Hoe Magnetische Velden de Infiltratie en Prestaties van Nanolubricanten in de Slijpzone Beïnvloeden

In de context van slijptechnologieën is de rol van nanolubricanten in combinatie met magnetische velden essentieel voor het verbeteren van de prestaties in de slijpzone, vooral wanneer het gaat om moeilijk te bewerken materialen. Graphene, wanneer het wordt gebruikt in combinatie met Fe₃O₄ nanodeeltjes, vertoont opmerkelijke eigenschappen die de infiltratie van smeermiddelen bevorderen en tegelijkertijd de temperatuur in de slijpzone verlagen. Dit wordt bereikt door de specifieke oriëntatie en de magnetische eigenschappen van de Fe₃O₄ deeltjes, die fungeren als een effectief transportmechanisme voor het graphene. Hierdoor verbetert de infiltratie van het smeermiddel, wat bijdraagt aan een efficiënter slijpproces.

Het gebruik van graphene verhoogt ook de thermische geleidbaarheid van het smeermiddel, waardoor de hitte die zich ophoopt in de slijpzone beter wordt afgevoerd. Dit verlaagt de temperatuur tijdens het slijpen, wat niet alleen de vorming van brandplekken voorkomt, maar ook zorgt voor een gladdere oppervlakteafwerking zonder de ophoping van resten op het werkstuk. Dit fenomeen is vooral belangrijk wanneer er wordt gewerkt met materialen die gevoelig zijn voor oververhitting of oppervlaktebeschadiging, zoals bepaalde legeringen of hardmetalen.

Bovendien heeft de magnetische adsorptie van Fe₃O₄ deeltjes invloed op de restbestendigheid op het oppervlak van het werkstuk. Wanneer Fe₃O₄ nanolubricanten worden gebruikt, worden lichte residuen van het Fe-element op het oppervlak aangetroffen, wat suggereert dat de deeltjes een smeermiddelfilm kunnen vormen die de slijpzone beschermt tegen overmatige slijtage. Bij traditionele NMQL-slijpen is de hoeveelheid Fe in het residu op het werkstuk hoger dan bij MTN-slijpen, wat aantoont dat het magnetische veld de effectiviteit van de smeerfilm verbetert door bepaalde deeltjes te verwijderen.

Het gebruik van graphene in combinatie met nanolubricanten zoals Fe₃O₄ heeft ook invloed op de chemische samenstelling van het residu op het werkstuk. EDS-analyses tonen aan dat het gebruik van graphene het gehalte aan elementair koolstof verhoogt, wat wijst op de stabiliteit van de gevormde smeermiddelfilm. Dit effect wordt nog versterkt wanneer een gemengd nanolubricant wordt toegepast, wat duidt op een synergetisch effect dat het potentieel van het smeermiddel verder vergroot.

Het onderzoek naar de invloed van magnetische velden op de infiltratie en de doorstroming van smeermiddelen heeft geleid tot de ontwikkeling van een nieuw model voor de krachten die optreden tijdens het slijpen van moeilijk te bewerken materialen. Dit model houdt rekening met de mechanica van de scherpe hoek en de manier waarop het smeermiddel zich door de slijpzone beweegt, afhankelijk van de sterkte van het magnetische veld. De resultaten van de numerieke analyses tonen aan dat de snelheid van infiltratie en de stroming van het smeermiddel toenemen met de intensiteit van het magnetische veld.

Bij de toepassing van deze technologieën is het van cruciaal belang om de juiste verhouding tussen de sterkte van het magnetische veld, de eigenschappen van het smeermiddel en de slijpparameters te begrijpen. Het vermogen om de slijpkracht te verlagen door de manipulatie van magnetische velden kan aanzienlijke voordelen opleveren in termen van slijpprestaties, zoals een betere afwerking van het oppervlak en een langere levensduur van de gereedschappen. Dit kan op zijn beurt de productiviteit verbeteren en de kosten verlagen bij het werken met veeleisende materialen.

Naast de voordelen van de magnetische velden en de nanolubricanten is het belangrijk om de interactie tussen de verschillende fysische en chemische eigenschappen van de gebruikte materialen te begrijpen. De keuze van het juiste smeermiddel, de slijpparameters en de werkomstandigheden moeten zorgvuldig worden afgestemd om de optimale prestaties te bereiken. Het gebruik van een gedetailleerd model voor de slijpkracht en de smeerfilmvorming biedt waardevolle inzichten voor het verfijnen van de slijpprocessen en het verbeteren van de prestaties bij het bewerken van moeilijk te bewerken materialen.

Wat zijn de nieuwste technologieën voor het zuiveren en regenereren van snijvloeistoffen in de metaalverwerking?

