De diepte van snijden bij ultrasoon vibratie-geassisteerd snijden van soda-lime glas was zeven keer groter dan bij conventioneel snijden, wat de technische haalbaarheid van deze methode voor het snijden in de plastische modus van bros materialen aantoont. Het onderzoek van Nath et al. [191] naar de bewerkbaarheid van polycristallijn diamant (PCD) gereedschappen voor wolfraamcarbide met behulp van een 40 kHz twee-dimensionaal ultrasoon bewerkingsysteem liet zien dat het optimaliseren van snijparameters de plastische snijprestaties van wolfraamcarbide verbetert. Zhang et al. [192] onderzochten de levensvatbaarheid van de elliptische vibratiesnijdingstechnologie voor ultra-precisie bewerking van monokristallijn silicium. Zij ontdekten dat de verminderde snijkrachten en de minimale onbewerkte snijplaten in de elliptische vibratiesnijding effectief de voortplanting van scheuren voorkwamen.

Zhang et al. [193, 194] stelden een gemodificeerd model voor op basis van energieverbruik door elastische vervorming tijdens de vibratiecyclus om de kritische limiet voor ductiele modebewerkingen te voorspellen bij vibratie-geassisteerd snijden van bros materialen. Hun experimenten toonden aan dat het verminderen van de vibratie-amplitude de diepte van het plastische gebied vergrootte. Li et al. [195] onderzochten de kritische snijdiepte van siliciumcarbide enkelkristallen met ultrasone vibratie en toonden aan dat ultrasone assistentie de kritische snijdiepte voor siliciumcarbide verhoogt. Zhang et al. [196] toonden aan dat ultrasoon vibratie-geassisteerd snijden uitstekende snijprestaties levert in de plastische modus van siliciumcarbide.

Bij de bewerking van harde en bros materialen met enkelpunt diamantgereedschappen treden echter vaak oppervlakkige scheuren en gereedschapsbeschadigingen op door het afbreken van het gereedschap. Gereedschapsverslijt, degradatie van de oppervlaktelijnen en hoge bewerkingskosten vormen aanzienlijke obstakels voor de bredere toepassing van ultrasoon vibratie-geassisteerd snijden voor harde en bros materialen [197-199]. Yan et al. [200] introduceerden nano-lubricanten in enkelpunt diamantdraaien van siliciumcarbide, wat leidde tot significante verminderingen van gereedschapsverslijt en verbeteringen in de oppervlaktestructuur. Deze bevindingen tonen aan dat geschikte smering de levensduur van gereedschappen verlengt en de oppervlakte-integriteit verbetert. Nano-koperdeeltjesvet met een massafractie van 10% leverde de hoogste oppervlaktekwaliteit en minimale gereedschapsverslijt.

De uitdagingen bij diamantbewerking van superharde materialen zoals wolfraamcarbide en siliciumcarbide kunnen in twee hoofdzaken worden onderverdeeld. Ten eerste, onzekerheden in de bewerking, zoals snelle gereedschapsverslijt en een zeer kleine kritische snijdiepte, leiden tot een slechte controle in nano-schaalverwerking en onduidelijke koelmiddeleffecten, inclusief de interfaciale fenomenen en werkingsmechanismen van smeermiddelen tussen het gereedschap, het werkstuk en de spanen. Ten tweede is het essentieel om de krachten tussen het gereedschap, het werkstuk en de spanen te analyseren om hun rol in het veroorzaken van dislocaties en faseovergangen binnen de bros- of plastische vervormingsbereiken te begrijpen. Het aanpakken van deze uitdagingen is van cruciaal belang voor het bevorderen van het begrip van de bros-plastische overgang in wolfraamcarbide en siliciumcarbide [202, 203].

