Tribological study of minimum quantity lubrication (MQL) system for blanking process

Considering environmental apprehensions and the decline of resources across diverse sectors, particularly within the manufacturing domain, there is a growing demand to transition from traditional lubrication practices to more environmentally sustainable methodologies. This thesis explores the potential of Minimum Quantity Lubrication (MQL) as an alternative to conventional flooded lubrication in blanking processes. The study begins with an overview of blanking processes and lubrication systems, highlighting the environmental hazards of mineral oil lubricants and the challenges of eliminating lubricants in metal forming processes due to their crucial role in maintaining product quality and tool longevity. A sequence of trials was carried out to assess the coefficient of friction (COF) among distinct tool materials and workpieces across a range of lubrication circumstances. Results indicated that MQL can achieve COF values comparable to traditional lubrication, suggesting that with optimized process parameters, MQL could replace standard systems. The examination has further investigated the capacity of nano-lubricants to improve the effectiveness of lubrication. Key findings include the significant impact of workpiece surface features—such as roughness, topography, and anisotropy—on the COF and lubricant performance. Tool material properties were also critical, influencing COF and wear during prolonged use. The study revealed that while static COF is primarily affected by tool material strength and hardness, dynamic friction is influenced by lubricant degradation over time. Transitioning to MQL in industrial settings requires comprehensive analysis of lubricant types, tool and workpiece materials, lubrication application methods, and process parameters. Future research will focus on controlled experiments to isolate and study the effects of these factors, including comparisons between bio-lubricants and traditional mineral oils to assess environmental feasibility and performance in metal forming processes.

Considerando le preoccupazioni ambientali e il declino delle risorse in diversi settori, in particolare nel settore manifatturiero, esiste una crescente domanda di transizione dalle pratiche di lubrificazione tradizionali a metodologie più sostenibili dal punto di vista ambientale. Questa tesi esplora il potenziale della lubrificazione a quantità minima (MQL) come alternativa alla tradizionale lubrificazione ad bagno d'olio nei processi di tranciatura. Lo studio inizia con una panoramica dei processi di tranciatura e dei sistemi di lubrificazione, evidenziando i rischi ambientali dei lubrificanti a base di olio minerale e le sfide legate all'eliminazione dei lubrificanti nei processi di formatura dei metalli a causa del loro ruolo cruciale nel mantenimento della qualità del prodotto e della longevità dell'utensile. È stata effettuata una sequenza di prove per valutare il coefficiente di attrito (COF) tra diversi materiali per utensili e pezzi in lavorazione in una serie di circostanze di lubrificazione. I risultati hanno indicato che MQL può raggiungere valori COF paragonabili alla lubrificazione tradizionale, suggerendo che con parametri di processo ottimizzati, MQL potrebbe sostituire i sistemi standard. L'esame ha approfondito ulteriormente la capacità dei nanolubrificanti di migliorare l'efficacia della lubrificazione. I risultati principali includono l’impatto significativo delle caratteristiche della superficie del pezzo, come rugosità, topografia e anisotropia, sul COF e sulle prestazioni del lubrificante. Anche le proprietà dei materiali degli utensili erano critiche, influenzando il COF e l’usura durante l’uso prolungato. Lo studio ha rivelato che mentre il COF statico è influenzato principalmente dalla resistenza e dalla durezza del materiale dell’utensile, l’attrito dinamico è influenzato dal degrado del lubrificante nel tempo. La transizione a MQL in ambienti industriali richiede un'analisi completa dei tipi di lubrificanti, dei materiali degli utensili e dei pezzi, dei metodi di applicazione della lubrificazione e dei parametri di processo. La ricerca futura si concentrerà su esperimenti controllati per isolare e studiare gli effetti di questi fattori, compresi i confronti tra biolubrificanti e oli minerali tradizionali per valutare la fattibilità ambientale e le prestazioni nei processi di formatura dei metalli.