Studio confronta i metodi di lubrificazione per l' lavorazione dell' alluminio 6061T6

Nelle officine di lavorazione di precisione, dove gli utensili rotanti ad alta velocità si attritano violentemente contro materiali in lega di alluminio in mezzo a scintille volanti, gli ingegneri si trovano di fronte a un dilemma critico:selezionare il metodo di lubrificazione ottimale che garantisca una finitura superficiale superioreQuesta indagine si concentra sulle operazioni di tornitura di leghe di alluminio 6061-T6, confrontando sistematicamente le operazioni di tornitura a secco,semi-seco (quantità minima di lubrificazione - MQL), e condizioni di lavorazione in umido per rivelare i rispettivi impatti sulla rugosità della superficie, l'usura degli utensili e la formazione di trucioli.

Il gruppo di ricerca ha condotto esperimenti di tornitura di precisione utilizzando un tornitore della Darbert Machinery dotato di strumenti di taglio specializzati con inserti rivestiti con TiB2 PVD (angolo del naso di 80°,11° angolo di rilievo)I parametri sperimentali includevano:

• velocità di taglio:790,40-661,54 m/min
• Tasso di alimentazione:0.0508-0.2845 mm/rpm
• profondità di taglio:1 mm
• Condizioni di lubrificazione:Seco, semi-seco (MQL a 3.06, 1.750,6 ml/min) e bagnato

La composizione chimica della lega di alluminio 6061-T6 è riportata nella tabella 1:

L'impianto sperimentale ha incorporato un avanzato sistema MQL dotato di un ugello di atomizzazione dell'aria SB202010 (System Tecnolub Inc.) con un diametro di orificio di 0,25 mm.Simulazioni computazionali di dinamica dei fluidi (CFD) con FINE/Open 2.11.1 software ottimizzato il modello di spruzzatura, modellare il flusso d'aria monofase attraverso circa 1 milione di elementi finiti.

Con una velocità di taglio di 207 m/min, le misurazioni della rugosità della superficie hanno rivelato:

• Le condizioni di bagnato hanno prodotto una rugosità superiore al MQL e la lavorazione a secco a basse velocità di alimentazione (0,05-0,10 mm/rev)
• La rugosità MQL è superiore all'elaborazione a secco a velocità di alimentazione superiori a 0,10 mm/rpm
• Il lubrificante Microkut 400 offre costantemente una finitura superficiale superiore rispetto a Mecagreen 550
• Calcoli teorici di rugosità (Rath = 0,0321 × f2/re) sottostimati valori effettivi a bassi valori di alimentazione ma sovrastimati a alti valori di alimentazione

Dopo 40 minuti di lavorazione continua:

• Le condizioni di secchezza e di MQL (3,06 ml/min) hanno mostrato un'usura trascurabile della punta dell'utensile
• La lavorazione a umido ha mostrato una degradazione misurabile della punta dell'utensile
• Tassi di flusso MQL inferiori (0,6 ml/min) usura accelerata con Mecagreen 550
• Microkut 400 ha dimostrato una migliore protezione dall'usura rispetto a Mecagreen 550 a portate equivalenti

L'analisi dei chip ha portato a queste conclusioni:

• Lo spessore della fetta diminuisce con l'aumento della velocità di taglio a velocità di alimentazione elevate
• Il coefficiente di diradamento del frammento (profondità di taglio/spessore del frammento) è diminuito con un aumento degli alimenti
• Microkut 400 ha prodotto coefficienti di diradamento più elevati di Mecagreen 550 a 3,06 ml/min di flusso
• L'analisi XRD ha rivelato un aumento della dimensione del grano con tassi di alimentazione più elevati, suggerendo effetti termici

Le misurazioni ambientali hanno mostrato:

• Concentrazione totale di massa massima a velocità di taglio inferiori
• La lavorazione a secco ha generato meno aerosol rispetto alle condizioni di MQL e di umido
• Riduzione della segmentazione nei frammenti secchi correlata a minori emissioni di particolato

Lo studio approfondito della lavorazione dell'alluminio 6061-T6 ha portato a queste conclusioni chiave:

1. La lubrificazione a umido produce generalmente una finitura superficiale inferiore, in particolare a bassi tassi di alimentazione
2. MQL con Microkut 400 offre un equilibrio ottimale tra qualità della superficie e protezione degli utensili
3. Il consumo energetico di taglio varia significativamente a seconda del tipo di lubrificante e del flusso
4. La lavorazione a secco dimostra vantaggi ambientali grazie alla riduzione delle emissioni di aerosol

Questi risultati suggeriscono che i sistemi MQL che utilizzano lubrificanti avanzati come Microkut 400 possono rappresentare la soluzione più sostenibile per la lavorazione dell'alluminio,combinare prestazioni tecniche e responsabilità ambientaleLe ricerche future dovrebbero studiare formulazioni ottimizzate di lubrificanti e metodi di consegna per migliorare ulteriormente l'efficienza della lavorazione riducendo al minimo il consumo di risorse.