Obrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceObrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceОбработка металлов (технология • оборудование • инструменты)1994-63092541-819XНовосибирский государственный технический университет39225110.17212/1994-6309-2026-28.1-152-175EQUIPMENT. INSTRUMENTSОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫResearch ArticleTurning Inconel 718 with a self-propelled rotary tool using a hybrid nanofluid under minimum quantity lubricationТочение сплава Inconel 718 ротационным инструментом с собственным приводом при использовании гибридной наножидкости в условиях охлаждения минимальным количеством смазочно-охлаждающей жидкости (MQL)https://orcid.org/0000-0002-4175-309855573644700AAR-7619-2021ChinchanikarSatishЧинчаникарСатиш
India

D.Sc. (Engineering), Professor

доктор техн. наук, профессор

satish.chinchanikar@vit.eduhttps://scholar.google.com/citations?user=iRzKOQEAAAAJhttps://orcid.org/0000-0001-9062-834157203041991AAD-1872-2022MotgiN.МотгиН.
India

Ph.D. (Engineering), Research Scholar

канд. техн. наук

motginitin@gmail.comhttps://scholar.google.com/citations?user=TLVes7cAAAAJ&hl=enVishwakarma Institute of Technology, Affiliated to Savitribai Phule Pune UniversityТехнологический институт Вишвакарма, филиал Университета Савитрибай Пхуле ПуныVishwakarma Institute of Information Technology, Affiliated to Savitribai Phule Pune UniversityИнститут информационных технологий Вишвакарма, филиал Университета Савитрибай Пхуле ПуныD.Y. Patil International UniversityМеждународный университет имени Д.И. Патила15032026281VOL 28, NO1 (2026)ТОМ 28, №1 (2026)15217507032026Copyright ©; 2026, Chinchanikar S., Motgi N.Copyright ©; 2026, Чинчаникар С., Мотги Н.2026Chinchanikar S., Motgi N.Чинчаникар С., Мотги Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/392251

Introduction. Superalloys like nickel ones are crucial in aircraft construction, rocket production, and, more broadly, in the aviation industry due to their hard-wearing, and high-strength properties, but high machining temperatures pose challenges to their machinability. Manufacturers are always looking for new ways to improve these materials' machinability using cutting-edge cutting tool technologies and suitable cooling methods. In this context, rotary tools have shown significant potential for better performance in machining challenging materials. The purpose of the work. It is essential to comprehend geometric dimensioning and tolerance (GD&T) parameters when machining aerospace alloys to ensure precision and interchangeability in parts manufacturing. However, limited studies have investigated these parameters while considering the effect of nanofluids during turning with rotary tools. Methods of investigation. This study explores the turning of Inconel 718 with a hybrid nanofluid under minimum quantity lubrication (NFMQL) conditions using a self-propelled rotary tool (SPRT). Nanofluids were prepared by mixing Al?O? and multi-walled carbon nanotubes in palm oil. The analysis of worn tools was performed through optical and SEM images. Further, the radial GD&T parameters, such as circularity, cylindricity, radial runout, surface roughness, tool life, and workpiece hardness, are discussed as they vary with the cutting conditions. Additionally, the technique for order of preference by similarity to the ideal solution (TOPSIS) in association with a genetic algorithm (GA) was used to generate Pareto solutions and select the optimal compromise solution. The work with the optimized parameters is finally summarized. Results and Discussion. A hybrid nanofluid under NFMQL conditions was used to assess the processability of Inconel 718 during turning with an SPRT. The circularity, cylindricity, radial runout, and machined surface characteristics were investigated. The worn tools have been examined through optical and scanning electron microscopy images. Surface roughness and tool life are significantly affected by feed and cutting speed, while cylindricity is strongly impacted by the depth of cut. Pareto fronts and the best compromise solutions were obtained using a genetic algorithm integrated with TOPSIS. This study found that turning Inconel 718 at a feed rate and depth of cut of 0.1 mm/rev and 0.2 mm, respectively, and a cutting speed between 30–60 m/min could achieve circularity and cylindricity deviations of up to 5.68 µm and radial runout of up to 0.43 mm, as well as surface roughness, tool life, and workpiece hardness in the ranges of 1.07–1.54 µm, 3.46–8.44 min, and 36–38 HRC, respectively. This research provides valuable insights for designing an SPRT and promoting its wide adoption and application in the machining domain for machining superalloys. This study suggests exploring nanoparticle agglomeration in nanofluids and the use of additives to improve machining efficiency. Additionally, this research identifies opportunities to enhance machining performance under NFMQL conditions by utilizing micro-textured SPRTs with nanofluids, addressing concerns related to machined surface integrity.

