Zobraziť: 134 Autor: Editor stránok Publikovať Čas: 2025-08-27 Pôvod: Miesto
Ponuka obsahu
● Pochopenie systémov dodávky chladiacej kvapaliny
● Životnosť nástroja a efektívnosť chladiacej kvapaliny
● Praktické úvahy o vykonávaní
● Úvahy o životnom prostredí a bezpečnosti
● Záver
● Otázky a
● Odkazy
Vo výrobe, najmä pre priemyselné odvetvia, ako je letecké, automobilové a zdravotnícke pomôcky, je dosiahnutie vysokokvalitnej povrchovej integrity rozhodujúce pre výkon a dlhovekosť komponentov. Integrita povrchu - pokrývajúce aspekty, ako je drsnosť povrchu, zvyškové napätia a mikroštruktúrne zmeny - smerujú k únavovej životnosti, odolnosti proti korózii a rozmernej presnosti. Kľúčovým faktorom pri optimalizácii týchto výsledkov je systém dodávky chladiacej kvapaliny používaný počas obrábanie . Dve široko používané metódy, chladiaca kvapalina v priebehu otáčania (TSC) a vonkajšia povodňová chladivo, ponúkajú zreteľné prístupy k riadeniu tepla a trenia v odrezkovej zóne. Tento článok poskytuje podrobné porovnanie TSC a vonkajšieho povodňového chladiaceho kvapaliny so zameraním na ich účinky na integritu povrchu, životnosť nástroja a prevádzkovú efektívnosť. Naším cieľom je, že z nedávneho výskumu sémantického učenca a Google Scholar sa snažíme vybaviť výrobné inžinierov praktickými poznatkami na výber správneho systému chladiacej kvapaliny pre konkrétne aplikácie. Prostredníctvom príkladov v reálnom svete a experimentálnych údajoch preskúmame silné a výzvy každej metódy v konverzačnom tóne zameranom na inžinierov.
Rozhodnutie medzi TSC a povodňovými chladiacimi závesmi na materiálových vlastnostiach, procesoch obrábania a výrobných cieľov. TSC poskytuje vysokotlakový chladivo priamo cez vreteno a nástroj, ktorý s presnosťou zacieľuje na rozbalenie rezania. Naopak, vonkajšia povodňová chladivá zaplavuje obrobok stabilným prúdom tekutiny, chladením a mazaním široko. Oba systémy majú jedinečné výhody, ale ich účinnosť sa líši v závislosti od toho, či obrátite tvrdé materiály, ako je titán alebo kompozity, ako je CFRP. Táto analýza rozdelí, ako každý systém ovplyvňuje kvalitu povrchu, opotrebenie nástrojov a environmentálne úvahy, podporované zisteniami časopisov a priemyselných prípadových štúdií.
Systémy TSC tlačia chladničnú kvapalinu pri vysokom tlaku - často 70 až 1 000 bar - prostredníctvom nástroja na stroj vretena a rezanie, ktoré ju dodávajú priamo do odrezkovej zóny. Tento zameraný prístup znižuje nahromadenie tepla a zlepšuje evakuáciu čipov, vďaka čomu je ideálny na vŕtanie, mletie alebo otáčanie tvrdých materiálov, ako sú napríklad inconel alebo titánové zliatiny. Vysokotlakový prúd minimalizuje trenie a tepelné poškodenie, čím sa zvyšuje kvalita povrchu a životnosť nástroja.
Príklad 1: Letová lopatka Turbine Blade Štúdia o otočení TI-5553, zliatiny titánu používanej v leteckom priestranstve, vykazovala TSC pri 80-barovom boku boku nástroja o 25% v porovnaní s povodňovým chladením. Drsnosť povrchu sa zlepšila z RA 1,2 µm na 0,95 um, pretože vysokotlaková chladiva obmedzená tepelnou zmäkčovaním a zachovanou tvrdosťou pod povrchom, ktorá je rozhodujúca pre trvanlivosť turbínových čepelí.
Príklad 2: Automobilové prevodové frézovanie Výrobca prevodového vývodu Flegted Watted AISI 4340 oceľ prijatý TSC pri 100 baroch. Systém vylepšil evakuáciu čipov, čím sa znížilo defekty povrchu z opätovného odrezania ChIP. Drsnosť povrchu klesla o 18%a životnosť nástroja sa zvýšila o 35%, ako je uvedené v prípadovej štúdii LNS North America.
