Luận văn Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép 65γ đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít

Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP ĐỖ NHƯ HỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT THÁI NGUYÊN - 2009 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Học viên : Đỗ Như Hồng Người hướng dẫn khoa học : TS. Trần Minh Đức THÁI NGUYÊN - 2009 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CƠNG NGHIỆP *** Độc lập - Tự do - Hạnh phúc --------------o0o-------------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Học viên: Đỗ Như Hồng Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Cơng Nghệ Chế Tạo Máy Người HD khoa học: TS. Trần Minh Đức KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN TS. Nguyễn Văn Hùng TS. Trần Minh Đức Đỗ Như Hồng Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4 DANH MỤC CÁC BẢNG 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6 LỜI NĨI ĐẦU 8 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY 12 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 12 1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 12 1.1.2 Sự co rút phoi 13 1.2 LỰC CẮT GỌT 14 1.2.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt 14 1.2.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 16 1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 17 1.3.1 Nhiệt cắt 17 1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 19 1.4 SỰ MÀI MỊN DAO 19 1.4.1 Biểu hiện ngồi của sự mài mịn dao 19 1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mịn dao 21 1.4.3 Quy luật mịn của dụng cụ cắt 23 1.5 GIA CƠNG CẮT GỌT KHI PHAY 24 1.5.1 Khái niệm chung 24 1.5.2 Phân loại dao phay 25 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 26 1.5.4 Các thơng số hình học của dao phay 27 1.5.5 Các yếu tố của lớp cắt 28 1.5.6 Lực cắt khi phay 30 1.5.7 Độ mịn và tuổi bền của dao phay 31 1.6 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 32 1.6.1 Các phương pháp bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt 32 1.6.2 Bơi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 33 1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 34 Chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY THÉP ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 37 2.1 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 37 2.1.1 Khái niệm về MQL 37 2.1.2 Các loại dung dịch bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt 37 2.1.3 Cách dẫn dung dịch vào vùng cắt trong MQL 42 2.1.4 Ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ MQL đến quá trình gia cơng 44 2.2 PHAY CỨNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ MQL VÀO PHAY CỨNG 47 2.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 49 Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 51 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 51 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 51 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 3.1.2 Hệ thống thực nghiệm 52 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 53 3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53 3.2.1 Mịn và cơ chế mịn của dao 54 3.2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết 59 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 60 Chương 4. PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 61 4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 61 4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MỊN DAO 65 Phụ lục 2. SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 71 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ψ: gĩc tác động β1: gĩc trượt δ: gĩc cắt γ: gĩc trước K: hệ số co rút phoi L: chiều dài phoi L0: chiều dài cắt a1: chiều dầy phoi thực tế a: chiều dầy phoi lý thuyết R: tổng hợp lực tác dụng lên dao R0: lực tổng hợp pháp tuyến R1: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước F0: lực ma sát của phoi lên mặt trước N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau F0: lực ma sát của phoi lên mặt sau Px: thành phần lực cắt theo phương X Py: thành phần lực cắt theo phương Y Pz: thành phần lực cắt theo phương Z t: chiều sâu cắt S: lượng chạy dao n: số vịng quay của trục chính Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 m: số mũ của K A: cơng hớt phoi A1: cơng sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo A2: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao A3: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao V: vận tốc cắt Ps: lực trong mặt phẳng trượt Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt δ0: độ mịn dao τ: thời gian làm việc của dao ϕ: gĩc nghiêng chính của dao α: gĩc sau δ: gĩc tiếp xúc f: tiết diện ngang của lớp cắt B: chiều rộng cắt Sz: lượng tiến dao răng a0: chiều dầy cắt trung bình D: đường kính dao phay P: lực vịng [u]: lượng mịn mặt sau cho phép Ra: độ nhấp nhơ bề mặt trung bình MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bơi trơn tối thiểu DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 Bảng 1: Số liệu độ nhám Ra, Rz 71 Bảng 2: Số liệu độ mịn mặt sau dao 72 Bảng 3: Tuổi thọ dao ứng với độ mịn mặt sau cho phép [u] = 0,52 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 12 Hình 1.2: Các loại phoi 13 Hình 1.3: Sơ đồ co rút phoi 14 Hình 1.4: Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi 15 Hình 1.5: Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do 15 Hình 1.6: Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt 18 Hình 1.7: Các dạng mịn của dụng cụ cắt 20 Hình 1.8: Mịn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 20 Hình 1.9: Quy luật mịn của dụng cụ cắt 23 Hình 1.10: Các loại dao phay 25 Hình 1.11: Các thơng số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu 27 Hình 1.12: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay 28 Hình 1.13: Sơ đồ tính gĩc tiếp xúc 29 Hình 1.14: Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt 