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.