Az alacsony sűrűséget magas hőmérsékleten jó mechanikai tulajdonságokkal kombináló ötvözetek kulcsfontosságúak az autóiparban és a repülőgépiparban. E tekintetben a titán-alumínium ötvözeteket nagy szilárdság és jó ellenállóképesség jellemzi magas hőmérsékleten, így potenciális anyagok olyan alkalmazásokban, mint a repülőgéphajtóművek elemei. Sűrűségük feleakkora, mint a nikkelszuperötvözeteké, ami jelentős súlycsökkentést, ezáltal üzemanyagmegtakarítást tesz lehetővé.
A titán-alumínium ötvözetek jelenlegi felhasználását a magas feldolgozási költségek és az alacsony megmunkálhatóságuk korlátozzák. Egy kutatás a minimális mennyiségi igényű kenési technológia (MQL) és a kriogén kenés hatékonyságát vizsgálta a Ti48Al2Cr2Nb ötvözet esztergálási folyamatában gazdasági és ipari termelékenységi szempontból, azzal a céllal, hogy meghatározza az optimális forgácsolási feltételeket a gyártási költségek csökkentése és a gyártási sebesség maximalizálása érdekében. E célból előzetes kísérleti elemzést végeznek, meghatározva a szerszám élettartamot a forgácsolósebesség függvényében az egyes kenési feltételek esetében. Az eredmények azt mutatják, hogy bár mind az MQL, mind az LN2 körülmények lehetővé teszik a szerszámkopás csökkentését, az MQL technika kiemelkedik a nagyobb elérhető megmunkálási sebesség által. Ezenkívül a folyékony nitrogén magas költsége 47%-os többletköltséget jelent. Következésképpen a kutatás megállapította, hogy az esztergálási folyamatot 70-76 m/perc sebességtartományban kell elvégezni MQL körülmények között a legnagyobb költséghatékonyság elérése érdekében.
- A gáznemű nitrogén hűtőhatása alacsony forgácsolási sebesség (50 m/perc) esetén hosszabb szerszámélettartamot eredményez. A 60 m/min feletti sebességeknél azonban az MQL kenőhatása jobb eredményeket tesz lehetővé. Az MQL-állapot lehetővé teszi, hogy a folyamatot 70 m/percnél nagyobb forgácsolósebességgel is el lehessen végezni, és a szerszám élettartama 4-szer magasabb legyen, mint száraz megmunkálásesetén.
- A gyártási idő elemzése azt mutatta, hogy az MQL technika minimalizálja a gyártási időt, köszönhetően a szerszám élettartam maximalizálásának a nagy anyagleválasztási sebességek esetén. A minimális gyártási idő 76,5 m/perc vágási sebességnél valósul meg, ami a teljes idő 12,8%-os csökkenését eredményezi a száraz megmunkáláshoz képest.
- Hasonlóképpen az MQL-módszert találták a leghatékonyabb kenési technikának a gyártási költségek minimalizálása érdekében. Az LN2 magas költsége az olaj alacsony költségéhez képest igazolja ezt az állítást. Ennek eredményeképpen a minimális költségfeltétel 70 m/perc-nél teljesül, ami 12%-kal alacsonyabb, mint a száraz megmunkálásnál meghatározott.
- A szén-dioxid-kibocsátás elemzése szerint az MQL-megközelítés szén-dioxid-kibocsátása a legalacsonyabb, ami azt a leginkább fenntartható eljárásnak minősíti. Bár ez az eljárás növényi olaj felhasználásával jár, a szerszámok kímélése a globális szén-dioxid-kibocsátás jelentős csökkenéséhez vezet. Ezzel szemben az LN2-előállítás nagy kibocsátása miatt a kriogén kenés nem fenntartható a TiAl ötvözet megmunkálásához.
A kutatás eredményei az optimális forgácsolósebesség elérése közbeni feltételek mellett végzett kísérletekből származnak, de még így is, a technológia számos új területre is bevezethető lehet.
Képek és forrásScienceDirect
A teljes kutatás elérhető: