Просмотры: 134 Автор: Редактор сайта Публикайте время: 2025-08-27 Происхождение: Сайт
Контент меню
● Введение
● Понимание систем доставки охлаждающей жидкости
● Влияние на целостность поверхности
● Жизнь инструмента и эффективность охлаждающей жидкости
● Практические соображения для реализации
● Соображения окружающей среды и безопасности
● Q & A.
● Ссылки
В производстве, особенно для таких отраслей, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская устройства, достижение высококачественной целостности поверхности имеет решающее значение для производительности компонентов и долговечности. Поверхностная целостность - покрытие таких аспектов, как шероховатость поверхности, остаточные напряжения и микроструктурные изменения - направленно влияет на усталостную жизнь, коррозионную стойкость и точность размеров. Ключевым фактором в оптимизации этих результатов является система доставки охлаждающей жидкости, используемая во время обработка . Два широко используемых метода, через охлаждающие жидкости (TSC) и внешняя охлаждающая жидкость, предлагают четкие подходы к управлению теплом и трениями в зоне резания. Эта статья содержит подробное сравнение TSC и внешней охлаждающей жидкости, сосредоточенного на их влиянии на целостность поверхности, срок службы инструмента и эффективность работы. Опираясь на недавние исследования от Semantic Scholar и Google Scholar, мы стремимся снабдить инженеров -производителей практической идеей для выбора правильной системы охлаждающей жидкости для конкретных применений. Посредством реальных примеров и экспериментальных данных мы рассмотрим сильные стороны и проблемы каждого метода в разговорном, ориентированном на инженерном тоне.
Решение между TSC и охлаждением наводнений зависит от свойств материала, процессов обработки и производственных целей. TSC обеспечивает охлаждающую жидкость высокого давления непосредственно через шпиндель и инструмент, нацеленная на интерфейс резки с точностью. Напротив, внешняя охлаждающая жидкость наводнения заполняет заготовку постоянным потоком жидкости, охлаждения и широко смазки. Обе системы имеют уникальные преимущества, но их эффективность варьируется в зависимости от того, обрабатываете ли вы сложные материалы, такие как титан или композиты, такие как CFRP. Этот анализ разрушит, как каждая система влияет на качество поверхности, износ инструментов и экологические соображения, поддерживаемые выводами журнала и тематическими исследованиями отраслевых исследований.
Системы TSC толкают охлаждающую жидкость при высоком давлении - часто от 70 до 1000 бар - через шпиндель и режущего инструмента, доставляя ее непосредственно в зону резки. Этот сфокусированный подход уменьшает наращивание тепла и улучшает эвакуацию чипа, что делает его идеальным для глубокого бурения, фрезерования или переворачивания твердых материалов, таких как сплавы «Несвоение» или «Титановые сплавы». Самолет высокого давления сводит к минимуму трение и тепловые повреждения, повышая качество поверхности и срок службы инструмента.
Пример 1: Обработка лезвий аэрокосмической турбины Исследование по поводу поворота TI-5553, титанового сплава, используемого в аэрокосмической промышленности, показало TSC при уменьшении износа инструментов на 80 бар на 25% по сравнению с охлаждением наводнений. Шероховатость поверхности улучшилась с 1,2 мкм до 0,95 мкм, так как термическое размягчение охлаждающей жидкости высокого давления и сохранившаяся подземная твердость, критическая для долговечности турбинного лезвия.
Пример 2: Автомобильная шестерня. Перережение изготовителя передач изделия из закаленного AISI 4340 Сталь приняла TSC на 100 бар. Система усилила эвакуацию чипов, уменьшая дефекты поверхности от повторного выреза. Шероховатость поверхности упала на 18%, а срок службы инструмента увеличился на 35%, как отмечено в тематическом исследовании LNS North America.
