Flood-kjøling vs. MQL for titanlommefræsing

Titanlegeringer ’dårlig varmeledningsevne (6,7 W/m·K for Ti-6Al-4V) og kjemisk reaktivitet stiller unike utfordringer i lommefresingsoperasjoner fræsing operasjoner. Mens overflodkjøling har vært bransjestandard for varmeavføring, har voksende miljøbekymringer og kostnadstrykk økt interessen for MQL-alternativer. Nye fremskritt innen dysdesign og biologisk nedbrytbare smøremidler (f.eks. esterbaserte formuleringer) har gjenopptatt debatten om levedyktighet. Denne studien fyller kunnskapsgapet gjennom systematisk sammenligning av begge metoder under industrirelaterede forhold, med særlig vekt på skjæremekanikk og metallurgiske effekter etter bearbeiding.

Metodologi

1. Eksperimentelt design

Et fullt faktorielt design (3×3 matrise) testet kjølestrategier (overløp, MQL, hybrid) mot skjæreparametre. MQL-systemet leverte 50 mL/t aerosolisert smøremiddel (Accu-Lube LB-12) gjennom en 0,5 mm dys på 6 bar trykk.

2. Innhenting av data

• Skjærekrefter: Kistler 9257B dynamometer

• Verktøy slitasje: Keyence VHX-7000 digitalt mikroskop (ISO 3685 standarder)

• Termiske data: FLIR A655sc IR-kamera (±2°C nøyaktighet)

Resultater og analyse

1.Skjærekrefters dynamikk

MQL viste lavere gjennomsnittlige resulterende krefter (Fxy = 210 N mot 265 N under overløp) på grunn av reduserte friksjonskoeffisienter. Analyse i frekvensdomenet avslørte 25–30 % mindre vibrasjonsamplituder i MQL.

2.Sammenligning av verktøylivslengde

Forslitasjekurver viste at MQL forlenget verktøylivslengden til 148 minutter sammenlignet med 112 minutter (overløp) før VBmax = 0,3 mm ble nådd. EDS-analyse avslørte 60 % mindre titanadhesjon på verktøy brukt med MQL.

Diskusjon

Den overlegne ytelsen til MQL stemmer overens med tribologimodeller som antyder mikrodråpeinntrengning i verktøy-chipp-grensesnitt. Likevel førte utfordringer med å fjerne chip i dype lommer (aspektforhold >5:1) til en midlertidig økning av krefter med 15 %, noe som indikerer situasjonsbestemte begrensninger. Industrielle brukere bør vurdere disse funnene opp mot kostnadene for infrastruktur for kjølevæskerecirkulering.

Konklusjon

MQL viser klare fordeler i titan-lommefresing når det gjelder verktøylivslengde (32 % forbedring) og overflatebehandling. Fremtidig arbeid bør utforske pulset MQL-levering for geometrier med høyt aspektforhold og nano-tilsette smøremidler.