Efecto de la Nano-Enhanced Lubricante en Cantidad mnima
Lubricacin Balling FresadoLubricacin cantidad mnima (MQL) se ha
utilizado como una alternativa de solucin para inundaciones
refrigeracin, as como el mecanizado en seco. Sin embargo, el
beneficio de MQL slo se realiza en leve condiciones de mecanizado
como la generacin de calor durante condiciones de mecanizado ms
agresivas no puede ser eliminado eficazmente por la pequea cantidad
de neblina de aceite se aplica durante Proceso MQL. Para ampliar la
aplicabilidad de MQL mecanizado ms agresivo condiciones, hemos
desarrollado un aditivo potencial de MQL lubricante. Despus de la
preliminar la medicin del ngulo de humectacin de los diversos
lubricantes, uno disponible comercialmente Aceite vegetal MQL fue
elegido, que se mezcla entonces en un mezclador de alta velocidad
con exfoliada partculas nanographene. El nanoenhanced lubricante
MQL resultante se evalu para sus tribolgicas y comportamientos de
mecanizado, junto con la estabilidad de la suspensin de la mezcla.
Los coeficientes de friccin de aceite nuevo MQL nanoenhanced tambin
se miden en trminos de cargas, velocidades y lubricantes.
Finalmente, las pruebas de molienda MQL-ball con nanographene
mejorado lubricante se realizaron para mostrar una mejora notable
actuacin en reduciendo tanto el desgaste central y el desgaste del
flanco, as como borde astillado en vanguardia.1 IntroduccinEn vista
de fabricacin verde, el mecanizado en seco ha dibujado mucha
atencin de las industrias recientemente. notable mejora en la
herramienta de tecnologa de recubrimiento ha facilitado la
eliminacin completa de fluido de corte en algunos procesos de
mecanizado. en la mayora aplicaciones; sin embargo, todava se
requieren los fluidos de corte debido a la la alta tendencia
friccin y adherencia entre el trabajo y la herramienta materiales y
la dificultad de chip y de eliminacin de calor [1-3]. Por lo tanto,
en algunas aplicaciones, una solucin ptima para la condicin de
lubricacin se puede encontrar entre el mecanizado en seco y
refrigeracin inundacin. En este respecto, la cantidad mnima de
lubricacin (MQL) es una solucin viable para superar las desventajas
de ambos enfriamiento en seco y la inundacin los procesos de
mecanizado. La eficacia de proceso MQL ha sido identificado en la
transformacin [4,5], fresado [6,7], y la perforacin [8-11]. Adems,
el proceso de MQL parmetros, tales como la distancia de la boquilla
y la direccin, de descarga presin, caudal, etc., han sido
estudiados para optimizar la condiciones de mecanizado [12]. Por
medio de escaneo lser confocal tcnicas de algoritmos de microscopa
y deteccin de bordes, ptimo se determin la distancia de la boquilla
y la presin de aire de base de aceite vegetal [12]. Se encontr que
tanto la posicin de la boquilla y el flujo de aceite tasa tena los
papeles importantes en el rendimiento de mecanizado [7,13]. Varios
trabajos han sido publicados para evaluar las caractersticas de
diversos lubricantes para encontrar lubricantes ptimos en MQL
mecanizado. La mezcla de agua y libre de aceite lubricante sinttico
proporcionado vida de la herramienta en comparacin tanto con el
ster sinttico y sin alcohol en la perforacin de agujeros profundos
debido a la alta capacidad de refrigeracin y la baja viscosidad del
agua [9]. Un nuevo tipo de lubricante, la pelcula de aceite en
gotas de agua, se propuso para proporcionar una mayor capacidad de
refrigeracin en top de la mejora de la lubricidad y mostraron menos
fuerzas de corte en extremo fresado [14,15]. Rendimiento de corte
en la prueba de extraccin, as como factores secundarios
(biodegradabilidad, la oxidacin y la estabilidad de almacenamiento)
de polisteres sintticos fue superior al aceite vegetal [16,17]. Los
materiales slidos (de tamao nanomtrico) se han desarrollado como un
lubricante en s, que puede eliminar los fluidos de corte, o como un
