16.09.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Approfondimenti termici, reologici e tribologici sui fluidi da taglio con gli strumenti di analisi NETZSCH
Che si tratti dell'industria automobilistica, della costruzione di aeromobili o della produzione di parti di macchine di precisione, i fluidi da taglio hanno sempre svolto un ruolo fondamentale nel prevenire i danni dovuti al calore e nel garantire il regolare svolgimento di processi produttivi complessi. Le prestazioni termiche, reologiche e tribologiche dei fluidi da taglio sono essenziali per ottimizzare la stabilità del processo e la produttività. Scoprite come gli strumenti di NETZSCH possono aiutarvi.
Oggi i fluidi per la lavorazione dei metalli (MWF) sono essenziali per le moderne operazioni di lavorazione. Prolungano la durata degli utensili, migliorano la finitura superficiale, aumentano l'efficienza del processo e facilitano una gestione termica efficace.
Poiché i processi di produzione diventano sempre più impegnativi, soprattutto in ambienti ad alta velocità e di precisione, la comprensione delle prestazioni termiche, reologiche e tribologiche dei fluidi da taglio è essenziale per ottimizzare la stabilità e la produttività del processo.
Un recente studio, pubblicato sulla rivista Lubricants (MDPI), offre una valutazione comparativa degli oli da taglio e degli MWF a base di acqua in condizioni di lavorazione simulate. Lo studio mira a fornire indicazioni utili sulla formulazione dei fluidi, sulle prestazioni di lubrificazione e sulla dissipazione del calore durante le applicazioni di taglio dei metalli.
Caratterizzazione multiparametrica con le soluzioni di analisi termica e reologia di NETZSCH
Lo studio ha coinvolto dodici fluidi per la lavorazione dei metalli di rilevanza commerciale, valutati con strumentazione di alta precisione da NETZSCH-Gerätebau GmbH.
I test sono stati progettati per simulare accuratamente le sollecitazioni tipiche delle operazioni di lavorazione reali, come il taglio, la pressione di contatto e il carico termico, consentendo così una valutazione approfondita delle caratteristiche di ciascun fluido.
Le misure reologiche sono state condotte con il reometro rotazionaleNETZSCH Kinexus Pro+.
I risultati hanno mostrato un chiaro contrasto: I fluidi da taglio a base d'acqua hanno mostrato un comportamento di Assottigliamento a taglioIl tipo più comune di comportamento non newtoniano è l'assottigliamento al taglio o flusso pseudoplastico, in cui la viscosità del fluido diminuisce all'aumentare del taglio.assottigliamento al taglio, con una viscosità decrescente all'aumentare della velocità di taglio. Queste caratteristiche li rendono adatti a operazioni dinamiche e ad alta velocità, in cui è richiesta l'adattabilità a condizioni variabili. Al contrario, gli oli da taglio hanno mantenuto un profilo più newtoniano, offrendo una viscosità stabile in condizioni di taglio variabili, il che è vantaggioso nei processi stazionari o nelle applicazioni di finitura.
Le prestazioni tribologiche degli MWF sono state valutate utilizzando una tribocella montata sulla stessa piattaforma Kinexus. I risultati hanno dimostrato che gli oli da taglio hanno migliorato le prestazioni di lubrificazione in condizioni di film misto e pieno, in particolare a temperature elevate. Tuttavia, i fluidi a base d'acqua hanno dimostrato caratteristiche di attrito più stabili in una gamma più ampia di velocità e pressioni di contatto, indicando la loro versatilità in configurazioni di lavorazione variabili.
La misurazione del coefficiente di attrito (COF) ha fornito ulteriori informazioni: gli oli da taglio hanno mostrato una maggiore riduzione del COF in condizioni di alta temperatura e alto carico, mentre i refrigeranti a base d'acqua hanno mantenuto un COF più costante, suggerendo prestazioni affidabili in diversi ambienti di lavorazione.
Il comportamento termico degli MWF è stato analizzato utilizzando diversi strumenti NETZSCH.
Utilizzando il DSC 204 F1 Phoenix® , i ricercatori hanno identificato le capacità termiche specifiche e le transizioni di fase, compreso un netto passaggio da solido a liquido intorno a 0°C nei fluidi a base d'acqua.
Questo aspetto è particolarmente rilevante nelle applicazioni che prevedono lo stoccaggio a bassa temperatura o la crio-lavorazione.
L'analizzatore termogravimetrico TG 209 F1 Libra® ha confermato che gli oli da taglio resistono alla degradazione termica meglio delle formulazioni a base d'acqua, decomponendosi a temperature più elevate - un vantaggio in caso di lunghi cicli di lavorazione o zone ad alto calore.
Infine, la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica e la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica sono state misurate con l'analizzatore termogravimetrico LFA 467 HyperFlash®, dimostrando che gli MWF a base d'acqua superano gli oli da taglio in entrambe le metriche. Per mantenere il controllo della temperatura di processo ed evitare i danni causati dal calore agli utensili e ai pezzi è necessaria una capacità di trasferimento del calore superiore.
Collaborazione tra istituzioni
Lo studio è il risultato di una stretta collaborazione tra NETZSCH-Gerätebau GmbH e l'Università Leibniz di Hannover.
I co-autori di NETZSCH hanno contribuito con la loro esperienza tecnica nell'analisi termica e nella caratterizzazione reologica, supportando lo sviluppo di una metodologia robusta e di un quadro di interpretazione dei dati. La sinergia tra ricerca accademica e strumentazione industriale ha facilitato un confronto completo delle proprietà dei refrigeranti e delle strategie di lubrificazione per la lavorazione dei metalli.
Questo studio offre un prezioso set di dati e una metodologia di riferimento per i professionisti coinvolti nella selezione dei fluidi per la lavorazione, nello sviluppo dei refrigeranti o nella simulazione dei processi di taglio.
Per esplorare i metodi, i dati e i risultati completi, si rimanda all'articolo completo, disponibile in open access:
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