فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

شبیه ‌سازی تأثیر نانوسیالات بر انتقال حرارت داخلی ابزار فرزکاری برای ماشین‌کاری قطعات خودرو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت،تهران،ایران
3 گروه فیزیک، واحد نجف آباد دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
چکیده
ماشین‌کاری با سرعت بالا به عنوان یک روش پیشرفته در تولید قطعات خودرو مطرح است. استفاده از خنک‌کاری داخلی با نانوسیالات در فرآیند فرزکاری با سرعت بالا، به عنوان روشی نوآورانه، می‌تواند منجر به بهبود کیفیت سطح ماشین‌کاری و افزایش عمر ابزار شود. در این پژوهش، با بهره‌گیری از شبیه‌سازی در نرم‌افزار کامسول، تأثیر استفاده از نانوسیالات بر پایه نانو الماس، آب/اتیلن گلیکول و آب/پروپیلن گلیکول در سیستم خنک‌کاری ابزارهای فرزکاری قطعات خودرو بررسی شده است. نتایج نشان داد که افزودن ۵ درصد نانوسیال موجب افزایش بیش از ۱۳ درصدی ضریب انتقال حرارت می‌شود. با افزایش درصد نانوسیال، به دلیل ارتقاء ضریب انتقال حرارت، دمای سیال خنک‌کننده سریع‌تر بالا می‌رود. شبیه‌سازی‌ها مشخص کردند نانوسیالات بر پایه نانو الماس توانایی افزایش انتقال حرارت به میزان ۲ درصد را دارند، در حالی که استفاده از نانوسیالات آب/اتیلن گلیکول و آب/پروپیلن گلیکول میزان انتقال حرارت را حدود ۸ درصد افزایش می‌دهد. از میان گزینه‌های بررسی‌شده، سیال پایه پروپیلن گلیکول به عنوان مناسب‌ترین انتخاب برای خنک‌کاری ابزارهای برشی شناخته شد، زیرا با کاهش چشمگیر دمای منطقه ماشین‌کاری می‌تواند عمر ابزار را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Nanofluids on Internal Cooling of Milling Tools for Vehicle Part Machining

نویسندگان English

Mehrdad Honarmand 1
Hadi Moshrefzadeh-Sani 2
Alireza Hajian 3
Mehdi Hajian 2
1 Department of Mechanical Engineering, Na.C, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
3 Department of Physics, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده English

High-speed machining has emerged as a contemporary technique for manufacturing automotive parts. Accelerating the production process through milling with nano-fluid cooling via an inter-tool channel introduces a novel method to enhance both the durability and the quality of milling operations. This study examines the application of nano-fluids based on nano-diamonds, water-ethylene glycol, and water-propylene glycol in the intercooling systems of milling tools for automotive part production, Through COMSOL simulation, the results reveal that adding 5% nanofluid enhances the heat transfer coefficient by over 13%. Enhancing the concentration of nanofluid improves heat transfer efficiency, leading to a more rapid reduction in fluid temperature. Specifically, nanodiamond-based nano-fluids yield a 2% increase in the heat transfer coefficient, while ethylene glycol-based and water-propylene glycol-based nano-fluids achieve an 8% improvement. Among the tested options, propylene glycol-based fluids emerge as the optimal choice for tool cooling. By reducing the temperature in the machining zone significantly, these fluids effectively enhance the service life of cutting tools.