Введение. Жаропрочные сплавы, в частности никелевые, имеют критическое значение в авиа- и ракетостроении, а также в аэрокосмической отрасли в целом благодаря сочетанию высокой износостойкости и прочности. Однако существенный нагрев в зоне резания при их механической обработке создает значительные технологические сложности. Производители постоянно ведут поиск новых подходов к повышению обрабатываемости таких материалов, применяя передовые технологии механической обработки, современный режущий инструмент и эффективные методы охлаждения. В этом контексте вращающиеся инструменты демонстрируют существенный потенциал для повышения производительности при обработке труднообрабатываемых материалов. Цель работы. Корректное определение геометрических характеристик и допусков (GD&T) при обработке аэрокосмических сплавов, что является ключевым для обеспечения точности и взаимозаменяемости деталей. Тем не менее влияние наножидкостей на эти параметры в процессе точения вращающимися инструментами изучено недостаточно. Методы исследования. В работе исследовался процесс точения сплава Inconel 718 с применением гибридной наножидкости в режиме охлаждения минимальным количеством СОЖ (NFMQL) и использовался ротационный инструмент с собственным приводом (SPRT). Наножидкость была получена диспергированием наночастиц Al?O? и многослойных углеродных нанотрубок в пальмовом масле. Износ инструмента оценивался по данным оптической и сканирующей электронной микроскопии. Проанализирована зависимость радиальных параметров GD&T (отклонение от круглости, цилиндричности, радиальное биение), шероховатости поверхности, стойкости инструмента и твердости заготовки от режимов резания. Для определения оптимальных компромиссных параметров обработки и построения фронта Парето использовалась комбинация метода TOPSIS (техника упорядочения предпочтений по сходству с идеальным решением) и генетического алгоритма (GA). В завершение представлены обобщенные результаты оптимизации. Результаты и обсуждение. Для оценки обрабатываемости сплава Inconel 718 при точении инструментом SPRT в условиях NFMQL применялась гибридная наножидкость. Исследованы отклонения от круглости и цилиндричности, радиальное биение, а также характеристики обработанной поверхности. Анализ износа инструмента выполнялся методами оптической и сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что шероховатость поверхности и стойкость инструмента в наибольшей степени зависят от подачи и скорости резания, в то время как отклонение от цилиндричности наиболее чувствительно к глубине резания. С помощью комбинации генетического алгоритма и метода TOPSIS были получены фронт Парето и набор наилучших компромиссных решений. Показано, что точение сплава Inconel 718 при подаче 0,1 мм/об, глубине резания 0,2 мм и скорости резания 30…60 м/мин позволяет достичь отклонений от круглости и цилиндричности до 5,68 мкм, радиального биения – до 0,43 мм, а также следующих диапазонов значений: шероховатость поверхности 1,07…1,54 мкм, стойкость инструмента 3,46…8,44 мин, твердость заготовки 36…38 HRC. Результаты работы представляют ценность для проектирования самовращающихся инструментов и способствуют их широкому внедрению в практику обработки жаропрочных сплавов. Перспективными направлениями дальнейших исследований являются изучение агломерации наночастиц в наножидкостях и применение модифицирующих присадок для повышения эффективности обработки. Кроме того, потенциал повышения производительности в условиях NFMQL может быть реализован за счет использования микротекстурированных самоустанавливающихся вращающихся инструментов в комбинации с наножидкостями, что также позволит улучшить показатели целостности поверхностного слоя.

