Оценка эффективности обработки при точении с использованием экологически чистых наножидкостей на основе оксида меди

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В настоящее время наблюдается растущий спрос на экологически чистые смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) для обработки материалов резанием, что обусловлено их нетоксичностью, устойчивостью, высокой эффективностью и способностью улучшать качество поверхности. Эти жидкости поддерживают принципы экологичного производства и обеспечивают безопасную рабочую среду. Наножидкости на основе оксида меди обеспечивают повышенную теплопередачу, безопасность, а также снижают износ инструмента и силы резания. Цель работы. Настоящее исследование посвящено оценке эффективности СОЖ на основе оксида меди в процессах точения с целью поддержания устойчивого и экологически осознанного производства. В работе исследуется точение стали SS 304 с использованием наножидкостей с разной концентрацией оксида меди. Методы исследования. В данном исследовании процесс точения испытывался в различных условиях обработки с использованием СОЖ, содержащей разные концентрации наночастиц оксида меди (0,3, 0,6, 0,9, 1,2 и 1,5 %). В качестве базового масла выбрано кукурузное масло, в котором были диспергированы наночастицы оксида меди. Испытания по обработке проводились в различных условиях: сухое точение, мокрое точение, точение в условиях использования минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости (MQL) и MQL с наномодификацией (nMQL). Был проведен сравнительный анализ для оценки температуры резания и сил резания. Результаты и обсуждение. Результаты показали, что применение 1,2%-й наножидкости оксида меди привело к значительному снижению силы резания и температуры резания, приблизительно на 17,54 и 29,53 % соответственно, по сравнению с обработкой в условиях сухого точения и традиционного мокрого точения. Кроме того, отмечено, что наножидкость участвует в образовании защитной пленки на границе раздела «инструмент – заготовка», что снижает износ инструмента. Эти результаты подчеркивают потенциал экологически чистых СОЖ на основе оксида меди для повышения эффективности операций точения и содействия экологически устойчивым методам.

Об авторах

Джаввади Эшвара Маниканта

Женский инженерный колледж Шри Вишну (A)

Email: manijem66@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0881-4899
Scopus Author ID: 57223316697
ResearcherId: HJB-3990-2022

канд. техн. наук, доцент

Индия, 534202, Индия, Бхимаварам, Андхра-Прадеш

Нитин Амбхор

Технологический институт Вишвакармы

Email: nitin.ambhore@vit.edu
ORCID iD: 0000-0001-8468-8057
Scopus Author ID: 56986482000

канд. техн. наук, доцент

Индия, 411037, Индия, Махараштра, Пуна

Кришна Бирудугадда Мурти

Институт технологий и инженерии Саси

Email: bkmurthy@sasi.ac.in
ORCID iD: 0009-0007-4457-0266
Scopus Author ID: 58104851000

канд. техн. наук, доцент

Индия, 534101, Индия, Тадепаллигудем

Г. Р. Теллапутта

Инженерно-технологический колледж Св. Анны

Email: drtgopalarao@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5622-4140
Scopus Author ID: 57194035766

доктор техн. наук, профессор

Индия, 523187, Индия, Чирала, Андхра-Прадеш

Девендра Агравал

Инженерный колледж

Автор, ответственный за переписку.
Email: dpagrawal@engg.svpm.org.in
ORCID iD: 0000-0002-2477-1841
Scopus Author ID: 56335664600

