Modern machining involves more dependence on green manufacturing techniques. Minimum Quantity Cooling Lubrication (MQCL) of machining processes has replaced conventional flood cooling in many applications, involving various materials and cutting conditions. The use of this technique results in considerable reductions in the quantity of lubricant used, reducing manufacturing costs as well as the impact of the process on the environment. With the objective of achieving a fuller understanding of this technology, an interest has been taken in the properties of the aerosol, and their impact on machining performance. This study presents an attempt to understand these properties through the use of experimental and numerical flow visualization techniques, followed by machining experiments. The Particle Image Velocimetry study revealed how the MQCL nozzle geometry and the injection parameters (air and lubricant flow rates) which control the Sauter Mean Diameter (SMD) of the resulting droplets, affect the flow, and that droplets with smaller SMD are more capable of following the air flow. Computational Fluid Dynamics simulations showed that a single-phase (air only) simulation is sufficient in describing the flow, when comparing the simulation and experimental (real flow) PIV results. They also revealed that the potential thermal benefits of the air flow can be achieved if the nozzle orientation vis-à-vis a model tool is exploited. Comparisons of MQCL with conventional flood cooling and dry machining modes in milling of Carbon-Fibre Reinforced Plastics (CFRP) revealed that the benefit of MQCL (namely lower tool wear and higher geometric accuracy of the machined part), can be achieved if the atomization parameters are set for appropriate lubrication and SMD size. / L'usinage moderne implique plus de dépendance des techniques de manufacture verte. La micro-lubrification (Minimum Quantity Cooling Lubrication) des processus d'usinage a remplacé l'arrosage conventionnel dans le cas de plusieurs applications, impliquant des matériaux et des conditions d'usinage variés. L'usage de cette méthode mène à des réductions considérables de la quantité de lubrifiant utilisé, réduisant ainsi les coûts de fabrication ainsi que l'impact du processus sur l'environnement. Un intérêt a été porté aux propriétés de l'aérosol, et leurs effets sur la qualité de l'usinage, ayant pour objectif une meilleure compréhension de cette technologie. Cette étude est une tentative de mieux comprendre ces propriétés à travers l'usage des techniques de visualisation de débit expérimentaux et numériques, suivis par des essais d'usinage. L'étude Particle Image Velocimetry (PIV) a démontré comment la géométrie de la buse el les paramètres d'injection (débits d'air et de lubrifiant) qui contrôlent la taille du diamètre moyen de Sauter (SMD) des gouttelettes résultantes, affectent le débit, mais aussi que les bulles ayants les tailles SMD les plus petites sont les plus efficace lorsqu'il s'agit de suivre le débit de l'air. Des essais numériques (Computational Fluid Dynamics) ont démontré que des simulations monophasiques (air seulement) sont suffisantes pour bien décrire le débit, en comparant avec les résultats du PIV (débit réel). Ils ont aussi démontré que les avantages thermiques de l'air peuvent être obtenus si la position de la buse vis à vis de l'outil est exploitée. Des comparaisons entre l'MQCL et de arrosage conventionnel et usinage à sec lors d'essais de fraisage de plastique à renfort fibre de carbone (PRFC) ont montré que les avantages de l'MQCL, notamment un usage réduit et une plus grande efficacité géométrique de la pièce usinée, peuvent être obtenus si les paramètres d'atomisation sont choisis pour une lubrification suffisante et taille SMD appropriée.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.119384 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Iskandar, Youssef |
| Contributors | Mahmoud Helmi Attia (Internal/Supervisor), Vincent Thomson (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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