Refrigerazione abbondante vs MQL per la fresatura di tasche in titanio

Leghe di Titanio scarsa conducibilità termica (6,7 W/m·K per Ti-6Al-4V) e reattività chimica presentano sfide uniche nella fresatura a tasca fresatura operazioni. Sebbene il raffreddamento a immersione sia da tempo lo standard del settore per la dissipazione del calore, crescenti preoccupazioni ambientali e pressioni sui costi hanno stimolato l'interesse verso alternative MQL. Recent progressi nei progetti delle bocchette e nei lubrificanti biodegradabili (ad esempio formulazioni a base di estere) hanno rinnovato il dibattito sulla fattibilità. Questo studio affronta la lacuna conoscitiva attraverso un confronto sistematico tra i due metodi in condizioni rilevanti per il settore industriale, con particolare attenzione alla meccanica di taglio e agli effetti metallurgici post-lavorazione.

Metodologia

1. Progettazione sperimentale

Un disegno sperimentale a fattori completi (matrice 3×3) ha testato strategie di raffreddamento (a immersione, MQL, ibrido) in relazione ai parametri di taglio. Il sistema MQL ha erogato 50 mL/ora di lubrificante nebulizzato (Accu-Lube LB-12) attraverso una bocchetta da 0,5 mm a una pressione di 6 bar.

2. Acquisizione dei dati

• Forze di taglio: dinamometro Kistler 9257B

• Usura utensile: microscopio digitale Keyence VHX-7000 (norme ISO 3685)

• Dati termici: telecamera IR FLIR A655sc (accuratezza ±2°C)

Risultati e analisi

1.Dinamica della Forza di Taglio

MQL ha mostrato forze risultanti medie inferiori (Fxy = 210 N rispetto a 265 N con lubrificazione abbondante) a causa di coefficienti di attrito ridotti. L'analisi nel dominio della frequenza ha rivelato ampiezze di vibrazione del 25-30% più piccole in MQL.

2.Confronto della Vita Utensile

Le curve di progressione dell'usura frontale hanno mostrato che MQL estende la vita utensile a 148 minuti rispetto a 112 minuti (lubbrificazione abbondante) prima di raggiungere VBmax = 0,3 mm. L'analisi EDS ha rilevato il 60% in meno di adesione del titanio sugli utensili utilizzati con MQL.

Dibattito

La superiore prestazione di MQL è in linea con i modelli tribologici che suggeriscono la penetrazione di micro-gocce nelle interfacce utensile-truciolo. Tuttavia, problemi di evacuazione dei trucioli in cavità profonde (rapporto di aspetto >5:1) hanno temporaneamente aumentato le forze del 15%, indicando limitazioni specifiche dello scenario. Gli utilizzatori industriali dovrebbero valutare attentamente questi risultati in relazione ai costi delle infrastrutture per il riciclo del refrigerante.

Conclusione

MQL dimostra chiari vantaggi nella fresatura di tasche in titanio in termini di durata dell'utensile (miglioramento del 32%) e finitura superficiale. Lavori futuri dovrebbero esplorare l'erogazione MQL a impulsi per geometrie con alto rapporto di aspetto e lubrificanti con additivi nano.