Pridané chladenie vs. MQL pre frézovanie titánových dutín

Zliatiny titánu nízka tepelná vodivosť (6,7 W/m·K pre Ti-6Al-4V) a chemická reaktivita predstavujú jedinečné výzvy pri frézovaní dutín frézovanie prevádzky. Zatiaľ čo priemyselný štandard pre odvod tepla predstavuje záplavové chladenie, rastúce environmentálne obavy a tlak nákladov podporili záujem o alternatívy MQL. Nedávne pokroky v návrhu trysiek a biologicky odbúrateľných mazivách (napr. esterové formulácie) obnovili diskusiu o životaschopnosti týchto metód. Táto štúdia rieši medzeru v poznatkoch prostredníctvom systématického porovnania oboch metód za priemyselne relevantných podmienok, pričom sa venuje osobitná pozornosť rezným mechanikám a metalurgickým účinkom po obrábaní.

Metodológia

1. Návrh experimentu

Plný faktoriálny návrh (matica 3×3) testoval stratégie chladenia (záplavové, MQL, hybridné) v porovnaní s reznými parametrami. Systém MQL dodával 50 ml/h aerosólového maziva (Accu-Lube LB-12) cez trysku s priemerom 0,5 mm pri tlaku 6 bar.

2. Získavanie údajov

• Rezné sily: dynamometer Kistler 9257B

• Opotrebenie nástroja: digitálny mikroskop Keyence VHX-7000 (podľa noriem ISO 3685)

• Teplotné údaje: infrakamera FLIR A655sc (presnosť ±2 °C)

Výsledky a analýza

1. Dynamika rezných síl

MQL prejavila nižšie priemerné výsledné sily (Fxy = 210 N oproti 265 N pri zaplavovaní) v dôsledku nižších koeficientov trenia. Analýza v frekvenčnej oblasti odhalila o 25-30% nižšie amplitúdy vibrácií pri MQL.

2. Porovnanie životnosti nástroja

Krivky progresie opotrebienia bokového povrchu ukázali, že MQL predĺžila životnosť nástroja na 148 minút oproti 112 minútam (zaplavovanie) pred dosiahnutím VBmax = 0,3 mm. EDS analýza zistila o 60% menej adhézie titánu na nástrojoch používaných pri MQL.

Diskusia

Vynikajúci výkon MQL súhlasí s tribologickými modelmi, ktoré naznačujú prienik mikrokvapiek do rozhrania nástroj-trieska. Avšak problémy s odvádzaním triesok v hlbokých dutinách (pomer hĺbky ku šírke >5:1) dočasne zvýšili sily o 15%, čo poukazuje na scenároovo špecifické obmedzenia. Priemyselní používatelia by mali zvážiť tieto zistenia v porovnaní s nákladmi na infraštruktúru na recykláciu chladiacej kvapaliny.

Záver

MQL vykazuje jasné výhody pri frézovaní titánových dutín pohľadu na životnosť nástroja (zlepšenie o 32 %) a povrchovú úpravu. Budúca práca by mala preskúmať impulzné dávkovanie MQL pre geometrie s vysokým pomerom stran a nano-prísady do mazív.