aditivo para lubricante. Para los materiales lubricantes slidos,
disulfuro de molibdeno (MoS2), grafito, nitruro de boro y
politetrafluoroetileno (PTFE) han sido utilizados como polvos secos
o materiales de revestimiento [18- 20]. En la prueba de
mecanizacin, estos lubricantes slidos reducen el corte fuerzas y
rugosidad de la superficie [19,21]. Por otro lado, la lubricantes
slidos tambin se pueden mezclar con los lubricantes a base de
aceite. En los procesos de molienda, lubricante MQL con partculas
de tamao nanomtrico MoS2 se introdujo [22] y lubricante MoS2
molienda mostr un excelente rendimiento en las fuerzas de corte, a
pesar de su bajo disociacin temperatura a 350? C en ambientes
oxidantes. el rendimiento de diamantes nano-partculas en el aceite
se evalu en trminos de la friccin y el ensayo de desgaste con bola
en el equipo tipo de disco, el cual mostr alta capacidad de carga y
menos friccin y el desgaste [23]. La plaquetas nanographene
lubricantes mejoradas fueron estudiados en diversos condiciones
tribolgicas [24-27]. La nano-grafeno utilizado en este se se espera
lubricantes mejoradas estudio para proporcionar un mejor
rendimiento porque nano-grafeno que tiene no slo una disociacin ms
alto la temperatura sino tambin la alta relacin de aspecto, lo que
naturalmente orienta la fase de grafeno para una mejor lubricidad
cuando se aplica a travs del proceso MQL. Adems, el tipo y
concentracin de lubricante slido en el aceite puede ser tambin
factores importantes para una ptima uso de los fluidos de corte en
aplicaciones de mecanizado [19,27]. La rendimiento de mecanizado
tambin se ve afectada por el aditivo en lubricante. El cido brico
con un 20% en peso mezclada con aceite SAE 40 fue encontrado para
ser lubricante ptimo para desgaste de la herramienta y la rugosidad
de la superficie en la transformacin de EN8 acero [19]. En este
trabajo se estudia el efecto de la nanographene exfoliada mejorado
lubricante mediante la realizacin de la medicin del ngulo de
humectacin, friccin pruebas utilizando una configuracin de bola
sobre disco, y prueba de molienda de bolas MQL. En primer lugar,
mojando ngulos para una variedad de lubricantes disponibles
comercialmente incluyendo nanographene mejorada de petrleo se
pusieron a prueba con el fin de evaluar la humectabilidad de los
lubricantes. En segundo lugar, los coeficientes de friccin de cada
lubricante y un inserto de nanographene seco revestidas se medido
como una funcin de la carga y la velocidad para determinar si la
introduccin de nanographene, ya sea en forma de partculas
discretas, o mltiple formato de capa nanographene, reducir la
friccin. En tercer lugar, la bola Se realizaron pruebas de fresado
para evaluar la nanographene propuesto mejorada lubricante en una
aplicacin prctica de mecanizado.2 Nano-grafeno Lubricante
mejoradaNanoplatelets exfoliadas de grafito (xGnP), producida por
Ciencias XG, Inc. (East Lansing, Michigan), se obtuvieron a partir
de cido grafito expandible intercalado y una exfoliacin microondas
mtodo [24,28]. En este trabajo, estos xGnPs se mezclaron con
Fig. 1 Imgenes de exfoliada nanoplatelet grafito (xGnP)Aceite
vegetal para producir un lubricante MQL nanoenhanced, que era
patentado por Kwon y Drzal [29]. La Figura 1 muestra los xGnPs
utilizados en este estudio, en donde los dimetros son o bien 1 o 15
lm (Fig. 1 (a)) y el espesor son 10 nm (Fig. 1 (b)). El aceite de
origen vegetal MQL (proporcionado por Unist, Inc., Gran Rpida, MI)
se mezcl con 0,1 y 1,0% en peso de xGnPs en un alto mezclador de
cizallamiento (SpeedMixer DAC 150FVZ-K de FlackTek, Inc.) para una
suspensin estable. Cuando el lubricante mejorada era xGnP utilizado
en MQL mecanizado, se esperaba que el tamao ms grande de xGnPs
pueden ser fcilmente adherida sobre la superficie de corte. cuando
dos superficies que interactan se deslizan con el lubricante
