CFD quality analysis of air-oil mist distribution system for MQL lubrication

In the last years with the issue of Climate Change is raising the biggest concerns for our future, nations from all over the world have signed to implement policies that will lead to the reduction of their emissions by 2050. Manufacturing industry is one of the main cause of environmental pollution, it is the third biggest contributor to greenhouse gases emissions behind electricity production and transportation. This is due to the energy demand of this sector and due to the materials employed. It is known that oil based cooling/lubrication liquids are one of the most unsustainable elements of machining processes and for this reason reducing and optimizing the use of these in processes is of vital importance. MQL, literally, minimum quantity lubrication, is a lubricating mechanism that employees small quantities of straight oil sent directly to the machining point or the tool in the form of sprays and due to this small oil consumption and effectiveness it has grown its presence in manufacturing processes. The quality of machining and the energy consumed by the process are highly dependent on tool lubrication. Particularly for MQL, the ability to penetrate the cutting point of the particles is what increases its effectiveness when compared to dry machining or emulsion processes. The following thesis aims, therefore, to assess the quality of the spray that reaches the spindle when generated by a new machine from MWM Schmieranlagen, a Milan-based company operating in the sector. To do this, in the wake of previous studies, a series of CFD simulations were carried out with OpenFOAM, evaluating that the curvature of the tubes and the characteristics of the lubricant are what strongly influence the quality of the spray that reaches the spindle and thus the quality of the finished product.

Negli ultimi anni il problema del cambiamento climatico sta sollevando le maggiori preoccupazioni per il nostro futuro, e le nazioni di tutto il mondo hanno firmato per attuare politiche che porteranno alla riduzione delle loro emissioni entro il 2050. L'industria manifatturiera è una delle principali cause di inquinamento ambientale, essendo la terza maggiore responsabile delle emissioni di gas serra dopo la produzione di elettricità e i trasporti. Ciò è dovuto alla domanda di energia di questo settore e ai materiali impiegati. È noto che i liquidi di raffreddamento/lubrificazione a base di olio sono uno degli elementi più insostenibili dei processi di lavorazione e per questo motivo la riduzione e l'ottimizzazione del loro utilizzo nei processi è di vitale importanza. L'MQL, letteralmente minimum quantity lubrication, è un meccanismo di lubrificazione che impiega piccole quantità di olio puro inviate direttamente al punto di lavorazione o all'utensile sotto forma di spruzzi e, grazie a questo consumo ridotto di olio e alla sua efficacia, ha aumentato la sua presenza nei processi produttivi. La qualità della lavorazione e l’energia consumata dal processo dipendono fortemente dalla lubrificazione degli utensili. In particolare per l’MQL la capacità di penetrare nel punto di taglio delle particelle è quello che ne aumenta l’efficacia quando paragonata a processi di dry machnining oppure a emulsione. La seguente tesi si propone, quindi, di valutare la qualità dello spray che raggiunge il mandrino quando viene generato da una nuova macchina di MWM Schmieranlagen, un'azienda milanese che opera nel settore. Per fare ciò, sulla scia di studi precedenti, sono state effettuate una serie di simulazioni CFD con OpenFOAM, valutando che la curvatura dei tubi e le caratteristiche del lubrificante sono ciò che influisce fortemente sulla qualità dello spruzzo che raggiunge il mandrino e quindi sulla qualità del prodotto finito.