TurningInconel 718MQLRotary toolNanofluidТочениеInconel 718MQLВращающийся инструментНаножидкостьRajurkar A., Chinchanikar S. Investigations on homothetic and hybrid micro-textured tools during turning Inconel-718 // Materials and Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 39 (4). – P. 529–545. – DOI: 10.1080/10426914.2023.2236188.Rajurkar A., Chinchanikar S. Investigation on the effect of laser parameters and hatch patterns on the dimensional accuracy of micro-dimple and micro-channel texture geometries // International Journal on Interactive Design and Manufacturing. – 2024. – Vol. 18. – P. 7021–7038. – DOI: 10.1007/s12008-023-01258-z.Kulkarni P., Chinchanikar S. A review on machining of nickel-based superalloys using nanofluids under minimum quantity lubrication (NFMQL) // Journal of the Institution of Engineers (India): Series C. – 2023. – Vol. 104 (1). – P. 183–199. – DOI: 10.1007/s40032-022-00905-w.Shafiq A., Çolak A.B., Sindhu T.N. Significance of EMHD graphene oxide (GO) water ethylene glycol nanofluid flow in a Darcy–Forchheimer medium by machine learning algorithm // The European Physical Journal Plus. – 2023. – Vol. 138 (3). – P. 213. – DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-03798-5.Chinchanikar S., Kore S.S., Hujare P. A review on nanofluids in minimum quantity lubrication machining // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 68 (A). – P. 56–70. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.05.028.Effect of nanoparticles in cutting fluid for structural machining of Inconel 718 / A. Faheem, T. Husain, F. Hasan, V Murtaza // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2022. – Vol. 8 (1). – P. 259–276. – DOI: 10.1080/2374068X.2020.1802563.Kulkarni P., Chinchanikar S. Machinability of Inconel 718 using unitary and hybrid nanofluids under minimum quantity lubrication // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2024. – Vol. 11 (1). – P. 421–449. – DOI: 10.1080/2374068X.2024.2307103.Kulkarni P., Chinchanikar S. Machining effects and multi-objective optimization in Inconel 718 turning with unitary and hybrid nanofluids under MQL // Fracture and Structural Integrity. – 2024. – Vol. 18 (68). – P. 222–241. – DOI: 10.3221/IGF-ESIS.68.15.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. – DOI: 10.1080/2374068X.2021.1945305.On machining hardened steel AISI 4140 with self-propelled rotary tools: experimental investigation and analysis / W. Ahmed, H. Hegab, A. Mohany, H. Kishawy // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 113 (11–12). – P. 3163–3176. – DOI: 10.1007/s00170-021-06827-8.Chinchanikar S., Motgi N. Machinability studies with radial GD&T parameters during turning Inconel 718 using a custom-designed self-propelled rotary tool: a GA-TOPSIS multi-objective optimisation approach // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2025. – P. 1–21. – DOI: 10.1080/2374068X.2025.2497768.Motgi N., Chinchanikar S. A review on self-propelled rotary tools: a comparative with fixed-tool machining, modeling, design, and developments // Advances in Manufacturing Engineering: Select proceedings of ICFAMMT 2024. – Singapore: Springer, 2024. – P. 3–20. – (Lecture Notes in Mechanical Engineering). – DOI: 10.1007/978-981-97-4324-7_1.Chinchanikar S., Motgi N. Tool wear evaluation of self-propelled rotary tool and conventional round tool during turning Inconel 718 // Fracture and Structural Integrity. – 2024. – Vol. 18 (70). – P. 242–256. – DOI: 10.3221/IGF-ESIS.70.14.Li L., Kishawy H.A. A model for cutting forces generated during machining with self-propelled rotary tools // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2006. – Vol. 46 (12–13). – P. 1388–1394. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2005.10.003.Emiroglu U. Experimental study on turning with self-propelled rotary cutting tool // Journal of Thermal Engineering. – 2017. – Vol. 3 (6). – P. 1553–1560.High-speed rotary cutting of difficult-to-cut materials on multitasking lathe / H. Sasahara, A. Kato, H. Nakajima, H. Yamamoto, T. Muraki, M. Tsutsumi // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2008. – Vol. 48 (7–8). – P. 841–850. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2007.12.002.Kossakowska J., Jemielniak K. Application of self-propelled rotary tools for turning of difficult-to-machine materials // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1. – P. 425–430. – DOI: 10.1016/j.procir.2012.04.076.Asokan P., Senthilkumaar J.S. Intelligent selection of machining parameters in turning of Inconel-718 using multi objective optimisation coupled with MADM // International Journal of Machining and Machinability of Materials. – 2010. – Vol. 8 (1–2). – P. 209–225. – DOI: 10.1504/IJMMM.2010.034497.Multi-objective optimization of turning for nickel-based alloys using Taguchi-GRA and TOPSIS approaches / P. Mastan Rao, Ch. Deva Raj, S.H. Dhoria, M. Vijaya, J.R.R. Chowdary // Journal of the Institution of Engineers (India): Series D. – 2024. – Vol. 105 (3). – P. 1473–1484. – DOI: 10.1007/s40033-023-00554-y.Optimization of surface roughness, tool wear and material removal rate in turning of Inconel 718 with ceramic composite tools using MCDM methods based on Taguchi methodology / H. Boumaza, S. Belhadi, M.A. Yallese, K. Safi, A. Haddad // Sadhana. – 2023. – Vol. 48 (1). – P. 1. – DOI: 10.1007/s12046-022-02060-5.Machinablity analysis and optimisation of process paramater in the turining of Inconel 718 alloy using multi criteria decision making method: A comparative study / O. Zhou, V. Sivalingam, K. Pandiyan, G. Kumar, J. Sun. – Springer Science and Business Media LLC, 2022. – P. 1–24. – DOI: 10.21203/rs.3.rs-1542507/v1.Roles of new bio-based nanolubricants towards eco-friendly and improved machinability of Inconel 718 alloys / M.A. Ali, A.I. Azmi, M.N. Murad, M.Z. Zain, A.N. Khalil, N.A. Shuaib // Tribology International. – 2020. – Vol. 144. – P. 106106. – DOI: 10.1016/j.triboint.2019.106106.Amrita M., Kamesh B. Optimization of graphene based minimum quantity lubrication of Inconel 718 turning with multiple machining performances // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 39 (4). – P. 1337–1344. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.568.Effect of the physical properties of different vegetable oil-based nanofluids on MQLC grinding temperature of Ni-based alloy / B. Li, C. Li, Y. Zhang, Y. Wang, M. Yang, D. Jia, N. Zhang, Q. Wu // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 89. – P. 3459–3474. – DOI: 10.1007/s00170-016-9324-7.Prediction of damage factor in end milling of glass fibre reinforced plastic composites using artificial neural network / Ö. Erkan, B. Is?k, A. Çiçek, F. Kara // Applied Composite Materials. – 2013. – Vol. 20. – P. 517–536. – DOI: 10.1007/s10443-012-9286-3.Sur G., Erkan Ö. Surface quality optimization of CFRP plates drilled with standard and step drill bits using TAGUCHI, TOPSIS and AHP method // Engineering Computations. – 2021. – Vol. 38 (5). – P. 2163–2187. – DOI: 10.1108/EC-04-2020-0202.