mejorada xGnP, Se espera que la friccin se reduzca como una hoja de
grafeno es deslizante sobre otro. Como se muestra en la Fig. 2, sin
embargo, el dimetro grande (15 lm) partculas xGnP tanto con el 0,1
y el 1,0% eran segregados slo dentro de un da (Figs. 2 (c) y 2
(d)). El xGnP 0,1% en peso con 1 mezcla de aceite dimetro lm mostr
la estabilidad incluso ms de un ao (Fig. 2 (a)) mientras que la de
1,0% en peso se separ despus de unos pocos das (Fig. 2 (b)). XGnPs
Por lo tanto, el aceite mezclado con dimetro de 1 lm fue utilizado;
0,1% en peso de aceite xGnP se aplic directamente usando MQL
equipos mientras que el aceite 1.0% en peso se aplic por medio de
una magntica agitador para mantener una concentracin uniforme de
pulverizacin durante el mecanizado.3 Configuracin Experimental3.1
Medicin de ngulos de humectacin. Los ngulos de humectantes
lubricantes se pueden utilizar para evaluar la capacidad de
humectacin de lubricantes
Fig. Estabilidad 2 Suspensin de aceites xGnP ((a) 1 lm / 0,1% en
peso, (b) 1 lm / 1,0% en peso, (c) 15 lm / 0,1% en peso, (d) 15 lm
/ 1,0% en peso) en 3 das despus de mezclarEn una superficie de la
herramienta de corte. Una gotita de lubricante con una superficie
de alta tensin en reposo en una baja energa formas slidas una forma
esfrica dando un alto ngulo de mojado. Por el contrario, cuando la
superficie slida de energa excede la tensin superficial del lquido,
el perfil de gota plana Se considera que con un ngulo bajo
humectante para tener una buena wettablility. Como se muestra en la
Fig. 3, el ngulo de mojado h se define mediante la medicin de la
lnea de tangente en la interfaz entre la gotita y la superficie de
herramienta de corte como se muestra en la Fig. 3. La Figura 4
muestra la configuracin de medicin del ngulo de humectacin y varios
lubricantes como el agua del grifo fueron seleccionados para ngulo
de mojado mediciones en el carburo de TiAlN recubierto. La jeringa
motorizada Asamblea fabricado por AST Producto, Inc. dispensa una
0.5 ll gotita sobre la superficie del revestimiento. La cmara CCD a
continuacin
Fig. 3 ngulo de humectacin de una gota de
Fig. 4 humectante configuracin de la medicin del ngulo
Fig. 5 de configuracin TribmetroCaptura la imagen de gota
producido por la luz LED negro. Por lo tanto, los ngulos de
humectantes se midieron mediante la deteccin de ambos lmites de la
gotita y la superficie slida en la medicin de ngulo de contacto
software.3.2 Prueba Tribmetro. Como se muestra en la Fig. 5, los
ensayos de friccin se llevaron a cabo con un tipo de tribmetro
lineal de bola sobre disco (CSM Instrumentos), donde una bola de
acero (440 C) con 6,36 mm de dimetro oscilado en una superficie
plana carburo de TiAlN recubierto con el fin de evaluar
caractersticas de friccin en diferentes condiciones de lubricacin.
Todos las pruebas se fijaron en la amplitud de 2 mm mientras que
lleva el la carga en 1, 5, y 10 N y la velocidad de deslizamiento a
las 0,25, 1,0, y 2,5 cm / s. Las condiciones de ensayo incluyen
seco, aceite vegetal (Unist- Coolube 2210), el recubrimiento de
grafeno y aceite vegetal mezclado con grafenos de 0,1 y 1,0% en
peso. Las capas de grafeno eran separados entre dos lquidos y
revestido como se describe en Biswas y Drazal [30].3.3 Bola Prueba
de fresado. El MQL dispositivo dispensador (uni MAX) proporcionado
por Unist, Inc. (Gran rpida, MI) se utiliza para proporcionar el
lubricante en forma de vapor a la zona de corte. El lubricante,
Unist Coolube 2210, se pulveriz a travs de una boquilla coaxial
externo. La tasa de presin de salida de la boquilla y el flujo se
puede ajustar con el tornillo de medicin del aire y la duracin del
pulso / frecuencia en el control
Fig. 6 MQL y configuracin de molienda de bolas
Panel, respectivamente. Sin embargo, hemos utilizado una
produccin optimizada presin de 8 psi y una velocidad de flujo de
1,5 ml min determina en base / en nuestro trabajo anterior [12,24].
