'MQL pulsada per a geometries d'alta relació d'aspecte i lubrificants amb additius nano.