绩效评估的麻疯树和Pongamia油基环保切削液车削AA 6061

摘要

由于植物油作为切削液的优良特性，人们试图探索大量可用的植物油作为切削液用于车削AA 6061的潜力。两种不可食用的植物油麻疯树和Pongamia，在其化学修饰（环氧化）版本被用作直切削流体。切削液被引入到与微量润滑（MQL）方法的帮助下，加工区域。正交表的田口的技术被用于开发的实验有效的设计。环氧化版本下获得的结果麻疯树和Pongamia并与矿物油的切削力和表面粗糙度进行了比较。实验观察和统计分析表明，与矿物油相比，改性的植物油基切削液在降低切削力和提高表面光洁度方面更有效。还观察到，改性的Pongamia油显示较小的侧面磨损相比，其他两个测试的油。

1.介绍

切削液在机械加工中的应用最早是由F. Taylor在1894年报道的，他观察到，在加工区使用大量的水作为切削液，可以在不影响刀具寿命的情况下提高33%的切削速度。切削液广泛应用于加工过程中，带走加工区产生的热量，润滑和带走切削屑，防止加工过程中的腐蚀[1]。切削液可提高刀具寿命、工作质量、有效的切屑管理和减少工艺变化。因此，在金属切削作业中切削液的利用率正在提高[2]。在全球范围内使用的大部分切削液都是基于石油的油。大量使用以石油为基础的油给环境和健康带来了很多负面后果，比如皮肤病[3]。2016年，基于石油的润滑油在全球消费量高的情况下大幅增长，每年至少增长1%，达到137.26亿吨油当量[4]。因此，这就产生了另一种观点，即对环境污染的不良影响，以及在水生和陆地生态系统中大量损失(13-50%)润滑剂的危险，包括全球能源和自然资源的持续枯竭[五]。为全球绿色制造和消费重点环保产品意识的增强已经把压力加大产业用石油基切削液[减少6]。对可生物降解和环保的切削液的需求，为将植物油作为基于石油的切削液的潜在替代品开辟了一条途径[7]。在这方面，植物油正在成为传统切削液的潜在替代品[8]。

植物油切削液具有高度生物降解、环保、可再生、毒性小、高闪点、低挥发性、高粘度指数、生产范围广、废物管理经济等特点[9-12]。植物油主要由甘油三酯组成;(13-15植物油的甘油三酯结构使其成为润滑剂和功能性液体基础原料的有力竞争者[16]。植物油是甘油三酯，其中C18羧酸占主导地位。一些从甘油酯中产生的脂肪酸是不饱和的;它们通常含有不同数量的硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸。其中三种是不饱和酸，即油酸(18,1)、亚油酸(18,2)和亚麻酸(18,3)。

使用的食用植物油的生产润滑油和切削液是不考虑在这样的油的需求和供应的大间隙可行的。因此，非食用植物油发现的重要性，由于其丰富而且，这将节省大量的食用油，其需求是很大的。对于未来10 - 15年的生态友好型润滑油预测为大约15％全球零售量份额和在某些地区高达30％[17]。

研究人员对许多金属切削过程进行了试验，以植物油为基础的液体作为金属切削油，观察到具有更好的性能。该麻疯树经证明，加工用的最佳油为AA7050-T7451 [19]。同时转动硬化椰子油是在降低表面粗糙度在进料和切削深度的较高值令人印象深刻的AISI 52100 [20.]，并显示改善了AISI 304车架的工具寿命[21]。在刀具磨损的减少显著，切削力，更好的尺寸精度和表面粗糙度通过MQL和在芯片工具和作业工具交互的有利的改变都同时转动AISI 1060 [观察22]和AISI 4340 [23[英语背诵文选用植物油炼钢。以棕榈仁油为切削液，在不同切削条件下加工低碳钢、黄铜和铝时，摩擦系数降低[24]。含有8%极压添加剂的油菜籽配方切削液表明，在车削AISI 304L时，车削力、刀具磨损和表面粗糙度值较低[25]。向日葵和油菜油基切削液[26]产生更好的表面光洁度，并产生在转动AISI 304 L.一种新颖的切削液从非食用楝树[开发下切割和进给力27在尖端温升、切削力、刀具磨损和表面粗糙度方面表现更好。修改后的麻疯树石油(11具有最低的切削力、切削温度和表面粗糙度，延长刀具寿命，减少刀具磨损。与芝麻油和菜籽油相比，含有0.5%纳米颗粒的椰子油可提高加工性能[28]。一种新型切削液在满足工艺和环境两方面要求的平衡是本研究的基础。对此，非食用植物油进行了改性麻疯树()MJO就可和修改Pongamia在田口设计的实验基础上，对MPO (MPO)与矿物油(MO)进行了实验研究，并对其在AA6061车削过程中作为金属切削液的可持续性进行了比较。MQL已被证明是一个更好的替代洪水冷却系统，其中空气和切削液的混合物应用于切削区。由于压力大，具有较好的到达能力[29]。