Experimentos molino de bolas se realizaron en una de tres eje
vertical centro de fresado (molino Sharnoa CNC) en condiciones
secas y MQL como se muestra en la Fig. 6. AISI 1045 acero (203,2 mm
a 127 mm? 203.2 mm) y 25 mm de dimetro con recubrimiento TiAlN
carburo de punta esfrica inserciones (ZPFG250-PCA12M) producidos
por Hitachi Tool Ingeniera fueron utilizados para materiales de
trabajo y la herramienta, respectivamente. el corte comenzado en
una esquina del material de trabajo en la direccin de 203,2 mm y la
lnea continua por lnea para cada pase. El desgaste de la
herramienta fue Tambin medido despus de cortar cada pasada para
registrar el progreso de la herramienta desgaste. Las condiciones
de mecanizado y de lubricacin se resumen en Tabla 1. Microscopa
confocal de barrido lser se utiliz para las mediciones de la
herramienta de desgaste en el centro de la herramienta de punta
esfrica (central desgaste) y la superficie de flanco (desgaste de
flanco), que se ilustra en la Fig. 7. desgaste Central puede
atribuirse ms probable que los tres cuerpos desgaste abrasivo
debido a los restos de material de trabajo deslizante entre los
materiales para herramientas y de trabajo, mientras que el desgaste
del flanco viene de abrasin de dos cuerpos al cortar a travs
complejo cementita perltica fase constreida dentro del material de
trabajo.4 Resultados y DiscusinLa Figura 8 muestra el resultado de
las mediciones de ngulo de humectacin en varios candidatos
lubricantes para MQL mecanizado. Sobre la base de la suposicin de
que un ngulo de humectacin ms pequeo indica una mejor wettablility
a la superficie de la herramienta, el ngulo de mojado puede ser un
importante parmetro que aclara el rendimiento de la lubricacin. el
resultado muestra que el agua en s o lubricante a base de agua
mostraron una mayor ngulo de humectacin en comparacin con un
lubricante a base de aceite, como se esperaba. Por otra parte, el
aceite de Unist con xGnP mostr el mejor wettablility Entre los
lubricantes. Se espera que el lubricante xGnP mejorada proporciona
lubricidad eficaz en la interfaz de corte en la proceso de
mecanizado. Este argumento se verificar en molienda de bolas prueba
en esta seccin. El lubricante a base de aceite incluido 100%
mineral aceite producido por Recursos NRG NRG (aceite), que es
soluble en agua aceite. Sin embargo, el aceite de NRG puro tiene
una alta viscosidad (difcil rociar) y est destinado para su uso
como un lubricante soluble en agua. Por lo tanto, En este estudio,
100% de aceite de NRG no se ensay adicionalmente. Varias
condiciones de lubricacin incluyendo, aceite vegetal seca, la
revestimientos de grafeno y una combinacin de los dos ltimos fueron
probados bajo una variedad de cargas y velocidades de las
caractersticas tribolgicas. En una condicin seca, el coeficiente de
friccin era inversamente proporcional a la velocidad de
deslizamiento relativo como se muestra en la Fig. 9 (a) mientras
que la carga aplicada entre la bola y el carburo de TiAlN
recubierto aumentado, el coeficiente de friccin aumenta (Fig. 9
(b)). Del mismo modo, Aceite de Unist mostr el mismo resultado que
en seco como se ve en la Fig. 9 (c). Cuando los xGnPs se aplican en
la pista de deslizamiento, que no era efectiva en la reduccin de la
friccin porque la aplica libremente
Fig. 7 mediciones de desgaste de la herramienta de una punta
esfrica
Fig. 8 humectantes resultados de las pruebas ngulo (ngulo
izquierdo, ngulo recto)
Fig.9 Coeficiente de friccin en diversas condiciones de
pruebaxGnPs no puede sostenerse en sus posiciones en la interfaz
entre la bola y la superficie. Alternativamente, las ocho capas de
grafeno (cada espesor de 5 nm) se han revestido sobre los carburos
TiAlN recubierto utilizando el tcnica de recubrimiento descrito
[30], lo que consecuentemente reduce la la friccin en la prueba.
