The liquid nitrogen as an environmentally safe coolant has been widely recognized in cryogenic machining, its function as a lubricant is plausible due to its chemical inertness, physical volatility and low viscosity. Since a reduced friction is a direct witness of the lubrication effect from a tribological viewpoint, this paper presents an evaluation of the apparent friction coefficient on the tool-chip interface in cryogenic cutting operations to prove and characterize the lubricity of LN2 in cryogenic machining. The cryogenic cutting technology used in this study is based on a cooling approach and liquid nitrogen delivery system which are intended to apply liquid nitrogen in well-controlled fine jets to selectively localized cutting zones and to penetrate liquid nitrogen to the tool-chip interface. It has been found that the apparent friction coefficient can be significantly reduced in cryogenic machining, depending on the approach of liquid nitrogen delivery.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.6
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pp.50-57
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2006
The investigation of microscopic precision in high speed endmilling is necessary for machinability evaluation, and the environmentally conscious machining technology have more important position in recent machining process. The microscopic precision of workpiece is influenced by machining environments variation as cutting fluid type and lubricant method. In this study, the cutting forces according to variation of cooling and lubrication are investigated by specially designed tool dynamometer. And the surface roughness, micro hardness and residual stress are evaluated according to machining environment. The characteristics of damaged layer in environmentally conscious machining and conventional machining using cutting fluid are compared experimentally.
A cutting fluid can improve machining quality and tool life by maintaining the tool toughness and by providing a lubrication effect to reduce the friction between the chip and tool interface. Although liquid nitrogen as an environmentally safe coolant has been widely recognized in cryogenic machining, its function as a lubricant is plausible due to its chemical inertness, physical volatility and low viscosity. Since a reduced friction is a direct witness of the lubrication effect from a tribological viewpoint, this paper presents an evaluation of the apparent friction coefficient on the tool-chip interface in cryogenic cutting operations to prove and characterize the lubricity of LN2 in cryogenic machining. The mathematical approaches have been formulated to derive the normal and frictional forces on the tool-chip interface for the oblique cutting tests.
Nanofluids are dispersions of particles smaller than 100 nm (nanoparticles) in base fluids. They exhibit high thermal conductivity and are mainly applied in cooling applications. Nanolubricants use nanoparticles in base oils as lubricant additives, and have recently started gathering increased attention owing to their potential to improve the tribological and thermal performances of various machinery. Nanolubricants reduce friction and wear, mainly by the action of nanoparticles; however, only a few studies have considered the rheological properties of lubricants. In this study, we adopt a parallel slider bearing model that does not generate geometrical wedge effects, and conduct thermohydrodynamic (THD) analyses to evaluate the effect of higher thermal conductivity and viscosity, which are the main rheological properties of nanolubricants, on the lubrication performances. We use a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT, to numerically analyze the continuity, Navier-Stokes, energy equations with temperature-viscosity-density relations, and thermal conductivity and viscosity models of the nanolubricant. The results show the temperature and pressure distributions, load-carrying capacity (LCC), and friction force for three film-temperature boundary conditions (FTBCs). The effects of the higher thermal conductivity and viscosity of the nanolubricant on the LCC and friction force differ significantly, according to the FTBC. The thermal conductivity increases with temperature, improving the cooling performance, reducing LCC, and slightly increasing the friction. The increase in viscosity increases both the LCC and friction. The analysis method in this study can be applied to develop nanolubricants that can improve the tribological and cooling performances of various equipment; however, additional research is required on this topic.
This work studies the flow behaviors in the gap between the friction pad and separator in wet-clutch systems. The fluid volume of the lubricant is modeled using the entire system of wet-clutch pack of a dual clutch transmission that has larger outer radius of odd gear shifts and smaller inner radius of even gear shifts. Flow behaviors in the gap of the clutch pad are computed using the gear shift modes that consider the real relative velocities between the friction pad and separator. Flow behaviors in the gap of the disengaged clutch pad are mainly investigated for the wet-clutch system, whereas the engaged clutch pad is modeled with no fluid rate through the contacting surfaces. The developed hydrodynamic fluid pressures and velocity fields in the clutch pad gap are computed to obtain the relevant information for managing flow rates in wet-clutch packs under dual operating conditions during gear shifts. These hydrodynamic pressures and velocity fields are compared on the basis of each gear level and gap location, which is necessary to determine the effects of groove patterns on the friction pad. Shear stresses in the gap locations are also computed on the basis of the gear level for the inner and outer clutch pads. The computed results are compared and used for the design of cooling capacity against frictional heat generation in wet-clutch pack systems.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.37
no.1
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pp.83-90
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2020