2.材料和方法

2.1。植物油为基础的切削液的配方

由于生物燃料相对于传统石油燃料的优势，包括能源独立的机会，生物燃料已经被全世界所接受。目前，从可再生植物油中提取的生物防腐剂预计也会有类似的增长[30.]。麻疯树和Pongamia基于切削液由于其丰富的可用性、可再生性和生物降解性，具有巨大的潜力。然而，这些油在满足润滑油性能方面面临的挑战是其低氧化稳定性[31]。他们不能在他们的原始形式使用。因此，它们在化学上通过环氧化的过程中被修改。脂肪酸的环氧化是与活性氧的碳 - 碳双键，其结果在加法氧原子的，原来的双键转化成1-3元环氧化物（环氧乙烷）环的反应（图1)。在环氧化过程中，已知体积的油与甲酸/醋酸和过氧化氢混合。反应时间为14小时，在甲酸和过氧化氢存在下滴定7小时，在50 ~ 60℃温度范围内持续搅拌7小时，从而去除油脂脂肪酸链上的双键。环氧化植物油由于主链中环氧环的存在而产生柔韧性和弹性[32]。植物油经化学改性后性质的变化见表1。油的碘值确定了环氧化过程。

2.2。实验设计由田口技术和加工条件

在这项研究中,AA 6061维氏硬度的107年作为工件材料,一个维度的Ø45毫米×200毫米。a6061化学成分的测定值按重量百分比列于表中2。加工参数按照从工具制造商的建议来选择。主轴速度，进给，切削深度和切削液的类型被认为是加工参数。在设计实验的类型的切削液使用被认为是高要求的输入参数中的一个。因此，四个输入参数（切削液，主轴转速，进给速率，和切削深度的类型），并且对于每个参数三个等级，假定（表3)。对于四因素三水平实验，田口指定L27正交数组进行实验。记录L27阵列实验获得的数据并进行进一步分析。表格3展示了实验中考虑的参数及其水平。实验装置如图所示2。

2.3。切削力和表面粗糙度的测量

切削力影响被加工工件的变形、尺寸精度、切屑形成、刀具磨损、表面粗糙度和加工系统的稳定性。影响切削力的加工参数包括切削深度、切削速度和切削液类型。因此，研究切削力作为一种质量特性以及切削液对切削力的影响具有重要意义。采用应变计式车刀测力计，在改性植物油基切削液下，在不同速度和进给下，测量加工过程中产生的切削力。表面粗糙度是一个重要的设计规范，众所周知，它对性能有相当大的影响，如耐磨性和疲劳强度。表面粗糙度用SURFCOM FLEX-50测量被加工表面的厚度。表面粗糙度值是通过在加工表面上沿被翻转工件的轴线移动触针来测量的，如图所示3。

2.4。刀具磨损测量

工具磨损利用已被修改为工具显微镜具有1至少计数教育光学横向显微镜测定 μ米工具刀片分别连续切削后取出，并在工具显微镜进行了研究的后刀面磨损的磨损图案和宽度。后刀面磨损从对加工面的切削刃的磨损最通常导致。后刀面磨损在平均磨损土地尺寸来衡量 。

3。结果与讨论

实验确定的切削力值和表面粗糙度值(表)4)用于研究蔬菜基切削液的性能。利用MINITAB 17对实验结果进行统计分析;采用基于田口原理建立的统计软件包进行分析。

3.1。S/N分析和方差分析

统计分析被执行以找出工艺的参数，其影响极质量特性（切削力和表面粗糙度），并确定每个过程参数的有利的水平，其导致至少切削力和表面粗糙度。

该 通过下式得到切削力和表面粗糙度的比值值，为了优化本研究的工艺，S/N (dB)比越小，特性越好。 在哪里测试/行中测量的数量和是在运行TH的测量值。它包括噪声的影响也是如此。