Systémy chladiaceho kvapaliny povodní používajú nízkotlakové dýzy (2-5 bar) na kúpanie obrobku v chladivo, ochladzovanie nástroja a splachovacie triesky po širokom priestore. Aj keď menej presné ako TSC, povodňové chladenie je jednoduché a nákladovo efektívne, takže je bežné pri obrábaní všeobecného procesu.
Príklad 1: Výskum mletia uhlíkovej ocele o mletí uhlíkovej ocele SA516 v porovnaní s povodňovými chladeniami s metódami mazania suchého a minimálneho množstva (MQL). Povodňové chladenie znížilo zvyškové napätie na 150 MPa (oproti 230 MPa na suché obrábanie) v dôsledku rovnomerného rozptylu tepla. Drsnosť povrchu však bola mierne vyššia (RA 1,4 µm oproti 1,2 µm pre MQL) z dôvodu menej účinného mazania na rozhraní nástrojov čip.
Príklad 2: Ovládanie lekárskeho implantátu Výrobca zdravotníckych pomôcok použilo na zachovanie rozmerovej presnosti chladenie z nehrdzavejúcej ocele. Široké pokrytie chladiacej kvapaliny zabránilo tepelnému skresleniu a dosiahlo RA 0,85 um. Vysoké objemy chladiacej kvapaliny však zvýšili náklady na likvidáciu, čo viedlo k prieskumu TSC pre kritické komponenty.
Drsnosť povrchu, meraná ako RA, je kľúčovou metrikou pre kvalitu povrchu. Vysokotlakové dodanie TSC znižuje trenie na rozhraní nástrojov s nástrojmi a vytvára plynulejšie povrchy, najmä pri vysokorýchlostnom obrábaní. Chladenie povodní, hoci je účinné na chladenie, môže viesť k vyššej drsnosti v dôsledku nekonzistentného mazania.
Prípadová štúdia: Mletie zliatiny titánu v mletí TI-5553, TSC pri 80 baroch dosiahli RA 0,9 um, v porovnaní s 1,25 um pri povodňovom chladení, čo je o 28% zlepšenie. Vysokotlakový prúd znížil adhéziu čipov a opotrebenie nástroja, čím zabezpečuje konzistentnú kvalitu povrchu pri vyšších rýchlostiach rezania.
Prípadová štúdia: Inconel 718 Otočenie otáčania Inconel 718 s TSC pri 70 baru viedlo k RA 0,65 um v porovnaní s 1,05 um pri povodňovom chladení. Prenikanie chladiacej kvapaliny do tváre hrable znížilo tepelné efekty a zlepšil prietok čipov, čím sa zvýšila povrchová úprava.
Zvyšok napätia ovplyvňuje únavovú životnosť a rozmerovú stabilitu. Cielené chladenie TSC minimalizuje tepelné gradienty, čím sa znižuje ťahové napätia. Širšia aplikácia povodňového chladenia môže spôsobiť nerovnomerné chladenie, niekedy zvyšuje stres.
Príklad: Opakovanie zliatiny založené na nikle pri obrábaní obrábania Inconel 718, TSC znížila zvyškové napätia v ťahu o 32% (200 MPa oproti 295 MPa na ochladenie povodní). Vysokotlakové chladiace kvapaliny obmedzené prenikanie tepla, ktoré zachovávajú tlakové napätia, ktoré zlepšujú odolnosť v únave.
Príklad: Kompozity CFRP povodňové chladenie s chladiacej kvapaliny na báze rastlín (Cindolube V30ML) na kompozitoch CFRP minimalizovali absorpciu vlhkosti a udržiavali šmykovú pevnosť. Povodňové chladiče na vode však zvýšili zvyškové napätia v dôsledku degradácie matrice.
Nadmerné teplo počas obrábania môže zmeniť mikroštruktúru obrobku, ktorá ovplyvňuje tvrdosť a únavové vlastnosti. Lokalizované chladiace limity TSC tieto zmeny, zatiaľ čo nižší tlak na povodňové chladenie môže umožniť hlbší prienik za tepla.
Príklad: Vŕtanie vŕtania zliatiny titánu Ti/CFRP/Ti lamináty s kryogénnym TSC (CO2) znížené podpovrchové mikroštruktúrne zmeny o 18%, čo udržiava tvrdosť pri 355 HV v porovnaní s 325 HV s povodňovým chladením. Kryogénna chladivo účinne rozptýlila teplo v rezacej zóne.
Náklady na opotrebenie nákladov a ohrozuje kvalitu povrchu. Vysokotlakové dodávky TSC Chladí a mazajú rozhranie nástroja s čipom, čím sa znižuje opotrebenie, zatiaľ čo nižší tlak na povodňové chladenie je v podmienkach vysokej teploty menej účinný.