Wolfraamlegeringen worden veel gebruikt in de medische sector, instrumentatie en verschillende andere industrieën, maar hun interne kristalstructuur vormt aanzienlijke uitdagingen bij het verkrijgen van hoogwaardige oppervlakte-afwerkingen. Guo et al. [204] voerden chemisch-mechanische polijstmachines uit op W–Ni–Fe legeringen en introduceerden een model dat de vorming van korrelgrensstappen beschrijft. Het model verduidelijkt de invloed van mechanische en chemische acties op de oppervlakteruwheid en materiaalverwijderingssnelheden. Hun bevindingen wijzen erop dat korrelgrensstappen voornamelijk de ruwheid van gepolijste oppervlakken bepalen, en het voorgestelde model voorspelt nauwkeurig de variaties in de hoogte van deze stappen als functie van de polijsttijd.

Een nieuwe benadering, de lokaal vibratie-geassisteerde magnetische abrasieve polijstmethode (VAMAP), werd ontwikkeld om de oppervlaktekwaliteit te verbeteren terwijl de microkenmerken behouden blijven. Deze techniek bereikte een oppervlakteruwheid van ongeveer 1,6 nm en verwijderde oppervlaktedefecten [205]. Verder werd een op KOH gebaseerde silica-slurry, aangevuld met grafietoxide (GO)-nanosheets, geformuleerd voor de polijsten van LiNbO3 op bijna-atomair niveau. Deze slurry verbetert de dispergeerbaarheid en stabiliteit van KOH-gebaseerde silica, wat resulteert in een ultravlakke oppervlaktestructuur met een Sa-waarde van minder dan 0,15 nm [206].

In de praktijk blijkt dat de verwerking van superharde materialen zoals wolfraamcarbide en siliciumcarbide aanzienlijke technologische en economische obstakels met zich meebrengt. Hoewel ultrasone vibratiesystemen en geavanceerde polijstechnieken veelbelovend zijn, blijft de lange levensduur van gereedschappen, het beheersen van de vibratieparameters en het vermijden van schade aan het materiaal een groot probleem. Het afstemmen van smeermiddelen en het verbeteren van de controle over het bewerkingsproces kunnen de toepassing van deze technologieën verbeteren, maar ze zullen pas echt effectief worden wanneer ze worden geïntegreerd in geavanceerde productieomgevingen met nauwkeurige procesbeheersing en op maat gemaakte gereedschappen.

Wat zijn de uitdagingen van plantaardige olie als smeermiddel en hoe kunnen we ze overwinnen?

Plantaardige olie wordt steeds vaker gebruikt als alternatief voor minerale olie in smeermiddelen, voornamelijk vanwege de milieuvriendelijkheid en de hernieuwbare aard van de grondstoffen. Toch heeft plantaardige olie verschillende eigenschappen die haar prestaties in zware industriële toepassingen kunnen beperken. De belangrijkste uitdaging is de neiging van plantaardige olie om snel te oxideren en haar onvoldoende extreme drukprestaties. Dit leidt tot verhoogde slijtage en inefficiëntie in toepassingen die hoge belastingen en temperaturen vereisen. Daarom zijn methoden zoals chemische modificatie en het toevoegen van additieven onderzocht om deze nadelen te verhelpen.

Het autoxideren van plantaardige olie is een proces waarbij de structuur van de vetzuurmoleculen afbreekt, wat leidt tot een verhoogd peroxideniveau, vooral bij hoge temperaturen. Peroxiden bieden enige bescherming tegen slijtage, maar hun effectiviteit is beperkt. In onderzoek is aangetoond dat de toevoeging van 2,5% hydroperoxide de slijtage met ongeveer 40% vermindert vergeleken met pure plantaardige olie onder hoge belastingen van 75–95 kg. Bij extreme druk (126 kg) stijgt de wrijvingscoëfficiënt van plantaardige olie met ongeveer 20–107% vergeleken met minerale olie. Hoewel dergelijke verbeteringen zichtbaar zijn, voldoet de oxidatiestabiliteit van plantaardige olie nog niet volledig aan de vereisten van sommige industriële toepassingen.

