Подающее охлаждение или минимальная смазка (MQL) для фрезерования карманов из титана

Титановые сплавы низкая теплопроводность (6,7 Вт/м·К для Ti-6Al-4V) и химическая активность создают уникальные трудности при обработке фрезерование операции. Хотя охлаждение потоком СОЖ стало промышленным стандартом для отвода тепла, растущие экологические проблемы и экономические давления стимулируют интерес к альтернативам минимального смазывания. Недавние достижения в проектировании сопел и биоразлагаемых смазочных материалах (например, на основе эфиров) вновь возобновили дискуссию о целесообразности применения. В данном исследовании проблема недостатка знаний решается путем систематического сравнения обоих методов в условиях, соответствующих промышленным, с особым вниманием к механике резания и металлургическим эффектам после обработки.

Методология

1. План эксперимента

Полный факторный план (матрица 3×3) проверял стратегии охлаждения (потоковое, минимальное смазывание, гибридное) в сочетании с параметрами резания. Система минимального смазывания подавала 50 мл/ч аэрозольной смазки (Accu-Lube LB-12) через сопло диаметром 0,5 мм при давлении 6 бар.

2. Сбор данных

• Силы резания: динамометр Kistler 9257B

• Износ инструмента: цифровой микроскоп Keyence VHX-7000 (стандарты ISO 3685)

• Тепловые данные: ИК-камера FLIR A655sc (погрешность ±2°C)

Результаты и анализ

1.Динамика сил резания

При использовании MQL среднее результирующее усилие было ниже (Fxy = 210 Н против 265 Н при подаче большого объема жидкости), что обусловлено снижением коэффициентов трения. Анализ в частотной области показал, что амплитуда вибраций при использовании MQL была меньше на 25–30%

2.Сравнение срока службы инструментов

Кривые развития износа по задней поверхности показали, что применение MQL продлевает срок службы инструмента до 148 минут по сравнению с 112 минутами (подача большого объема жидкости) до достижения значения VBmax = 0,3 мм. Анализ с помощью энергодисперсионной спектроскопии (EDS) показал, что на инструментах, использовавшихся при подаче MQL, объем прилипания титана был меньше на 60%

Обсуждение

Высокая эффективность MQL соответствует трибологическим моделям, предполагающим проникновение микрокапель в зону контакта инструмента и стружки. Однако проблемы с удалением стружки в глубоких карманах (отношение глубины к ширине >5:1) временно увеличили усилия на 15%, что указывает на ограничения, зависящие от конкретного сценария. Промышленным пользователям следует учитывать эти результаты при сравнении с затратами на инфраструктуру рециркуляции СОЖ.

Заключение

MQL демонстрирует очевидные преимущества при фрезеровании карманов из титана в плане долговечности инструмента (улучшение на 32%) и качества поверхности. В дальнейших исследованиях следует рассмотреть импульсную подачу MQL для геометрии с высоким соотношением сторон и использование нано-добавок в смазочных материалах.