Príklad: Vysokorýchlostné oceľové obrábanie Výrobca nástroja Oprava Vytvrdená oceľ s TSC (100 bar) zaznamenala 42% nárast životnosti nástroja v porovnaní s povodňovým chladením. Trysky chladiacej kvapaliny preplachovali triesky a znížil tepelný šok, čím minimalizoval opotrebenie boku.
Príklad: SuperAlloy Turning Turning Inconel 718 s TSC pri 70 barovej životnosti nástroja o 38%, pretože chladivo znížilo priľnavosť a opotrebenie oderu na tvári rake nástrojov v porovnaní s povodňovým chladením.
TSC používa menej chladiacej kvapaliny ako povodňové systémy, zlepšuje náklady na efektívnosť a znižovanie nákladov. TSC však vyžaduje špecializované vybavenie, čo zvyšuje počiatočné investície.
Príklad: Výroba automobilovej komponenty Automobilový dodávateľ znížilo využitie chladiacej kvapaliny o 65% s TSC (50 bar), čím sa ušetrí 12 000 dolárov ročne v porovnaní s povodňovým chladením, ako uvádza MC Machinery Systems.
TSC vyžaduje vysokotlakové čerpadlá, špecializované vretená a nástroje s internými kanálmi, čo presadzuje náklady na 30 000-50 000 dolárov. Systémy chladenia povodní, ktoré používajú štandardné dýzy a čerpadlá, stoja 5 000-10 000 dolárov, vďaka čomu sú prístupnejšie pre menšie obchody.
Príklad: Výrobca malého rozsahu Malý obchod vybral povodňové chladenie pre svoje nízke náklady a všestrannosť. Problémy s kvalitou povrchu v presných častiach neskôr opodstatovali investovanie do TSC pre pracovné miesta vysokej hodnoty.
TSC svieti v obrábaní tvrdých materiálov, ako je titán a super zliatiny, zatiaľ čo povodňové chladiace obleky sú mäkšie materiály alebo kompozity citlivé na vysokotlakové trysky.
Príklad: Ovládanie povodňových ochladzovania na základe rastlín CFRP zabránilo delaminácii v CFRP, na rozdiel od vysokotlakových trysiek TSC, ktoré riskovalo zložené poškodenie, ale vynikalo v kovových aplikáciách.
Vysoký objem objemu chladiacej kvapaliny povodne vyvoláva obavy z likvidácie a kontaminácie. TSC a MQL znižujú využitie chladiacej kvapaliny a podporujú trvalo udržateľnú výrobu.
Príklad: Iniciatíva trvalo udržateľného obrábania Výrobca prešiel na TSC, znižoval odpad z chladiacej kvapaliny o 75% a splnil prísnejšie environmentálne predpisy, ako dokumentujú Debnath et al.
Vysokotlakové systémy TSC vyžadujú záruky, aby sa zabránilo únikom alebo zraneniam. Hmla povodňového chladenia môže predstavovať riziká dýchacích ciest bez riadneho vetrania.
Príklad: Bezpečnostná inovácia zariadenia prijaté TSC s automatizovanými riadeniami tlaku, znižovaním vystavenia operátorom únikom a zlepšením bezpečnosti podľa LNS North America.
Letecká firma frézka Ti-6AL-4V s TSC (100 bar) znížila drsnosť povrchu o 22% a opotrebovanie nástroja o 32%, čím sa zlepšuje únavová životnosť čepele turbíny v porovnaní s povodňovým chladením.
Automobilový dodávateľ, ktorý využíval povodňové chladenie pre oceľové prevody, čelil vysokým nákladom na likvidáciu. Prechod na náklady na TSC o 55% a zlepšenie povrchovej úpravy pre prísnejšie tolerancie.
Výrobca používal povodňové chladenie pre implantáty z nehrdzavejúcej ocele a dosiahol RA 0,85 µm. TSC pre kritické časti znížila RA na 0,6 µm, čím sa zvýšila biokompatibilita a znižovala kroky dokončovania.
