Исследование СОЖ с использованием растительного масла, усиленного добавлением наночастиц, при токарной обработке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В настоящее время при токарной обработке начинают постепенно использовать смазочно-охлаждающие жидкости на основе растительных масел с наночастицами, которые обеспечивают устойчивое и высокоэффективное решение за счет улучшения смазки, охлаждения и качества поверхности. Использование смазочно-охлаждающих жидкостей на основе растительных масел с наночастицами также способствует экологически безопасному подходу в обрабатывающей промышленности. Они используются в качестве альтернативы традиционным смазочно-охлаждающим жидкостям, представляющим собой опасные химические смеси, которые создают угрозу для окружающей среды и оператора. Цель работы. Основное внимание в настоящем исследовании уделяется использованию смазочно-охлаждающих жидкостей на основе экологически чистых растительных масел в процессе токарной обработки. В работе исследуется производительность токарной обработки стали AISI 1014 при различных комбинациях и соотношениях наночастиц. Методы исследования. В текущем исследовании в качестве основы использованы пять различных растительных масел, таких как кукурузное масло, кокосовое масло, подсолнечное масло, пальмовое масло и масло семян дерева ним. Для создания наножидкостей в базовую жидкость добавляют CuO, Al2O3, графен и порошкообразные многослойные углеродные нанотрубки. Разработаны смазочно-охлаждающие жидкости с различными концентрациями наночастиц 0,20 %, 0,40 %, 0,60 %, 0,80 % и 1 % по массе, и исследована их производительность при обработке стали AISI 1014. Результаты и обсуждение. Результаты показали, что среди растительных масел кукурузное масло оказывает наибольшее влияние на вязкость и теплопроводность. Наночастицы графена показали многообещающие результаты в снижении силы резания, температуры и шероховатости поверхности. При использовании кукурузного масла, содержащего 0,8 масс. % наночастиц графена, наблюдается снижение силы резания до 104 Н, что на 29,8 % меньше, чем при использовании чистого кукурузного масла. При высокой концентрации (1 масс. %) наночастиц снижение нагрузки уменьшается из-за значительной агломерации наночастиц. Оптимальная концентрация наночастиц в базовой жидкости (кукурузном масле) составляет 0,8 масс. %.

Об авторах

Д. Э. Маниканта

Email: manijem66@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0881-4899
канд. техн. наук, доцент, Женский инженерный колледж Шри Вишну (A), Бхимаварам, Андхра-Прадеш, 534202, Индия, manijem66@gmail.com

Н. Амбхор

Email: nitin.ambhore@viit.ac.in
ORCID iD: 0000-0001-8468-8057
канд. техн. наук, доцент, Технологический институт Вишвакармы, Махараштра, Пуна 411037, Индия, nitin.ambhore@viit.ac.in

Г. Р. Теллапутта

Email: drtgopalarao@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5622-4140
доктор техн. наук, профессор, Инженерно-технологический колледж Св. Анны, Чирала, Андхра-Прадеш, 523187, Индия, drtgopalarao@gmail.com