канд. техн. наук, доцент

Индия, 413115, Индия, Малегаон Будрук, Барамати, Махараштра, Пуна

Список литературы

  1. Sustainable machining: enhancing performance with vegetable oil-based nano cutting fluids / J.E. Manikanta, N. Ambhore, C. Nikhare, N.K. Gurajala, Hari Krishna Ch // Discover Materials. – 2025. – Vol. 5. – P. 63. – doi: 10.1007/s43939-025-00236-4.
  2. A review on sustainable alternatives for conventional cutting fluid applications for improved machinability / D.J. Hiran Gabriel, M. Parthiban, I. Kantharaj, N. Beemkumar // Machining Science and Technology. – 2023. – Vol. 27 (2). – P. 157–207. – doi: 10.1080/10910344.2023.2194966.
  3. Application of nanofluids as cutting fluids in machining operations: A brief review / L. Ben Said, L. Kolsi, K. Ghachem, M. Almeshaal, C. Maatki // Applied Nanoscience. – 2023. – Vol. 13 (6). – P. 4247–4278. – doi: 10.1007/s13204-021-02140-8.
  4. Analysis of machining performance in turning with trihybrid nanofluids and minimum quantity lubrication / J.E. Manikanta, M. Abdullah, N. Ambhore, T.K. Kotteda // Scientific Reports. – 2025. – Vol. 15 (1). – doi: 10.1038/s41598-025-97039-7.
  5. Investigation on machinability and sustainability aspects during hard turning under GO nanofluid MQL environment for precision and cleaner manufacturing / S. Khatai, A.K. Sahoo, R. Kumar, A. Panda // Precision Engineering. – 2025. – Vol. 95. – P. 379–408. – doi: 10.1016/j.precisioneng.2025.05.006.
  6. Nanoparticle-based cutting fluids in drilling: A recent review / A. Adil, T. Baig, F. Jamil, M. Farhan, M. Shehryar, H.M. Ali, S. Khushnood // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 131 (5). – P. 2247–2264. – doi: 10.1007/s00170-023-11048-2.
  7. Evaluation of new vegetable-based cutting fluids on thrust force and surface roughness in drilling of AISI 304 using Taguchi method / E. Kuram, B. Ozcelik, E. Demirbas, E. Sik, I.N. Tansel // Materials and Manufacturing Processes. – 2011. – Vol. 26 (9). – P. 1136–1146. – doi: 10.1080/10426914.2010.536933.
  8. Influence of graphene nanosheets on thermo-physical and tribological properties of sustainable cutting fluids for MQL application in machining processes / V. Baldin, L.R.R. da Silva, R.V. Gelamo, A.B. Iglesias, R.B. da Silva, N. Khanna, A. Rocha Machado // Lubricants. – 2022. – Vol. 10 (8). – doi: 10.3390/lubricants10080193.
  9. An experimental evaluation of SiO2 nano cutting fluids in CNC turning of aluminium alloy AL319 via MQL technique / A.M. Syafiq, A.A.M. Redhwan, A.A. Hazim, A.R.M. Aminullah, S.Z. Ariffin, W. Nughoro, A. Arifuddin, A.B.S. Hawa // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. – Vol. 1068 (1). – P. 1–11. – doi: 10.1088/1757-899X/1068/1/012009.
  10. Shuang Y., John M., Songlin D. Experimental investigation on the performance and mechanism of graphene oxide nanofluids in turning Ti-6Al-4V // Journal of Manufacturing Processes. – 2019. – Vol. 43. – P. 164–174. – doi: 10.1016/j.jmapro.2019.05.005.
  11. Emami M., Karimipour A. Theoretical and experimental study of the chatter vibration in wet and MQL machining conditions in turning process // Precision Engineering. – 2021. – Vol. 72. – P. 41–58. – doi: 10.1016/j.precisioneng.2021.04.006.
  12. Sustainable turning of Inconel 718 nickel alloy using MQL strategy based on graphene nanofluids / L. Gong, R. Bertolini, A. Ghiotti, N. He, S. Bruschi // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 108 (9). – P. 3159–3174. – doi: 10.1007/s00170-020-05626-x.
  13. Makhesana M.A., Patel K.M. Performance assessment of vegetable oil-based nanofluid in Minimum Quantity Lubrication (MQL) during machining of Inconel 718 // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2022. – Vol. 8 (3). – P. 3182–3198.
  14. Kumar M.S., Krishna V.M. An investigation on turning AISI 1018 steel with hybrid biodegradeable nanofluid/MQL incorporated with combinations of CuO-Al2O3 nanoparticles // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 24. – P. 1577–1584. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.04.478.
  15. Performance evaluation of vegetable oil based nano cutting fluids in machining using grey relational analysis – A step towards sustainable manufacturing / P. Rapeti, V.K. Pasam, K.M. Gurram, R.S. Revuru // Journal of Cleaner Production. – 2018. – Vol. 172. – P. 2862–2875. – doi: 10.1016/j.jclepro.2017.11.127.
  16. Estellé P., Halelfadl S., Maré T. Thermophysical properties and heat transfer performance of carbon nanotubes water-based nanofluids // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2017. – Vol. 127 (3). – P. 2075–2081. – doi: 10.1007/s10973-016-5833-8.
  17. An approach to cleaner production for machining hardened steel using different cooling-lubrication conditions / M. Mia, M.K. Gupta, G. Singh, G. Królczyk, D.Y. Pimenov // Journal of Cleaner Production. – 2018. – Vol. 187. – P. 1069–1081. – doi: 10.1016/j.jclepro.2018.03.279.
  18. Berger Bioucas F.E., Koller T.M., Fröba A.P. Effective thermal conductivity of nanofluids containing silicon dioxide, titanium dioxide, copper oxide, polystyrene, or polymethylmethacrylate nanoparticles dispersed in water, ethylene glycol, or glycerol // International Journal of Thermophysics. – 2025. – Vol. 46 (2). – doi: 10.1007/s10765-024-03488-z.
  19. Padmini R., Krishna P.V., Mohana Rao G.K. Experimental evaluation of nano-molybdenum disulphide and nano-boric acid suspensions in vegetable oils as prospective cutting fluids during turning of AISI 1040 steel // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. – 2016. – Vol. 230 (5). – P. 493–505. – doi: 10.1177/1350650115601.
  20. Shrivastava A., Gangopadhyay S. Evaluation of adequacy of lubricants in MQL micro-drilling by a developed analytical model and experiments // Journal of Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 8 (101). – P. 1592–1604. – doi: 10.1016/j.jmapro.2023.07.017.
  21. Influence of nano-minimum quantity lubrication with MoS2 and CuO nanoparticles on cutting forces and surface roughness during grinding of AISI D2 steel / A. Azami, Z. Salahshournejad, E. Shakouri, A.R. Sharifi, P. Saraeian // Journal of Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 3 (87). – P. 209–220. – doi: 10.1016/j.jmapro.2023.01.029.
  22. Sharma A.K., Tiwari A.K., Dixit A.R. Effects of minimum quantity lubrication (MQL) in machining processes using conventional and nanofluid based cutting fluids: A comprehensive review // Journal of Cleaner Production. – 2016. – Vol. 2 (127), pp. 1–8. – doi: 10.1016/j.jclepro.2016.03.146.
  23. Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Теллапутта Г.Р. Исследование СОЖ с использованием растительного масла, усиленного добавлением наночастиц, при токарной обработке // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 20–33. – doi: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-20-33.
  24. Virdi R.L., Chatha S.S., Singh H. Processing characteristics of different vegetable oil-based nanofluid MQL for grinding of Ni-Cr alloy // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2022. – Vol. 8 (1). – P. 210–223. – doi: 10.1007/s40684-018-0035-4.
  25. Assessment of jojoba as a pure and nano-fluid base oil in minimum quantity lubrication (MQL) hard-turning of Ti–6Al–4V: A step towards sustainable machining / G. Gaurav, A. Sharma, G.S. Dangayach, M.L. Meena // Journal of Cleaner Production. – 2020. – Vol. 272. – doi: 10.1016/j.jclepro.2020.122553.

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 с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».