Hoe Optimaliseer je de Nozzlepositie bij MQL-bewerking voor Verbeterde Koeling en Smering?

Het gebruik van snijvloeistoffen in verspaningsprocessen brengt verschillende nadelen met zich mee. Allereerst verhoogt het hoge energieverbruik de kosten van de productie van componenten. Ten tweede hindert het opspatten van snijvloeistof de observatie en controle van het bewerkingsgebied door de werkers. Snijvloeistoffen hebben bovendien een grotere impact op het milieu en de gezondheid van de arbeiders, terwijl waterige snijvloeistoffen de veroudering en zelfs corrosie van de machine gereedschappen kunnen veroorzaken. In dit opzicht wordt de implementatie van groene bewerkingstechnieken, zoals MQL (Minimum Quantity Lubrication), steeds relevanter.

Uit onderzoek van Tawakoli et al. bleek dat de afstand van de nozzle essentieel is voor het verbeteren van de penetratie van de oliedamp. Comaro gedetailleerde hoe factoren zoals de relatieve kromming, de nozzle-diameter, de afstand van de nozzle tot het oppervlak en het Reynolds-getal de stromingsstructuur van de straal beïnvloeden. Mulyadi et al. verduidelijkte dat de rotatiesnelheid van de spil de gevoeligheid van de nozzle-locatie beïnvloedt, wat de prestaties van de bewerking verbetert en de levensduur van het gereedschap met 50% verlengt. Yan et al. ontdekte dat een relatieve nozzle-feedpositie van 120°, een verhogingshoek van 60° en een afstand van 20 mm tussen de nozzle en de snijzone de levensduur van het gereedschap verlengde en de oppervlakteruwheid verminderde. Bij MQL-bewerking draagt de juiste plaatsing van de nozzle bij aan de efficiënte levering en infiltratie van de snijvloeistof, wat resulteert in een goede oppervlaktekwaliteit van het werkstuk.

De effecten van de rotatiesnelheid van de freeskop, de spiraalhoek van de freeskop, de grootte van de holte en de holtevorm op het luchtstroomveld rondom de freeskop werden geanalyseerd om de optimale nozzlepositie te bepalen. Dit resulteerde in een betere benutting van de smeervloeistofdruppels in de contactzone tussen de freeskop en het werkstuk. De parameters die uit de simulaties voortkwamen, werden gevalideerd door orthogonale experimenten uit te voeren op vierkante holtefrezen van 7050 luchtvaartaluminiumlegering.

Het freesproces creëert luchtstromingen rond de freeskop, die een luchtbarrière vormen, waardoor de toegang van snijvloeistof tot de snijzone belemmerd wordt. Het hoogste luchtsnelheid bevindt zich dicht bij de freeskop en neemt af naarmate de afstand toeneemt. Dit creëert een gesloten “ring”-zone die de invoer van de smeervloeistof in de snijzone verhindert. Dit hindert het effectieve bereiken van de snijoppervlakken van de freeskop en het werkstuk, wat de koeling en smering van de snijvloeistof bemoeilijkt. De aanwezigheid van het werkstuk veroorzaakt een terugstroom van de luchtstroom, wat ook de toegang van de smeervloeistof belemmert.

De doelafstand, gedefinieerd als de afstand van de nozzle tot de punt van de freeskop, heeft de grootste invloed op de bewerkingsprestaties. De hoek van inval tussen de nozzle en de voederrichting van het gereedschap en de elevatiehoek van de nozzle zijn de volgende belangrijkste factoren die de prestaties beïnvloeden. De hoek die tussen de nozzle en het bovenste oppervlak van het werkstuk wordt gevormd, bepaalt de elevatiehoek. Deze parameters moeten zorgvuldig worden aangepast om de effectiviteit van MQL in frezen te verbeteren.

Hoe beïnvloedt de slijpbaarheid van legeringen de productkwaliteit en efficiëntie?