Plate heat exchangers(PHE) have been commercialized since the 1920s. Since then, although the basic concept of PHEs has changed little, its design and construction have progressed significantly to accommodate higher temperatures, higher pressures, and large heat exchanging capacities. The development trend of PHEs is consistent with heat plate developments with better thermal efficiency, lower pressure drop, and good flow distribution. The purpose of this paper is to introduce the main development processes of a plate cooler for medium-speed engine lubricant oil cooling in vessels which is in line with the development trend of PHEs and to provide its thermal performance data that were found out during experimental tests. The plate cooler in this study cannot measure the wall temperatures directly due to its structural characteristics, so the heat transfer coefficients were calculated using the modified Wilson Plot method. The water-to-water tests were first conducted experimentally to figure out the characteristics of heat transfer coefficients and pressure drops on the water side and then the water-to-oil tests followed to obtain the heat transfer coefficients on the oil side. The test results showed that heat transfer coefficients and pressure drops on both water and oil side increased with flow rates, and it was also found that all the development targets of the plate cooler in this study were achieved successfully.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.295-296
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2006
High hardness of P/M parts can be obtained in the cooling section of the sintering furnace by using sinter hardenable materials, thus the post-sintering heat treatment can be eliminated. However, the sinter hardened materials would have difficulties in secondary machining if it is required, which will limit the applications of sinter hardenable materials in the machined parts. Recent development in warm compaction technology can enable us not only to achieve the high green density up to $7.4\;g/cm^3$, but also the high green strength which is needed for green machining. Therefore by using warm compaction technology, the green machining can be applied to sinter hardenable materials for the high density, strength and hardness P/M parts. In the present study, a pre-alloyed steel powder, ATOMET4601, was used by mixing with 2.0% copper, 1.0% nickel, 0.9% graphite and a proprietary lubricant using a binder treatment process - FLOMET. The specimens were compacted and green machined with different machining parameters. The machined surface finish and part integrity were evaluated in selecting the optimal conditions for green machining. The possibility of applying the green machining to the high-density structural parts was explored.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.45
no.4
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pp.61-69
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2022
The function of coolant in machining is to reduce the frictional force in the contact area in between the tool and the material, and to increase the precision by cooling the work-piece and the tool, to make the machining surface uniform, and to extend the tool life. However, cutting oil is harmful to the human body because it uses chlorine-based extreme pressure additives to cause environmental pollutants. In this study, the effect of cutting temperature and surface roughness of titanium alloy for medical purpose (Ti-6Al-7Nb) in eco-friendly ADL slot shape machining was investigated using the response surface analysis method. As the design of the experiment, three levels of cutting speed, feed rate, and depth of cut were designed and the experiment was conducted using the central composite planning method. The regression expressions of cutting temperature and surface roughness were respectively obtained as quadratic functions to obtain the minimum value and optimal cutting conditions. The values from this formula and the experimental values were compared. As a result, this study makes and establishes the basis to prevent environmental pollution caused by the use of coolant and to replace it with ADL (Aerosol Dry Lubricant) machining that uses a very small amount of vegetable oil with high pressure.
This study was attempted to improve the thermal efficiency of 6 kW water-cooled diesel engine on power tiller. The engine performance tests were conducted to find out the effect of cooling water capacity of 2700cc, 2800cc, 2900cc, 3000cc, 3100cc on power, brake specific fuel consumption (BSFC), torque, temperature of cooling water and lubricating oil and friction losses of the engine with D. C. dynamometer. The results obtained in the study are summarized as follows: 1. The performance of the engine tested was adequated to Korea Industrial Standard but actual economy power was 10% higher than the labeled rated power of the engine. The BSFC of the engine tested 297.8g/kW-h which is belong a little higher level than hreign products. The temperature of cooling water was $101^{\circ}C$ which is higher than SAE standard ($88^{\circ}C$) 2. The friction losses of engine tested was 3.656 kW at 2200 rpm of rated rpm (piston speed 6.97m/sec) and is higher than those of foreign products. 3. When the cooling water capacity was increased from 2700cc to 3100cc the power output of the engine was increased from 6.7 kW to 7.13 kW at the rate of 6.4% and also the torque of the engine was increased from 28.85 N.m to 30.76 N.m at the rate of 6.39%. 4. When the cooling water capacity was increased from 2700cc to 3100cc, the BSFC was decreased 6.9g/kW-h from 310.9g/kW-h to 304.1g/kW-h, and after one half hour operation with full load, the temperature of cooling water was decreased $13^{\circ}C$ from $101^{\circ}C$ to $88^{\circ}C$ and also the temperature of lubricant oil was decreased $6.4^{\circ}C$ from $76.7^{\circ}C$ to $70.4^{\circ}C$. 5. The mechanical efficiency was increased from 70.08% to 71.08% when the cooling water capacity was increased from 2700cc to 3100cc.
Using emulsion lubricant whose cooling effect and incombustibility are good and which is economical, I investigated lubricative mechanism and the behavior of scattered particles in the elastic fluid lubrication region with the line contact between rollers and plates and the light interference system. The results of the study are as follows: (1) The flow in the squeeze oil film is considered as comparatively wide clearance and narrow one, and in the former case the effect of the distribution of particles and the velocity on the flow. In the latter case, emulsion particles stay in the clearance an the oil film changes with the decrease of the oil film thickness. (2) In the wide clearance the velocity difference of the flow O/W or W/O emulsion is inverse proportional to the particle size. In the narrow clearance the distribution of the remained drops is different from one another and the scattered particles change more easily in O/W type than in W/O type. (3) At the beginning of the EHL the stagnation region with slow flowing velocity exists and the behavior at the region is different depending on the particle size. (4) By observing the dischromatic light interference line, emulsion oil passing through EHL region and the crack behavior at the beginning of EHL were found.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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