从S/N比率分析(图4），optimal turning parameters for the cutting force are 0.5 mm of depth of cut, 0.1 mm/rev of feed rate, and 1600 rpm of spindle speed. MJO performed optimally followed by MPO and MO. The optimal turning parameters for surface roughness as obtained from main effect plot of the S/N ratio (Figure五)的切削深度为1.5 mm，进给速度为0.175 mm/rev，主轴转速为800 rpm。MPO在提高加工表面质量方面表现最佳，其次是MJO和MO。因此，与矿物油相比，植物油基切削液在切削力和表面粗糙度方面表现良好。与矿物油相比，植物油具有更好的润滑性、更高的粘度指数和更好的导热性，从而降低了切削力。这是因为改性后的产物对分子的破坏或在较高温度下的分子重排具有更强的抵抗力，从而改善了氧分子的存在或不存在[7]。前人的研究也证实了化学改性植物油在金属表面具有更好的润滑性能和更强的吸附膜[33]。相对于表面粗糙度较好的性能是由于这样的事实，植物油的长碳链对应于更强的吸附膜，其提高了表面质量[34]。

粘度，速度和进料的对响应参数的影响，即，切削力和表面粗糙度，使用ANOVA测定。从表五和6观察发现，切削液、速度、切削深度和进给率对切削力的影响分别为0.1%、5%、63%和28%。切削液、切削速度、切削深度和进给率对表面粗糙度的影响分别为10.65%、5.73%、4.13%和61.68%。

3.2。回归分析

对所得到的数据的多个回归分析使用Minitab 17.独立变量是切削液，主轴转速，进料速率和切深的粘度进行。因变量是切削力和表面粗糙度。单独的回归模型都建立了预测切削力和表面粗糙度。得到的回归方程是 [R为切割力和表面粗糙度-sq值是93％和78％，分别在那里[R-sq是相关系数和应该在多次线性回归分析是在0.8和1之间[35]。它提供了实验结果和预测结果之间的相关性。从回归模型中得到的切削力和表面粗糙度等观测参数的实际值和预测值的比较结果如图所示6和7。并且可以看出，切割力和表面粗糙度实验观察，并通过建立的回归模型的预测值接近。

将对该特定运行执行确认测试。利用回归模型，对随机选择的试验进行了切削力和表面粗糙度的预测。验证实验结果见表7和8显示的预测值和实际值之间的差。对于可靠的统计分析，误差值必须小于20％。两个组的值进行比较，并计算误差百分比。的11.39％的最大误差观察其在可接受的范围内找到。

3.3。刀具磨损行为

可以观察到，它被修改了Pongamia油显示较少的工具磨损(264.59)μm)为所选切削参数，其次为矿物油(558.15)μ米)和修改麻疯树油（577.51 μ米)。8工具显示SEM图像侧翼为不同的油样磨损。从图8(一个)和8 (b)可见，在植物油作为切削液存在的情况下，刀具的磨损是由于刀具与工件之间的摩擦造成的。在图8 (c)，摩擦或剥离掉硬质合金刀片的是观察基切削液矿物油。化学改性工艺显著增加植物油的极性官能。在两个酯链之间的相互作用麻疯树和Pongamia分子变得更强，从而增加了金属表面的吸附电位。因此，由于油样的极性结构，改性植物油在接触表面形成保护层，减少磨损和摩擦，从而降低了刀具磨损[36]。

4.结论

基于田口技术的统计方法对结果的分析表明，在使用MJO作为切削液的情况下，对于进给速率为0.1 mm/rev，切削深度为0.5 mm，转速为1600 rpm时，在转弯过程中产生的力是最合适的。观察到MPO作为切削液在低速时具有良好的表面光洁度，MJO作为切削液在高速时具有良好的表面光洁度。回归分析表明，切削力和表面粗糙度的实验值和预测值的百分比误差均在可接受的范围内。因此，的修改版本Pongamia和麻疯树油作为直切削液作为环保型、可生物降解的金属切削液具有巨大的应用潜力。

数据可用性

用来支持这项研究的结果的数据是可用的，请相应的作者。

的利益冲突

作者宣称，他们没有利益冲突。

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