Výber medzi chladiacimi kvapalinami (TSC) a systémami externých povodňových chladiacich kvapalín je strategickým rozhodnutím pre výrobných inžinierov zameraných na integritu povrchu. Vysokotlakové, cielené dodávky spoločnosti TSC vyniká pri znižovaní drsnosti povrchu, zvyškových napätí a opotrebenia nástroja, najmä pre náročné materiály, ako sú titány a super zliatiny, ako je uvedené v štúdiách Kaynaka et al. a Tamil Alagan a kol. Jeho presnosť zvyšuje evakuáciu čipu a minimalizuje tepelné poškodenie, zvyšuje kvalitu povrchu a životnosť nástroja. Vysoké náklady na nastavenie však obmedzujú jeho použitie v menších operáciách. Povodňové chladenie, s jednoduchosťou a nižšími nákladmi, vyhovuje všeobecnému účelu obrábanie a kompozity ako CFRP, o čom svedčia Turner et al. Environmentálne obavy uprednostňujú TSC v dôsledku nižšieho využívania chladiacej kvapaliny, ktoré sú v súlade s cieľmi udržateľnosti. Inžinieri musia vyvážiť materiálne potreby, výrobný rozsah a priority životného prostredia. Budúce inovácie, ako napríklad hybridné systémy Cryo-MQL, by mohli kombinovať presnosť TSC s všestrannosťou chladenia povodní a ponúkať nové cesty na optimalizáciu integrity povrchu.
Q1: Ako TSC zlepšuje drsnosť povrchu v zliatinách titánu v porovnaní s povodňovým chladením?
A: TSC znižuje drsnosť povrchu o 20-28% v zliatinách titánu minimalizáciou adhézie ChIP a tepelných účinkov, ako je uvedené v mletí TI-5553 (RA 0,9 um oproti 1,25 µm pre povodeň).
Q2: Aké sú rozdiely v nákladoch medzi systémami TSC a povodňovými chladiacimi systémami?
Odpoveď: Nastavenie TSC stojí 30 000-50 000 dolárov, zatiaľ čo ochladenie povodní stojí 5 000-10 000 dolárov. TSC môže ušetriť 50-65% na nákladoch na chladiace kvapaliny, ako je to vidieť v prípadových štúdiách automobilov.
Q3: Dá sa TSC použiť na kompozity CFRP?
Odpoveď: Vysokotlakové trysky TSC riskujú delamináciu v CFRP. Povodňové chladenie tekutinou na báze zeleniny sa uprednostňuje, aby sa zachovala kompozitná integrita, Per Turner et al.
Otázka 4: Ako ovplyvňuje TSC život v nástroji pri obrábaní super zliatiny?
Odpoveď: TSC rozširuje životnosť nástroja o 35-42% v superlialoch, ako je Inconel 718 znížením opotrebenia účinným chladením a evakuáciou čipov, ako zistili Tamil Alagan et al.
Otázka 5: Aké environmentálne výhody ponúkajú TSC pri ochladení povodní?
Odpoveď: TSC znižuje využívanie chladiacej kvapaliny až o 75%, čím sa zníži náklady na likvidáciu a vplyv na životné prostredie, čo je v súlade s trvalo udržateľnými postupmi podľa Debnath et al.
Názov: Vplyv metód dodávania chladiacej kvapaliny na zníženie výkonnosti pri frézovaní Inconel 718
Journal: International Journal of Advanced Manufacturing Technology
Publimation Dátum: 2021
Hlavné zistenia: Znížená teplota chladiacej kvapaliny o 29% a predĺžená životnosť nástroja o 40% v porovnaní s povodňovým chladiacim látkam.
Metódy: Infračervená termografia merania teploty a analýza opotrebovania nástroja.
Citácia: Liu a kol., 2021, s. 1375–1394
URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-021-xxxx-x
Názov: Nedávny pokrok a vývoj využívania chladiacej kvapaliny v konvenčných procesoch obrábania
Journal: Journal of Výrobné procesy (otvorený prístup cez PMC)
Dátum publikácie: 2021-10-24
Hlavné zistenia: Ochladenie povodne Zlepšená drsnosť povrchu a životnosť nástroja pri suchom obrábaní; Vysokotlaková chladiva prekonala povodeň v vŕtaní zliatiny titánu.
Metódy: Porovnávacie experimenty za podmienok suchých, povodní, MQL a vysokotlakových podmienok.
Citácia: Sankar a Choudhury, 2021, s. 26–28
URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc8542508/
Názov: Experimentálne hodnotenie a analýza integrity povrchovej integrity kryogénnych chladičov v valcovitom ponorení
Journal Grinding: Vedecké správy
Dátum zverejnenia: 2021-10-24
Hlavné zistenia: LN₂+MQL zaviedli viac zvyškových stresov v tlaku a menej mikroštrukturálnych defektov ako konvenčné chladivo.
Metódy: Drsnosť povrchu, profilovanie mikrotónov a meranie zvyškového napätia na karburarizovanej oceli.
Citácia: Fernández-Pradas a kol., 2021, s. 1–16
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-021-00225-
Chladiace kvapalina
https://en.wikipedia.org/wiki/through-pindle_cooling
Chladič