Las figuras 10 (a) y 10 (b) comparar la friccin coeficientes entre
las muestras secas y recubiertas con xGnP de principio a 300 s en
la condicin de 5 N y 2,5 cm / s. el grafeno capas mostraron un
excelente rendimiento en la reduccin de la friccin. Aunque la
mayora de los revestimientos de grafeno se deslaminadas despus de
aproximadamente 100 S como se muestra en la Fig. 10 (b), la friccin
no aument en comparacin con el caso seco porque los xGnPs separados
del revestimiento son sospechosos a permanecer en la interfaz sigue
trabajando como un lubricante. Especialmente, la friccin era
bastante estable en el comienzo de la carrera, que representa la
lubricidad excepcional de la fase de grafeno. En este sentido, se
puede afirmar que la friccin puede ser efectivamente reducirse si
la fase de grafeno se puede aplicar apropiadamente en interfaz.
Cuando se aplic aceite Unist en el grafeno-capas, TiAlN carburos
recubiertos, la friccin no redujeron an ms debido a la
xGnP-escombros de los recubrimientos tomadas de la superficie de
deslizamiento sera ni necesario reubicar a la interfaz ni ser bien
mezclado con el aceite que se aplica. Esta es la razn por la
nanographene partculas deben ser suspendidos uniformemente en el
aceite. Similar a el resultado de la prueba del ngulo de
humectacin, el aceite Unist mejorada xGnP mostr el coeficiente de
friccin ms bajo, como se ve en la Fig. 11 (a). Adicionalmente, el
efecto de la concentracin de xGnP en aceite Unist fue investigado;
y 0,1% en peso de 1 xGnP dimetro lm mostr un poco menor coeficiente
de friccin que 1% en peso de aceite y que Unist puro, como en la
Fig. 11 (b). Y tenga en cuenta que la xGnP de lubricante dimetro 15
lm no se ensay debido a su pobre estabilidad de la suspensin en el
aceite como mencionado en la Sec. 2. La Figura 12 representa el
desgaste central de medida a 3500 rpm durante seco, NRG soluble en
agua, aceite Unist, y el aceite mezclado con Unist xGnP. Se inform
de que se produjo el centro de desgaste de carburo revestido fresas
con relativamente baja tasa de alimentacin (menos de 1.000 mm /
min) en alta velocidad de molienda [31]. Sin embargo, en esta
prueba, el centro se observ desgaste, como se ve en la Fig. 12,
incluso con la velocidad de alimentacin de 2500 mm / min. Sobre
todo en el mecanizado en seco el desgaste centro
Fig. 10 Comparacin de los coeficientes de friccin de seco y xGnP
recubrimiento a 5 N y 2,5 cm / s
Fig. 11 Comparacin de los coeficientes de friccin de los
lubricantes en 10 N y 2,5 cm / sPasaron a ser significativas porque
el centro de insercin de punta esfrica es siempre ponerse en
contacto con el material de trabajo sin el medio fluido de corte
llegar a la zona. Por lo tanto, las partculas de desgaste no pueden
ser evacuados y; Por lo tanto, la herramienta de corte desgastada.