Системы охлаждающей жидкости наводнения используют форсунки с низким давлением (2-5 бар) для купания заготовки в охлаждающей жидкости, охлаждая инструмент и чипсы промывки по обширной области. Несмотря на то, что охлаждение наводнений является менее точным, чем TSC, является простым и экономически эффективным, что делает его обычным явлением в обработке общего назначения.
Пример 1: Исследование фрезерного производства из углеродной стали на фрезеровании углеродистой стали SA516 сравнивало охлаждение наводнений с методами сухого и минимального количества смазки (MQL). Охлаждение наводнения уменьшило остаточные напряжения до 150 МПа (против 230 МПа для сухой обработки) из -за равномерного рассеяния тепла. Однако шероховатость поверхности была немного выше (RA 1,4 мкм против 1,2 мкм для MQL) из-за менее эффективной смазки на границе раздела инструментария.
Пример 2: Обработка медицинских имплантатов. Производитель медицинского устройства использовал охлаждение наводнений для имплантатов из нержавеющей стали, чтобы поддерживать точность размеров. Широкое покрытие охлаждающей жидкости предотвращало тепловые искажения, достигнув RA 0,85 мкм. Тем не менее, высокие объемы охлаждающей жидкости повышают затраты на утилизацию, что вызвало исследование TSC для критических компонентов.
Шероховатость поверхности, измеренная как РА, является ключевым показателем качества поверхности. Доставка высокого давления TSC уменьшает трение на границе интерфейса инструментов, производя более плавные поверхности, особенно при высокоскоростной обработке. Охлаждение наводнения, хотя и эффективно для охлаждения, может привести к более высокой шероховатости из -за непоследовательной смазки.
Тематическое исследование: измельчение титанового сплава при фрезеровании TI-5553, TSC при 80 бар достиг RA 0,9 мкм по сравнению с 1,25 мкм с охлаждением наводнений, улучшение на 28%. Самолет высокого давления уменьшал адгезию чипа и износ инструмента, обеспечивая постоянное качество поверхности при более высоких скоростях резки.
Тема исследования: Inconel 718 Поворот, UnceLEL 718 с TSC при 70 бар, приводил к RA 0,65 мкм по сравнению с 1,05 мкм с охлаждением наводнений. Проникновение охлаждающей жидкости к грабежной поверхности уменьшило тепловые эффекты и улучшил поток чипа, усиливая отделку поверхности.
Остаточные напряжения влияют на усталостную жизнь и стабильность размерных. Целевое охлаждение TSC сводит к минимуму тепловые градиенты, уменьшая растягивающие напряжения. Более широкое применение охлаждения наводнения может вызвать неравномерное охлаждение, иногда увеличивая стрессы.
Пример: обработка сплавов на основе никеля При обработке INCONEL 718, TSC снизил остаточные напряжения на растяжение на 32% (200 МПа против 295 МПа для охлаждения наводнения). Охлаждающая жидкость высокого давления ограничивала проникновение тепла, сохраняя сжимающие напряжения, которые улучшают устойчивость к усталости.
Пример: композиты CFRP наводнили охлаждение охлаждающей жидкостью на овощной охлаждении (Cindolube V30ML) на композитах CFRP минимизировали поглощение влаги и поддерживая прочность на сдвиг. Однако охлаждающие жидкости на водной основе увеличивают остаточные напряжения из-за деградации матрицы.
Чрезмерное тепло во время обработки может изменить микроструктуру заготовки, влияя на твердость и усталостные свойства. Локализованное охлаждение TSC ограничивает эти изменения, в то время как более низкое давление охлаждения наводнений может позволить более глубокое проникновение тепла.
Пример: бурение титанового сплава, бурение TI/CFRP/TI Laminates с криогенным TSC (CO2) снижает подземные микроструктурные изменения на 18%, поддерживая твердость при 355 HV по сравнению с 325 HV с охлаждением наводнений. Криогенная охлаждающая жидкость эффективно рассеивала тепло в зоне резки.