De effectiviteit van gecombineerde sterilisatietechnieken, met name de synergetische combinatie van UV-straling en ozon (UV/O3), heeft aangetoond dat dit een veelbelovende aanpak is voor het elimineren van micro-organismen in snijvloeistoffen. De combinatie van UV-licht en ozon zorgt voor een significante verbetering van de steriliseringsgraad, die onder ideale omstandigheden kan oplopen tot 99,99%. Dit komt doordat de verhoogde intensiteit van de UV-straling en de concentratie ozon samenwerken om de effectiviteit van het sterilisatieproces aanzienlijk te verhogen. In vergelijking met individuele methoden zoals UV of O3, biedt de gecombineerde technologie dus aanzienlijke voordelen.

Micro-organismen die zich in snijvloeistoffen bevinden, kunnen schadelijk zijn voor zowel de gezondheid van levende organismen als voor het milieu, wat de noodzaak onderstreept om dergelijke vloeistoffen regelmatig te vervangen. Naast de noodzaak om verontreinigingen zoals metaaldeeltjes en oliën uit snijvloeistoffen te verwijderen, is het van groot belang om effectieve sterilisatiemethoden te implementeren. De synergetische sterilisatie met UV/O2 wordt algemeen erkend als een efficiënte, ecologische en veilige technologie voor het verwijderen van micro-organismen, wat deze techniek een belangrijke optie maakt in de industrie.

Daarnaast is de recycling van snijvloeistoffen een cruciaal aspect in het proces van milieuvriendelijke metaalbewerking. Verschillende geïntegreerde systemen voor het zuiveren en regenereren van snijvloeistoffen zijn ontwikkeld, waarbij technologieën voor het verwijderen van onzuiverheden centraal staan. Een voorbeeld hiervan is een systeem ontwikkeld door Wang et al., dat gebruikmaakt van de zwaartekrachtseparatie om afvalsnijvloeistof te verwerken. Dit systeem haalt een behandelingscapaciteit van ongeveer 17 liter per minuut en zorgt ervoor dat de gerecyclede vloeistof voldoet aan de nationale normen voor lozing van afvalvloeistoffen.

Een ander voorbeeld is een snijvloeistof regeneratiesysteem, ontwikkeld door Wu, waarmee de olie-inhoud wordt verlaagd tot minder dan 0,5%, het deeltjesformaat tot onder de 5 microns, en de pH wordt aangepast tussen 5 en 14, zodat de vloeistof direct gerecycled kan worden. Fan et al. verbeterden de werking van een decompressie-drooginstallatie, die een gemiddelde verwijderingssnelheid van meer dan 99,38% voor totale opgeloste vaste stoffen behaalde.

Naast de recyclingsystemen zijn er ook innovatieve technologieën voor het verwijderen van onzuiverheden en het regenereren van snijvloeistoffen, zoals de automatische systemen voor het verwijderen van chips en het filteren van vloeistoffen. Deze systemen maken gebruik van meerdere filtratiefasen en olie-water scheidingstechnologieën. Dit voorkomt het spatten van afvalchips, vermindert de luchtvervuiling door vluchtige snijvloeistoffen en vergemakkelijkt de recycling van afvalsnijvloeistof.

Wat verder belangrijk is in dit domein, is de toepassing van biologisch afbreekbare additieven en de opkomst van plantaardige oliën als basis voor snijvloeistoffen. Plantaardige oliën bieden uitstekende fysisch-chemische eigenschappen door hun hoge gehalte aan verzadigde vetzuren, en de nadruk ligt steeds meer op het gebruik van sojaolie vanwege het hoge vetzuurgehalte. Bovendien kunnen nanodeeltjes de smerende eigenschappen van plantaardige oliën verder verbeteren, wat bijdraagt aan de effectiviteit en duurzaamheid van de snijvloeistoffen.

Vanuit milieuperspectief wordt ook steeds meer aandacht besteed aan de geavanceerde technologieën voor snijvloeistofreductie, zoals droogsnijden, vaste smering, cryogene koeling en minimaal hoeveelheden smering (MQL). Deze methoden hebben hun effectiviteit bewezen in het verlagen van de snijtemperaturen en het verbeteren van de viscositeit van de snijvloeistoffen, wat bijdraagt aan zowel de prestaties als de milieuvriendelijkheid van de processen.

De integratie van zuiveringstechnologieën en regeneratiesystemen in snijvloeistofcirculatie is dus niet alleen een noodzaak vanuit het oogpunt van operationele kosten en efficiëntie, maar speelt ook een cruciale rol in het verminderen van de ecologische voetafdruk van de metaalbewerkingsindustrie. Door innovatieve technologieën te implementeren, kan de industrie haar impact op het milieu verminderen, de productiekosten verlagen en tegelijkertijd de gezondheid en veiligheid van de werknemers verbeteren.