Πλήρης Ψύξη ή MQL για Φρέζα Εσοχών σε Τιτάνιο

Κράματα Τιτανίου κακή θερμική αγωγιμότητα (6,7 W/m·K για Ti-6Al-4V) και χημική δραστικότητα, γεγονός που δημιουργεί μοναδικές προκλήσεις στις εργασίες επεξεργασίας εσοχών σκοπιά εργασίες. Ενώ η μέθοδος της ψύξης με πλήρη κάλυψη (flood cooling) έχει καθιερωθεί ως πρότυπο στη βιομηχανία για την απαγωγή θερμότητας, αυξανόμενες περιβαλλοντικές ανησυχίες και οικονομικές πιέσεις έχουν προκαλέσει ενδιαφέρον για εναλλακτικές λύσεις MQL. Πρόσφατες εξελίξεις στον σχεδιασμό ακροφυσίων και σε βιοαποικοδομήσιμα λιπαντικά (π.χ. εστερικές ενώσεις) έχουν επαναφέρει τη συζήτηση για την εφαρμοστικότητα. Η παρούσα μελέτη αντιμετωπίζει το υπάρχον κενό γνώσης μέσω συστηματικής σύγκρισης των δύο μεθόδων υπό βιομηχανικά επίκαιρες συνθήκες, με ιδιαίτερη προσοχή στη μηχανική κοπής και στα μεταλλουργικά αποτελέσματα μετά την κατεργασία.

Μεθοδολογία

1. Σχεδιασμός Πειράματος

Ένας πλήρως παραγοντικός σχεδιασμός (3×3 μητρώο) δοκίμασε στρατηγικές ψύξης (πλήρης κάλυψη, MQL, υβριδική) σε σχέση με παραμέτρους κοπής. Το σύστημα MQL παρείχε 50 mL/ώρα αερολύπανση (Accu-Lube LB-12) μέσω ακροφυσίου 0,5 mm σε πίεση 6 bar.

2. Συλλογή Δεδομένων

• Δυνάμεις κοπής: Δυναμόμετρο Kistler 9257B

• Φθορά εργαλείου: Ψηφιακό μικροσκόπιο Keyence VHX-7000 (πρότυπα ISO 3685)

• Θερμικά δεδομένα: Θερμική κάμερα FLIR A655sc (ακρίβεια ±2°C)

Αποτελέσματα & Ανάλυση

1.Δυναμική Κοπτικής Δύναμης

Η MQL παρουσίασε χαμηλότερες μέσες συνισταμένες δυνάμεις (Fxy = 210 N σε σχέση με 265 N στην περίπτωση της κατακλύσεως) λόγω μειωμένων συντελεστών τριβής. Η ανάλυση στο πεδίο της συχνότητας αποκάλυψε πλάτη ταλαντώσεων 25-30% μικρότερα στην περίπτωση MQL.

2.Σύγκριση Διάρκειας Ζωής Εργαλείου

Οι καμπύλες προόδου της φθοράς της πλευράς έδειξαν ότι η MQL επέκτεινε τη διάρκεια ζωής του εργαλείου σε 148 λεπτά σε σχέση με 112 λεπτά (κατακλυστική) πριν φτάσει το VBmax = 0,3 mm. Η ανάλυση EDS εντόπισε 60% λιγότερη πρόσφυση τιτανίου στα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν με MQL.

Συζήτηση

Η ανώτερη απόδοση της MQL συμφωνεί με τριβολογικά μοντέλα που υποδεικνύουν ότι οι μικροσταγόνες διεισδύουν στις επιφάνειες επαφής εργαλείου-τσιπ. Ωστόσο, προβλήματα απομάκρυνσης τσιπ σε βαθιές τσέπες (λόγος όψης >5:1) προκαλούσαν προσωρινή αύξηση των δυνάμεων κατά 15%, δείχνοντας ειδικές περιπτώσεις περιορισμών. Οι βιομηχανικοί χρήστες θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους αυτά τα ευρήματα σε σχέση με το κόστος υποδομής για την ανακύκλωση ψυκτικών υγρών.

Συμπέρασμα

Το MQL παρουσιάζει σαφή πλεονεκτήματα στην κοπή τσέπης από τιτάνιο όσον αφορά τη διάρκεια ζωής του εργαλείου (βελτίωση 32%) και την ποιότητα της επιφανειακής κατεργασίας. Μελλοντική εργασία θα πρέπει να εξερευνήσει την παλμική παροχή MQL για γεωμετρίες μεγάλης αναλογίας και νανοπρόσθετα λιπαντικά.