Een andere benadering is de modificatie van plantaardige olie door het gebruik van esters, zoals pentaerythritol esters die uit koolzaadolie worden gewonnen. Het blijkt dat de oxidatietemperatuur van deze esters 236 °C is, wat hen geschikt maakt voor hoge-temperatuursmering. Het transesterificatieproces wordt sterk beïnvloed door het type plantaardige olie dat wordt gebruikt, waarbij oliën rijk aan enkelvoudig onverzadigde vetzuren, zoals koolzaadolie, bijzonder geschikt zijn voor de formulering van smeermiddelen voor hoge temperaturen. De epoxidatie van plantaardige olie leidt tot de introductie van zijketens via isomerisatie, wat de antioxidantcapaciteit verhoogt, het stroompunt verlaagt en de anti-slijtage-eigenschappen verbetert. Echter, naarmate de lengte van de zijketen toeneemt, vermindert de oxidatiestabiliteit.

Nanodeeltjes worden steeds meer onderzocht als additieven om de prestaties van plantaardige olie te verbeteren. In tegenstelling tot traditionele additieven op basis van zwavel, fosfor of chloor, bieden nanodeeltjes een milieuvriendelijker alternatief. De voordelen van nanodeeltjes in plantaardige olie zijn zichtbaar in verschillende gebieden, zoals snijkracht, snittemperatuur, gereedschapsduur en oppervlaktekwaliteit. Specifiek blijkt uit onderzoek dat plantaardige olie met nanodeeltjes de snijkracht, snittemperatuur, gereedschapsverslijtage en oppervlakteruwheid vermindert met respectievelijk 19,2–33,8%, 21%, 20–36% en 25–30%.

Ondanks de vooruitgang die is geboekt in de prestaties van plantaardige olie-gebaseerde snijvloeistoffen, blijven er enkele belangrijke uitdagingen bestaan. Er is bijvoorbeeld nog geen ideale verhouding vastgesteld van verschillende plantaardige oliën die een optimale combinatie van oxidatiestabiliteit en extreme druk-eigenschappen biedt. Het combineren van de fysieke en chemische eigenschappen van verschillende plantaardige oliën biedt een veelbelovende strategie, maar het is nog onduidelijk welke verhoudingen het beste resultaat opleveren. Daarnaast kan de combinatie van modificatie van plantaardige oliën en de toevoeging van antioxidanten de oxidatiestabiliteit verder verbeteren. Er is ook veel potentieel in de toepassing van nanovloeistoffen, die de smering en koeling van plantaardige olie-gebaseerde snijvloeistoffen aanzienlijk kunnen verbeteren, hoewel de fysische en chemische eigenschappen van nanovloeistoffen en de complexe relaties tussen procesparameters nog niet volledig begrepen zijn.

In de toekomst zal onderzoek zich waarschijnlijk richten op het verbeteren van de prestaties van plantaardige olie-gebaseerde smeermiddelen door de combinatie van verschillende plantaardige oliën, de toevoeging van antioxidanten en het gebruik van nanodeeltjes. Er is veel potentieel om de duurzaamheid van de smeermiddelen verder te verbeteren, maar er moeten nog veel technische en wetenschappelijke vragen worden beantwoord om deze oplossingen op grotere schaal toe te passen.

Wat zijn de belangrijkste cyberbeveiligingsstrategieën voor IoT en hoe kunnen ze de bescherming verbeteren?
Hoe kan men de hoeveelheid straling die een patiënt ontvangt tijdens een diagnostisch beeldvormingsonderzoek bepalen?
Hoe Beïnvloedt de Kristalstructuur van Fe3O4 de Uranium Extractie Efficiëntie in Zeewater?
Hoe Kunstmatige Intelligentie Dierlijke Emoties Herkent: Modellen en Toepassingen
Hoe Voter Suppression en Immigratiebeperkingen de Democratie en Mensenrechten in de VS Uithollen