Povrchové chlazení vs. MQL pro frézování drážek z titanu

Titanové slitiny nízká tepelná vodivost (6,7 W/m·K pro Ti-6Al-4V) a chemická reaktivita činí frézování kapsy výzvou mletí provoz. Zatímco odvod tepla záplavou byl průmyslovým standardem, rostoucí environmentální obavy a tlak nákladů vyvolaly zájem o alternativy MQL. Nedávné pokroky v návrhu trysek a biologicky odbouratelných mazadlech (např. esterové směsi) znovu oživily diskuzi o životaschopnosti těchto metod. Tato studie naplňuje mezery v znalostech pomocí systémového srovnání obou metod za průmyslově relevantních podmínek, přičemž se věnuje pozornost zejména řezným mechanikám a metalurgickým účinkům po obrábění.

Metodika

1. Návrh experimentu

Plně faktorový návrh (maticové uspořádání 3×3) testoval strategie chlazení (záplava, MQL, hybrid) vůči řezným parametrům. Systém MQL dodával 50 ml/h aerosolové mazadlo (Accu-Lube LB-12) prostřednictvím 0,5mm trysky při tlaku 6 bar.

2. Získávání dat

• Řezné síly: dynamometr Kistler 9257B

• Opotřebení nástroje: digitální mikroskop Keyence VHX-7000 (podle norem ISO 3685)

• Teplotní data: IR kamera FLIR A655sc (přesnost ±2 °C)

Výsledky a analýza

1.Dynamika řezných sil

MQL vykazoval nižší průměrné výsledné síly (Fxy = 210 N vs. 265 N při zaplavení), a to díky sníženým koeficientům tření. Analýza ve frekvenční oblasti odhalila o 25–30 % menší amplitudy vibrací při použití MQL.

2.Porovnání životnosti nástroje

Křivky progresivního opotřebení hřbetu ukázaly, že MQL prodloužil životnost nástroje na 148 minut ve srovnání s 112 minutami (při zaplavení) před dosažením hodnoty VBmax = 0,3 mm. EDS analýza zaznamenala o 60 % méně adheze titanu na nástrojích používaných s MQL.

Diskuse

Vynikající výkon MQL odpovídá tribologickým modelům, které naznačují průnik mikrokapének do rozhraní nástroj-tříska. Nicméně potíže s odvodem třísky v hlubokých kapsách (poměr stran >5:1) dočasně zvýšily síly o 15 %, což ukazuje na specifická omezení v určitých scénářích. Průmysloví uživatelé by měli tyto závěry vyvážit vůči nákladům na infrastrukturu pro recyklaci chladicích kapalin.

Závěr

MQL vykazuje zřetelné výhody při frézování titanových kapslí v trvanlivosti nástroje (zlepšení o 32 %) a v kvalitě povrchu. Budoucí práce by měla prozkoumat pulzní dávkování MQL pro geometrie s vysokým poměrem stran a nano-aditivní maziva.