Flodkylning kontra MQL för fickfräsning av titan

Titanlegeringar dålig värmeledningsförmåga (6,7 W/m·K för Ti-6Al-4V) och kemisk reaktivitet innebär unika utmaningar i fickfräsning fräsning operationer. Även om översvämningskylning länge varit branschstandard för värmeavledning, har växande miljöproblem och kostnadstryck väckt intresse för MQL-alternativ. Nya framsteg inom dysign och biologiskt nedbrytbara smörjmedel (t.ex. esterbaserade formuleringar) har återupptagit debatten om hållbarhet. Denna studie fyller kunskapsluckan genom en systematisk jämförelse av båda metoderna under industriellt relevanta förhållanden, med särskild uppmärksamhet på skärkrafter och metallurgiska effekter efter bearbetning.

Metodik

1. Experimenterande Design

En fullständig faktoriell design (3×3 matris) testade kylstrategier (flood, MQL, hybrid) mot skärparametrar. MQL-systemet levererade 50 mL/tim aerosoliserat smörjmedel (Accu-Lube LB-12) genom en 0,5 mm dys vid 6 bar tryck.

2. Datainsamling

• Skärkrafter: Kistler 9257B dynamometer

• Verktygsslitage: Keyence VHX-7000 digital mikroskop (ISO 3685 standarder)

• Termiska data: FLIR A655sc IR-kamera (±2°C noggrannhet)

Resultat och analys

1.Skärkraftsdynamik

MQL uppvisade lägre genomsnittliga resulterande krafter (Fxy = 210 N jämfört med 265 N vid översvämningskylning) på grund av reducerade friktionskoefficienter. Frekvensanalys visade 25-30% mindre vibrationsamplituder i MQL.

2.Verktygsdriftstid jämförelse

Framsidslitagekurvor visade att MQL förlängde verktygsdriftstiden till 148 minuter jämfört med 112 minuter (översvämningskylning) innan VBmax = 0,3 mm uppnåddes. EDS-analys visade 60% mindre titanadhesion på verktyg använda med MQL.

Diskussion

Den överlägsna prestandan hos MQL överensstämmer med tribologiska modeller som föreslår mikrodroppens penetration in i verktygs-helgarbetsstycke-gränssnitt. Dock ökade problem med spåntransport i djupa fickor (förhållande >5:1) krafterna tillfälligt med 15 %, vilket indikerar scenariobaserade begränsningar. Företag som överväger implementering bör väga dessa fynd mot kostnaderna för infrastruktur för kylmedelsåtervinning.

Slutsats

MQL visar tydliga fördelar vid fräsning av titantunnlar vad gäller verktygslivslängd (32 % förbättring) och ytfinish. Framtida studier bör undersöka pulserad MQL-försörjning för geometrier med högt förhållande samt nano-additiva smörjmedel.