De slijpbaarheid van metalen en legeringen is van cruciaal belang voor het behalen van hoge prestaties en optimale oppervlaktekwaliteit tijdens verspaningsprocessen. Titaniumlegeringen, nikkelgebaseerde legeringen en hogesterkte staal vereisen elk specifieke benaderingen van slijpen vanwege hun unieke fysische eigenschappen en respons op thermische belasting. De slijpbaarheid van deze materialen wordt beïnvloed door een aantal factoren, waaronder de wrijvingscoëfficiënt, de slijpsnelheid, de temperatuurontwikkeling en de integriteit van het gereedschapsoppervlak.

In het geval van titaniumlegeringen, die bekend staan om hun lage dichtheid en hoge sterkte, is de wrijvingscoëfficiënt cruciaal voor het beheersen van de warmteontwikkeling tijdens het slijpen. Een hogere wrijvingscoëfficiënt leidt vaak tot een grotere slijptemperatuur, wat kan resulteren in beschadigingen aan het oppervlak van het werkstuk, zoals krassen of vervorming van de structuur. Dit is een van de redenen waarom het gebruik van geavanceerde koel- en smeermethoden zoals micro-lubricatie van belang is bij het slijpen van titanium.

Nikkelgebaseerde legeringen, veel gebruikt in de luchtvaartindustrie, vertonen ook een hoge slijpweerstand door hun taaie aard. De slijpbaarheid van deze materialen hangt sterk af van de slijpsnelheid en de interactie tussen het slijpgereedschap en het werkstuk. Het beheer van de slijptemperatuur is essentieel om de vorming van ongewenste slijpmicrostructuren te voorkomen, die kunnen leiden tot verlies van materiaaleigenschappen en verminderde prestaties.

Hogesterkte staal, dat vaak wordt gebruikt in de automobielindustrie en andere toepassingen waarbij structurele integriteit van groot belang is, vertoont ook unieke slijpeigenschappen. De slijpweerstand is relatief hoog, wat resulteert in grotere krachten tijdens het slijpen. Dit kan leiden tot een verhoogde belasting op het gereedschap en meer slijtage van het slijpschijf, wat op zijn beurt de efficiëntie van het proces beïnvloedt. Het beheren van de warmteontwikkeling bij het slijpen van hogesterkte staal is een andere belangrijke factor, omdat overmatige warmte kan leiden tot thermische spanningen en voortijdige falen van het gereedschap.

De vorming van slijpafval, ook wel debris genoemd, speelt een sleutelrol in de slijpbaarheid van alle bovenstaande materialen. De morfologie van het afval, oftewel de vorm en grootte van de deeltjes die tijdens het slijpproces ontstaan, beïnvloedt de mate van wrijving en de impact op het werkstuk. Het analyseren van de morfologie van het slijpafval biedt inzicht in de effectiviteit van het slijpproces en kan helpen bij het aanpassen van parameters zoals de snijsnelheid en de slijpmiddelen om de gewenste afwerkingskwaliteit te behalen.

De integriteit van het oppervlak van het werkstuk na het slijpen is een andere belangrijke factor die niet over het hoofd gezien mag worden. Oppervlaktebeschadigingen zoals krassen of thermische verharding kunnen de materiaaleigenschappen beïnvloeden en leiden tot prestatieverlies in latere stadia van de productie. Het is daarom van essentieel belang om een zorgvuldig beheerde slijpstrategie toe te passen, waarbij de temperatuursverdeling en de kracht die op het werkstuk wordt uitgeoefend, in evenwicht worden gehouden.

Wat nog belangrijk is om te begrijpen is dat de keuze van het slijpmiddel, het koelmiddel en de slijptechniek, zoals het gebruik van gesuperponeerde technieken zoals laserassistentie of ultrasone vibratie, een aanzienlijke invloed heeft op de prestaties en de resultaten van het slijpproces. Het correct afstemmen van deze factoren kan niet alleen de slijpbaarheid van een materiaal verbeteren, maar ook de levensduur van het gereedschap verlengen en de operationele kosten reduceren. Het volledige slijpproces vereist een holistische benadering waarbij verschillende parameters zorgvuldig worden geoptimaliseerd voor een efficiënte en kwalitatieve productie.