Повне охолодження проти MQL для фрезерування карманів із титану

Титанові сплави погана теплопровідність (6,7 Вт/м·К для Ti-6Al-4V) та хімічна реакційна здатність створюють унікальні труднощі в обробці фрезерування операції. Хоча охолодження потоком було галузевим стандартом для відводу тепла, зростаючі екологічні проблеми та тиск витрат спонукали інтерес до альтернатив МКЗ. Нові досягнення в конструкції сопел та біорозкладних мастил (наприклад, на основі естерів) поновили дискусію про життєздатність. Це дослідження заповнює прогалини в знаннях шляхом систематичного порівняння обох методів за умов, що відповідають промисловим, з особливою увагою до механіки різання та металографічних наслідків після обробки.

Методологія

1. Планування експерименту

Планування повного факторного експерименту (матриця 3×3) перевіряло стратегії охолодження (потокове, МКЗ, гібридне) в порівнянні з параметрами різання. Система МКЗ подавала 50 мл/год аерозольного мастила (Accu-Lube LB-12) через сопло 0,5 мм під тиском 6 бар.

2. Збирання даних

• Сили різання: динамометр Kistler 9257B

• Знос інструменту: цифровий мікроскоп Keyence VHX-7000 (стандарт ISO 3685)

• Теплові дані: ІЧ-камера FLIR A655sc (точність ±2°C)

Результати та аналіз

1. Динаміка сил різання

При МПЗ спостерігалися менші середні значення результуючих сил (Fxy = 210 Н порівняно з 265 Н при зрошені), що пов’язано зі зменшенням коефіцієнтів тертя. Аналіз у частотній області показав, що амплітуди вібрацій при МПЗ були на 25–30% меншими.

2. Порівняння терміну служби інструменту

Криві зростання торцевого зносу показали, що при МПЗ термін служби інструменту збільшився до 148 хвилин порівняно з 112 хвилинами (при зрошені) до досягнення VBmax = 0,3 мм. За допомогою ЕДС-аналізу виявлено, що при використанні МПЗ на інструменті залишалося на 60% менше титанового наплину.

Обговорення

Висока ефективність МКЗ (мінімальне кількість мастила) відповідає трибологічним моделям, які передбачають проникнення мікрокрапель у інструментально-чипові інтерфейси. Однак проблеми видалення стружки в глибоких карманах (співвідношення більше 5:1) тимчасово збільшували зусилля на 15%, що вказує на сценарій-специфічні обмеження. Промислові користувачі мають урахувати ці результати порівняно з витратами на інфраструктуру регенерації охолоджувачів.

Висновок

МКЗ демонструє чіткі переваги при фрезеруванні карманів з титану щодо терміну служби інструменту (покращення на 32%) та якості обробленої поверхні. У подальших дослідженнях слід вивчити імпульсну подачу МКЗ для геометрій із високим співвідношенням сторін та мастила з нано-додатками.