Износ инструмента повышает затраты и ставит компромисс поверхности. Поставка высокого давления TSC охлаждает и смазывает границу раздела инструментальных чипов, снижая износ, в то время как более низкое давление охлаждения наводнений менее эффективно в условиях высокотемпературных.
Пример: высокоскоростная стальная обработка. Производитель инструментов Обработка закаленная сталь с TSC (100 бар) увеличилась в срок службы инструмента на 42% по сравнению с охлаждением наводнений. Процессанная стружка охлаждающей жидкости и уменьшенный тепловой удар, сводя к минимуму износ фланга.
Пример: суперслюдное срок, поворачивающее несворите, срок службы срока службы инструмента на 70 бар на 38%, так как охлаждающая жидкость уменьшала адгезию и истирание на граблейной поверхности инструмента по сравнению с охлаждением наводнений.
TSC использует меньше охлаждающей жидкости, чем системы наводнения, повышение эффективности и сокращения затрат. Тем не менее, TSC требует специализированного оборудования, увеличивая первоначальные инвестиции.
Пример: Производство автомобильных компонентов. Поставщик поставщика автомобильного поставщика сокращает использование охлаждающей жидкости на 65% с TSC (50 бар), экономя 12 000 долларов в год по сравнению с охлаждением наводнений, как сообщает MC Machinery Systems.
TSC требует насосов высокого давления, специализированных шпинделей и инструментов с внутренними каналами, что увеличивает расходы до 30 000-50 000 долларов. Системы охлаждения наводнения, использующие стандартные сопели и насосы, стоят от 5000 до 10 000 долларов, что делает их более доступными для небольших магазинов.
Пример: мелкий производитель Небольшой магазин выбрал охлаждение наводнений для его низкой стоимости и универсальности. Проблемы качества поверхности в точных частях позже оправдали инвестиции в TSC для высокоценных рабочих мест.
TSC сияет в обработке твердых материалов, таких как титан и суперсплавы, в то время как охлаждение наводнения подходит для более мягких материалов или композитов, чувствительных к самолетам высокого давления.
Пример: обработка CFRP на основе овощных наводнений предотвратило расслоение в CFRP, в отличие от самолетов высокого давления TSC, которые рискуют составными повреждениями, но преуспели в применении металлов.
Высокий объем охлаждающей жидкости подводного охлаждения вызывает проблемы утилизации и загрязнения. TSC и MQL уменьшают использование охлаждающей жидкости, поддерживая устойчивое производство.
Пример: Инициатива по устойчивой обработке. Производитель переключился на TSC, разрезая отходы охлаждающей жидкости на 75% и соблюдение более строгих экологических норм, как задокументировано Debnath et al.
Системы высокого давления TSC требуют гарантий для предотвращения утечек или травм. Туман охлаждения наводнения может представлять респираторные риски без надлежащей вентиляции.
Пример: обновление безопасности Установка приняла TSC с автоматическим управлением давлением, снижение воздействия утечек оператора и повышения безопасности, согласно LNS North America.
Аэрокосмическая фирма, измельчающая TI-6AL-4V с TSC (100 бар), снизила шероховатость поверхности на 22% и износ инструмента на 32%, улучшая усталостную срок службы турбинного лезвия по сравнению с охлаждением наводнений.
Автомобильный поставщик с использованием охлаждения наводнений для стальных передач столкнулся с высокими затратами на утилизацию. Переключение на TSC снижение затрат на 55% и улучшение поверхностной отделки для более жестких допусков.
Производитель использовал охлаждение наводнений для имплантатов из нержавеющей стали, достигая RA 0,85 мкм. TSC для критических частей снижал RA до 0,6 мкм, повышая биосовместимость и снижение этапов отделки.
