Chłodzenie strumieniowe kontra MQL w frezowaniu tytanowych kieszeni

Stopy tytanu złe przewodnictwo cieplne (6,7 W/m·K dla Ti-6Al-4V) i reaktywność chemiczna stwarzają unikalne wyzwania w frezowaniu kieszeni wyroby z mięsa operacyjne. Chociaż chłodzenie strumieniowe stało się standardem przemysłowym w zakresie odprowadzania ciepła, wzrostowe zaniepokojenie środowiskowe i presja kosztowa zwiększyły zainteresowanie alternatywami MQL. Ostatnie postępy w projektowaniu dysz oraz cieczami chłodzącymi biodegradowalnymi (np. związki na bazie estrów) ponownie ożywiły debatę na temat ich przydatności. W niniejszym badaniu wypełniono lukę wiedzy poprzez systematyczne porównanie obu metod w warunkach przemysłowych, ze szczególnym uwzględnieniem mechaniki skrawania oraz efektów metalograficznych po obróbce.

Metodologia

1. Projekt eksperymentu

Zastosowano projekt z czynnikami pełnymi (macierz 3×3), porównując strategie chłodzenia (strumieniowe, MQL, hybrydowe) w odniesieniu do parametrów skrawania. System MQL dostarczał 50 mL/h rozpylonego środka smarnego (Accu-Lube LB-12) przez dyszę o średnicy 0,5 mm pod ciśnieniem 6 bar.

2. Pobieranie danych

• Siły skrawania: dynamometr Kistler 9257B

• Zużycie narzędzi: mikroskop cyfrowy Keyence VHX-7000 (zgodnie ze standardami ISO 3685)

• Dane termiczne: kamera IR FLIR A655sc (dokładność ±2°C)

Wyniki i analiza

1.Dynamika siły tnącej

MQL wykazała niższą średnią siłę wypadkową (Fxy = 210 N w porównaniu do 265 N przy chłodzeniu strumieniowym) ze względu na zmniejszone współczynniki tarcia. Analiza w dziedzinie częstotliwości ujawniła o 25-30% mniejsze amplitudy drgań w przypadku MQL.

2.Porównanie trwałości narzędzi

Krzywe postępu zużycia powierzchniowego wykazały, że MQL przedłużyła trwałość narzędzi do 148 minut w porównaniu do 112 minut (przy chłodzeniu strumieniowym), zanim osiągnęły one VBmax = 0,3 mm. Analiza EDS wykazała o 60% mniej adhezji tytanu na narzędziach używanych z MQL.

Dyskusja

Nadzwyczajna skuteczność MQL jest zgodna z modelami tribologicznymi sugerującymi, że mikro-krople przenikają do styku narzędzia i wióra. Jednak problemy z usuwaniem wiórów w głębokich kieszeniach (współczynnik kształtu >5:1) tymczasowo zwiększyły siły o 15%, wskazując na ograniczenia zależne od scenariusza. Przedsiębiorstwa wdrażające tę technologię powinny uwzględnić te wyniki w porównaniu do kosztów infrastruktury recyklingu cieczy chłodzącej.

Podsumowanie

MQL wykazuje wyraźne zalety w frezowaniu kieszeni tytanowych pod względem trwałości narzędzi (poprawa o 32%) i jakości powierzchni. W przyszłości należy zbadać pulsacyjne dozowanie MQL dla geometrii o dużym stosunku wysokości do szerokości oraz smary z dodatkami nano.