Sustainable milling of Ti–6Al–4V: A trade-off between energy efficiency, carbon emissions and machining characteristics under MQL and cryogenic environment

机械加工 润滑 表面粗糙度 材料科学 表面光洁度 机械工程 刀具磨损 碳纤维 冶金 工艺工程 环境科学 复合材料 工程类 地质学 地貌学 复合数
作者
Muhammad Jamil,Wei Zhao,Ning He,Munish Kumar Gupta,Murat Sarıkaya,Aqib Mashood Khan,Sanjay Mavinkere Rangappa,Suchart Siengchin,Danil Yurievich Pimenov
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier]
卷期号:281: 125374-125374 被引量:124
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2020.125374
摘要

The urgent need for an innocuous and sustainable machining system is essential in this modern manufacturing era. Therefore, a study is devoted to fulfilling a missing bridge between sustainability measures (process time, specific cutting energy, energy efficiency, carbon emissions) and machining characteristics (tool wear, surface roughness, cutting temperature) in the milling of Ti–6Al–4V. The experiments are organized by implementing the minimum quantity lubrication (MQL), CO2-snow, and cryogenic-LN2 under varying end-mill geometries and cutting conditions. The results obtained have underscored the outperformed CO2-snow followed by cryogenic-LN2, MQL, and dry cutting conditions regarding sustainability measures and machining characteristics. The up-milling of 42° helix angle cutter and CO2-snow outperformed by reducing 47% of surface roughness, 50% extended tool life compared to dry cutting. The cryogenic-LN2 provided minimum cutting temperature flowed by CO2-snow, MQL, and dry cutting, respectively. Besides, the up-milling tool of the 42° helix angle provided better machining characteristics than the down-milling tool of the 30° helix angle. The feasibility of CO2-snow was comprehensively expressed and implemented in the milling process to extend the advanced analysis.

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