Список литературы

  1. Ghosh S., Rao P.V. Application of sustainable techniques in metal cutting for enhanced machinability: a review // Journal of Cleaner Production. – 2015. – Vol. 100. – P. 17–34. – doi: 10.1016/j.jclepro.2015.03.039.
  2. O’;Sullivan D., Cotterell M. Temperature measurement in single point turning // Journal of Materials Processing Technology. – 2001. – Vol. 118 (1–3). – P. 301–308. – doi: 10.1016/S0924-0136(01)00853-6.
  3. Waydande R.P., Ghatge D.A. Performance evaluation of cutting parameters for surface roughness & power consumption in turning of 904l stainless steel using vegetable oil based cutting fluids // Advanced Manufacturing and Materials Science: Selected Extended Papers of ICAMMS. – Springer, 2018. – P. 317–325. – doi: 10.1007/978-3-319-76276-0_32.
  4. Evaluation of vegetable based cutting fluids with extreme pressure and cutting parameters in turning of AISI 304L by Taguchi method / M.H. Cetin, B. Ozcelik, E. Kuram, E. Demirbas // Journal of Cleaner Production. – 2011. – Vol. 19. – P. 2049–2056. – doi: 10.1016/j.jclepro.2011.07.013.
  5. Manikanta J.E., Ambhore N., Nikhare C. Application of sustainable techniques in grinding process for enhanced machinability: a review // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2024. – Vol. 46. – doi: 10.1007/s40430-024-04801-5.
  6. Katna R., Suhaib M., Agrawal N. Nonedible vegetable oil-based cutting fluids for machining processes – a review // Materials and Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 35 (1). – P. 1–32. – doi: 10.1080/10426914.2019.1697446.
  7. Examining the role of cutting fluids in machining and efforts to address associated environmental/health concerns / D.P. Adler, W.S. Hii, D.J. Michalek, J.W. Sutherland // Machining Science and Technology. – 2006. – Vol. 10 (1). – P. 23–58. – doi: 10.1080/10910340500534282.
  8. Agrawal S.M., Patil N.G. Experimental study of non edible vegetable oil as a cutting fluid in machining of M2 steel using MQL // Procedia Manufacturing. – 2028. – Vol. 20. – P. 207–212.
  9. Sankaranarayanan R., Krolczyk G.M. A comprehensive review on research developments of vegetable-oil based cutting fluids for sustainable machining challenges // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 67. – P. 286–313. – doi: 10.1016/j.jmapro.2021.05.002.
  10. Sharif M.N., Pervaiz S., Deiab I. Potential of alternative lubrication strategies for metal cutting processes: a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 89. – P. 2447–2479. – doi: 10.1007/s00170-016-9298-5.
  11. Evaluation of crude watermelon oil as lubricant in cylindrical turning of AISI 1525 steel employing Taguchi and grey relational analyses techniques / R.A. Kazeem, D.A. Fadare, I.G. Akande, T.C. Jen, S.A. Akinlabi, E.T. Akinlabi // Heliyon. – 2024. – Vol. 10 (3). – doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e25349.
  12. Machining performance on SS304 using nontoxic, biodegradable vegetable-based cutting fluids / J.E. Manikanta, B.N. Raju, C. Prasad, B.P. Sankar // Chemical Data Collections. – 2022. – Vol. 42. – doi: 10.1016/j.cdc.2022.100961.
  13. Experimental evaluation of the lubrication properties of the wheel/workpiece interface in minimum quantity lubrication (MQL) grinding using different types of vegetable oils / Y. Wang, C. Li, Y. Zhang, M. Yang, B. Li, D. Jia, Y. Hou, C. Mao // Journal of Cleaner Production. – 2016. – Vol. 127. – P. 487–499. – doi: 10.1016/j.jclepro.2016.03.121.
  14. Shaikh J.B., Sidhu J.S. Experimental investigation and optimization of process parameters in turning of AISI D2 steel using different lubricant // International Journal of Engineering and Advanced Technology. – 2014. – Vol. 3 (5). – P. 189–197.
  15. Puttaswamy J.T., Ramachandra J.S. Experimental investigation on the performance of vegetable oil based cutting fluids in drilling AISI 304L using Taguchi technique // Tribology Online. – 2018. – Vol. 13. – P. 60–66. – doi: 10.2474/troll.13.60.
  16. Grinding temperature and energy ratio coefficient in MQL grinding of high-temperature nickel-base alloy by using different vegetable oils as base oil / B. Li, H. Li, Y. Zhang, Y. Wang, D. Jia, M. Yang // Chinese Journal of Aeronautics. – 2016. – Vol. 29 (4). – P. 1084–1095.
  17. End milling of AISI 304 steel using minimum quantity lubrication / M.N. Babu, V. Anandan, N. Muthukrishnan, M. Santhanakumar // Measurement. – 2019. – Vol. 138 (2). – P. 681–689. – doi: 10.1016/j.measurement.2019.01.064.
  18. Radhika A., Rao S., Yogesh K.B. Evaluating machining performance of AISI 1014 steel using gingelly oil as cutting fluid // Australian Journal of Mechanical Engineering. – 2021. – Vol. 19 (4). – P. 445–456. – doi: 10.1080/14484846.2019.1636517.
  19. Experimental evaluation of the lubrication performance of mixtures of castor oil with other vegetable oils in MQL grinding of nickel-based alloy / S. Guo, C. Li, Y. Zhang, Y. Wang, B. Li, M. Yang, X. Zhang, G. Liu // Journal of Cleaner Production. – 2017. – Vol. 140 (3). – P. 1060–1076.
  20. Nanofluids application in machining: a comprehensive review / X. Wang, Y. Song, C. Li, Y. Zhang, H.M. Ali, S. Sharma, R. Li, M. Yang, T. Gao, M. Liu, X. Cui // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2023. – Vol. 131 (5). – doi: 10.1007/s00170-022-10767-2.
  21. Nanoparticle enriched cutting fluids in metal cutting operation: a review / J.E. Manikanta, R.B. Naga, B.S.S. Phanisankar, M. Rajesh, T.K. Kotteda // Recent Advances in Mechanical Engineering. – Springer, 2023. – doi: 10.1007/978-981-19-2188-9_14.
  22. Nam J.S., Lee P.H., Lee S.W. Experimental characterization of micro-drilling process using nanofluid minimum quantity lubrication // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2011. – Vol. 51. – P. 649–652.
  23. Shen B., Shih A., Tung S.C. Application of nanofluids in minimum quantity lubrication grinding // Tribology Transactions. – 2008. – Vol. 51 (6). – P. 730–737.
  24. Vasu V., Reddy G.P.K. Effect of minimum quantity lubrication with Al2O3 nanoparticles on surface roughness, tool wear and temperature dissipation in machining Inconel 600 alloy // Journal of Nanoengineering and Nanosystems. – 2011. – Vol. 225 (1). – P. 3–16.
  25. Reinforced lubrication of vegetable oils with graphene additive in tapping ADC12 aluminum alloy / J. Ni, G. Feng, Z. Meng, T. Hong, Y. Chen, X. Zheng // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 94. – P. 1031–1040.
  26. Experimental assessment of an environmentally friendly grinding process using nanofluid minimum quantity lubrication with cryogenic air / J. Zhang, C. Li, Y. Zhang, M. Yang // Journal of Cleaner Production. – 2018. – Vol. 193. – P. 236–248.
  27. Manojkumar K., Ghosh A. Assessment of cooling-lubrication and wettability characteristics of nano-engineered sunflower oil as cutting fluid and its impact on SQCL grinding performance // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 237. – P. 55–64.
  28. Manikanta J.E., Ambhore N. Nikhare C. Application of sustainable techniques in grinding process for enhanced machinability: a review // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2024. – Vol. 46. – doi: 10.1007/s40430-024-04801-5.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).