A diferencia del petrleo Unist, el mineral Aceite de NRG no
proporcion ningn efecto beneficioso en el centro desgaste; Por lo
tanto, el aceite NRG fue eliminado de cualquier adicional
experimento. Desgaste de flanco tambin se midi en diversas
condiciones. Figura 13 compara el efecto de lubricantes MQL en el
desgaste de flanco en el velocidad de giro de 4.500 rpm. Aceite de
Unist mezclado con xGnPs fue superior en comparacin a secar y
aceite Unist solamente, independientemente de la concentracin de
xGnP. Por otra parte, teniendo en cuenta astillado borde, la efecto
beneficioso de xGnP se hizo ms evidente. Como se ve en las Figs. 13
(a) y 13 (b), los experimentos de mecanizado en seco y aceite de
Unist slo mostrar astillado en el borde de corte, mientras que,
como se muestra en la Fig. 13 (c) y 13 (d), el borde de corte
mantienen su filo. Por lo tanto, la presencia de xGnPs ha disuadido
el astillado en la corte borde. Se puede concluir que los xGnPs se
quedan en el corte interfaz proporcionando la lubricidad y aliviar
la mecnica impacto generado durante el proceso de molienda. Para
investigar el efecto de la concentracin xGnP, tanto centrales el
desgaste y el desgaste del flanco medido despus de mecanizado de
cada pasada hasta al octavo pase se representaron frente
velocidades de husillo como se muestra en Fig. 14. En cuanto a la
reduccin del desgaste central, realzado-xGnP la lubricante es
sustancialmente mejor que el aceite vegetal tradicional MQL en
ambas velocidades de corte. El rendimiento global del 0,1% en peso
aceite de xGnP era mejor que la de la 1,0% en peso de uno. Este
resultado corresponde con la prueba de friccin como resultado ya
que la friccin mayor para 1.0 % en peso xGnP podra aumentar
ligeramente el desgaste del flanco. Como se mencion en Sec. 2,
debido a la cantidad notable de la precipitacin con xGnP los 1,0%
en peso de xGnPs, que tenan alguna dificultad para lograr un
uniforme lubricante distribuido en una aplicacin de mecanizado, que
puede
Fig. 12 desgaste central a 3500 rpm despus del octavo pase
Fig.13 desgaste de flanco a 4500 rpm despus del octavo pase
Fig. 14 desgaste Central y flanco desgaste en trminos de
concentracin de xGnPDisminuir la eficacia de xGnP lubricante.
Notable se observ mejora en el desgaste central cuando el
xGnPenhanced Se utiliz lubricante, como se muestra en la Fig. 14.
De hecho, el centro desgaste es casi inexistente con el vegetal
xGnP mejorada aceite con la concentracin de 0,1% en peso,
proporcionando los mejores resultados. Por lo tanto, se puede
afirmar que la concentracin ptima de xGnP es de alrededor de 0,1%
en peso, lo que significa que la concentracin ms alta xGnP en el
lubricante no necesariamente proporciona ninguna adicional
beneficiarse en la reduccin de la friccin y el rendimiento de
mecanizado. En resumen, el desgaste del flanco (VB) a alta
velocidad de corte era ms grande que que a baja velocidad de corte
como se ve en la Fig. 14. Entre tres casos en cada figura, slo
aceite Unist mostr el desgaste del flanco ms grande. La Se espera
que los leves saltos en la tasa de desgaste que es debido a la
termomecnica choque durante el proceso de corte interrumpido. Una
vez ms, flanquear tasas de desgaste de xGnP 0,1% a baja y alta
velocidad de corte aument de manera constante mientras que el
aceite Unist mostr tasa de desgaste inestable, lo que resulta en la
destacada actuacin de xGnP 0,1% de aceite como lubricante MQL en el
proceso de molienda.5 ConclusinEn este trabajo, el efecto del
aditivo nanographene (xGnP) en aceite vegetal se investig mediante
la comparacin de lubricantes (seco, nico aceite vegetal) de aceite
soluble en agua, y en el ngulo de mojado medicin, el comportamiento
tribolgico, y la molienda con bolas. La los resultados de la prueba
de ngulo de humectacin y el coeficiente de friccin medicin muestran
que el aceite vegetal mejorada xGnP mejor la wettablility en la
superficie de corte y la reduccin de la superficie friccin. Estos
resultados fueron verificados por el experimento de molienda con
bolas, lo que indica que MQL mecanizado proporciona un mejor
rendimiento, especialmente para el desgaste central y chipping en
corte borde. Adems, el xGnP dimetro mayor no mostr un establo
suspensin en aceite vegetal, lo que provoc la segregacin de grafeno
y el aceite. La concentracin de 0,1% en peso xGnP con dimetro 1 lm
mostr excelente capacidad de corte sin ninguna segregacin
problema.Reconocimiento La financiacin de este estudio ha sido
proporcionada por el Nacional Fundacin Ciencia a travs de la
industria / Cooperativa de la Universidad centro de investigacin.
La financiacin adicional ha sido proporcionada por Fraunhofer CCL y
Valenite, Inc. A travs del proyecto titulado "Sistema de
Herramienta de Desarrollo de avanzada de corte". Adems, los autores
agradecen XG ciencia, Inc. y Unist, Inc. para proporcionar xGnP y
aceite vegetal, respectivamente.