ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

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.

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.