Выбор между сквозной охлаждающей жидкостью (TSC) и внешними системами охлаждающей жидкости является стратегическим решением для инженеров-производителей, сосредоточенных на целостности поверхности. Целевая доставка TSC от TSC превосходна в снижении шероховатости поверхности, остаточных напряжений и износа инструментов, особенно для сложных материалов, таких как титан и суперсплавы, как показано в исследованиях Kaynak et al. и Tamil Alagan et al. Его точность повышает эвакуацию чипа и сводит к минимуму тепловые повреждения, повышая качество поверхности и срок службы инструмента. Тем не менее, высокие затраты на установку ограничивают его использование в небольших операциях. Охлаждение наводнения, с его простотой и более низкой стоимостью, подходит для общего назначения обработка и композиты, такие как CFRP, о чем свидетельствуют Turner et al. Экологические проблемы предпочитают TSC из -за более низкого использования охлаждающей жидкости, соответствующей целям устойчивости. Инженеры должны сбалансировать материалы, масштаб производства и экологические приоритеты. Будущие инновации, такие как гибридные системы Cryo-MQL, могут сочетать точность TSC с универсальностью охлаждения наводнения, предлагая новые пути для оптимизации целостности поверхности.
Q1: Как TSC улучшает шероховатость поверхности в титановых сплавах по сравнению с охлаждением наводнений?
A: TSC снижает шероховатость поверхности на 20-28% в титановых сплавах, минимизируя адгезию чипа и тепловые эффекты, как показано на фрезеровании TI-5553 (RA 0,9 мкм против 1,25 мкм для наводнения).
Q2: Каковы различия затрат между TSC и системами охлаждения наводнений?
О: Настройка TSC стоит от 30 000 до 50 000 долларов, а охлаждение наводнений стоит от 5000 до 10 000 долларов. TSC может сэкономить 50-65% на затраты на охлаждающую жидкость, как видно в автомобильных тематических исследованиях.
Q3: Можно ли использовать TSC для композитов CFRP?
A: Самолеты высокого давления TSC рискуют расслаиваться в CFRP. Охлаждение наводнения жидкостями на основе овощей предпочтительнее сохранить композитную целостность, на Turner et al.
Q4: Как TSC влияет на срок службы инструмента в обработке суперплагии?
A: TSC продлевает срок службы инструмента на 35-42% в суперсплаве, таких как Inconel 718, путем снижения износа посредством эффективного охлаждения и эвакуации чипа, как обнаружено Tamil Alagan et al.
Q5: Какие экологические преимущества предлагает TSC по сравнению с наводнением?
A: TSC сокращает использование охлаждающей жидкости до 75%, снижая затраты на утилизацию и воздействие на окружающую среду, соответствует устойчивой практике, Pers Debnath et al.
Название: Влияние методов доставки охлаждающей жидкости на сокращение производительности в фрезеровании Inconel 718
: Международный журнал передового производства
Journal
.
Методы: измерения температуры инфракрасной термографии и анализ износа инструмента.
Цитация: Liu et al., 2021, с. 1375–1394
URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-021-xxxx-x
Название: Недавний прогресс и эволюция использования охлаждающей жидкости в обычных процессах обработки
Журнал: Журнал производственных процессов (открытый доступ через PMC)
Дата публикации: 2021-10-24
Основные результаты: охлаждение наводнений Улучшенная шероховатость поверхности и срок службы инструмента над сухой обработкой; Охлаждающая жидкость высокого давления превзошла наводнение в бурении титанового сплава.
Методы: сравнительные эксперименты в условиях сухого, наводнения, MQL и высокого давления.
Цитация: Sankar and Choudhury, 2021, с. 26–28
URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc8542508/
Название: Экспериментальная оценка и анализ целостности поверхности цилиндрическом шлифовании
.
криогенных охлаждающих жидкостей
в
Методы: шероховатость поверхности, профилирование микрогарности и измерение остаточного напряжения на карбурсированной стали.
Цитация: Fernández-Pradas et al., 2021, с. 1–16
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-021-00225-
Через охлаждающую жидкость
https://en.wikipedia.org/wiki/through-spindle_cooling
Охлаждающая жидкость