کلیدواژه‌ها English

Nanofluid
Internal cooling
Milling tool
COMSOL simulation
Heat transfer enhancement
[1]Chan, T. C., Li, J. D., Farooq, U., & Ullah, A. (2024). Improving machining accuracy of complex precision turning-milling machine tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 131(1), 211-227.https://doi.org/10.1007/s00170-024-13088-8
[2]Mohanraj, T., Kirubakaran, E. S., Naren, M. L., & Suganithi Dharshan, P. (2024). Review of advances in tool condition monitoring techniques in the milling process. Measurement Science and Technology, 35(9), 092002. https://doi.org/10.1088/1361-6501/AD519B
[3]Chan, T. C., Li, J. D., Farooq, U., & Ullah, A. (2024). Improving machining accuracy of complex precision turning-milling machine tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 131(1), 211-227. https://doi.org/10.1007/S00170-024-13088-8/METRICS
[4]Maurya, S. K., Campatelli, G., & Veracini, M. (2024). Experimental characterization of energy consumption in 5-axis milling machine and developing optimization strategy. Procedia CIRP, 122, 1024-1029. https://doi.org/10.1016/J.PROCIR.2024.01.138
[5]Lee, S., Choi, S. S., Li, S. A., & Eastman, J. A. (1999). Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles. https://doi.org/10.1115/1.2825978
[6]Xuan, Y., & Li, Q. (2000). Heat transfer enhancement of nanofluids. International Journal of heat and fluid flow, 21(1), 58-64. https://doi.org/10.1016/S0142-727X(99)00067-3
[7]Das, S. K., Putra, N., Thiesen, P., & Roetzel, W. (2003). Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids. Journal of heat transfer, 125(4), 567-574. https://doi.org/10.1115/1.1571080
[8]Xie, H., Wang, J., Xi, T., Liu, Y., Ai, F., & Wu, Q. (2002). Thermal conductivity enhancement of suspensions containing nanosized alumina particles. Journal of applied physics, 91(7), 4568-4572.https://doi.org/10.1063/1.1454184
[9]Rao, S. S., & Srivastava, A. (2016). Interferometric study of natural convection in a differentially-heated cavity with Al2O3–water based dilute nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 92, 1128-1142.  https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.09.074
[10]Bouhalleb, M., & Abbassi, H. (2016). Numerical investigation of heat transfer by CuO–water nanofluid in rectangular enclosures. Heat Transfer Engineering, 37(1), 13-23. https://doi.org/10.1080/01457632.2015.1025003
[11]Sheremet, M. A., Groşan, T., & Pop, I. (2015). Steady-state free convection in right-angle porous trapezoidal cavity filled by a nanofluid: Buongiorno’s mathematical model. European Journal of Mechanics-B/Fluids, 53, 241-250. https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2015.06.003
[12]Sheremet, M. A., Pop, I., & Rahman, M. M. (2015). Three-dimensional natural convection in a porous enclosure filled with a nanofluid using Buongiorno’s mathematical model. International Journal of Heat and Mass Transfer, 82, 396-405. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.11.066
[13] Sheremet, M. A., Pop, I., & Bachok, N. (2016). Effect of thermal dispersion on transient natural convection in a wavy-walled porous cavity filled with a nanofluid: Tiwari and Das’ nanofluid model. International Journal of Heat and Mass Transfer, 92, 1053-1060. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.09.071
[14] Naves, V. T. G., Da Silva, M. B., & Da Silva, F. J. (2013). Evaluation of the effect of application of cutting fluid at high pressure on tool wear during turning operation of AISI 316 austenitic stainless steel. Wear, 302(1-2), 1201-1208. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.03.016
[15]Peng, R., Huang, X., Tang, X., Chen, R., & Hu, Y. (2018). Performance of a pressurized internal-cooling slotted grinding wheel system. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 94(5), 2239-2254. https://doi.org/10.1007/s00170-017-1014-6
[16] Zhang, C., Zhang, S., Yan, X., & Zhang, Q. (2016). Effects of internal cooling channel structures on cutting forces and tool life in side milling of H13 steel under cryogenic minimum quantity lubrication condition. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 83(5), 975-984. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7644-7
[17]Haghparast, M. J., Motahari, A., & Khalaj, G. (2023). The Effect of Applying R410a Refrigerant as a Cooling Fluid on Dimensional Deviation and Surface Roughness in Turning 1045 Steel Compared to Soap-water Fluid. Karafan Journal, 20(3), 193-219. https://karafan.tvu.ac.ir/article_172817.html (in Persian)
[18] Panahizadeh, V., Abootorabi, M. M., & Saliminia, A. (2022). Optimization of Tool Wear and Surface Roughness in Machining with Cryogenic Treated Tool Using Genetic Algorithm. Karafan Journal, 19(1), 565-581. https://karafan.tvu.ac.ir/article_140680.html (in Persian)
[19] Karimzad Ghavidel, A., & Kiani, G. (2021). Experimental Study of the Gaseous Coolants Influence in the Milling of Polytetrafluoroethylene on the Surface Characteristics. Karafan Journal, 18(3), 343-367. https://karafan.tvu.ac.ir/article_130311.html (in Persian)
[20] Wang, C. C., & Chen, C. K. (2002). Forced convection in a wavy-wall channel. International Journal of Heat and Mass Transfer, 45(12), 2587-2595. https://doi.org/10.1016/S0017-9310(01)00335-0
دوره 23، شماره 1
فنی و مهندسی
بهار 1405
صفحه 31-53

  • تاریخ دریافت 30 مهر 1403
  • تاریخ بازنگری 18 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 27 اردیبهشت 1405