30 Hình 1.15: Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay 30 Hình 1.16: Các dạng mài mịn của răng dao phay 31 Hình 2.1: Các phần tử hịa tan trong nước 40 Hình 2.2: Các phần tử tích tụ khối và các phần tử hịa tan trong nước 40 Hình 2.3: Các phần tử hịa tan dưới dạng thể sữa 41 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 Hình 2.4: Các phần tử hịa tan trong hợp chất hĩa học 41 Hình 2.5: Các phần tử hịa tan trong hợp chất dầu 42 Hình 2.6: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của dao 42 Hình 2.7: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ mặt trước và mặt sau dao phay 43 Hình 2.8: Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt 43 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù 51 Hình 3.2: Ảnh hệ thống thực nghiệm 52 Hình 3.3 Ảnh so sánh mịn mặt trước dao 55 Hình 3.4 Ảnh so sánh mịn mặt sau dao 57 Hình 3.5: Quan hệ giữa độ mịn mặt sau dao và thời gian cắt t 58 Hình 3.6: Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mịn cho phép 59 Hình 3.7: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t 59 Hình 1: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng khơ 65 Hình 2: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng MQL- emunxi 66 Hình 3: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng MQL-dầu lạc 67 Hình 4: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng khơ 68 Hình 5: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng MQL- emunxi 69 Hình 6: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng MQL-dầu lạc 70 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 LỜI NĨI ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia cơng cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của của quá trình gia cơng bởi chức năng bơi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi vùng gia cơng của nĩ. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bơi trơn làm nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội. Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với mơi trường.... Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khĩ giải quyết được vấn đề về sức khỏe người thợ và ơ nhiễm mơi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật mơi trường ngày càng khắt khe được áp dụng. Điều này đã đặt ra việc tìm tịi các giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia cơng. Một trong những giải pháp thay thế là gia cơng khơ và gia cơng với MQL. Gia cơng khơ là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu đã thành cơng trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với mơi trường. Tuy nhiên trong thực tế, các nghiên cứu đĩ ít cĩ tác dụng khi mà hiệu suất gia cơng cao hơn, chất lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn đặt ra. Trong tình huống đĩ, gia cơng với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 mong đợi trở thành cơng cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trị quan trọng trong nhiều ứng dụng. Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước cơng nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bơi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia cơng cứng và gia cơng tốc độ cao.... Trên thế giới cĩ một số tài liệu đã cơng bố nghiên cứu về MQL như: các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu Ảnh hưởng của MQL đến mịn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng [15]. Tổng cơng ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong cơng nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm nguội trong đĩ cĩ nêu những thành cơng của MQL trong gia cơng cắt gọt và ứng dụng MQL vào thiết kế máy cơng cụ [17]. Ở Việt Nam, cơng nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện đã cĩ một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia cơng cắt gọt đã cơng bố như: tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu trong gia cơng cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao cơng nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngĩn, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mịn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngĩn [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện cơng nghệ bơi trơn làm nguội khi khoan [5]. Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong cơng nghệ bơi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6]. Như vậy, theo các tài liệu đã cơng bố về MQL trong gia cơng cắt gọt thì nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đĩ nhu cầu phay thép đã tơi ngày càng tăng để tránh hoặc giảm bớt được nguyên cơng mài. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT”. 2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ MQL vào phay cứng bằng dao phay mặt đầu trong điều kiện cụ thể của nước ta. Đối tượng nghiên cứu là mịn và cơ chế mịn dao, độ nhám bề mặt chi tiết khi phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít khi gia cơng khơ và gia cơng MQL từ đĩ so sánh được hiệu quả của phương pháp gia cơng MQL so với gia cơng khơ trong phay cứng. Trong khuơn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu mịn và cơ chế mịn dao khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khơ và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mịn và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu sử dụng cơng nghệ MQL. - So sánh tuổi bền của dao khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khơ và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong phay cứng mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu so với gia cơng khơ về độ nhám bề mặt chi tiết và mịn dao. Từ đĩ làm giàu thêm kiến thức và kinh nghiệm về bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả thực nghiệm của đề tài hồn tồn cĩ thể triển khai vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia cơng chế tạo chi tiết máy và sản xuất thân thiện với mơi trường. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với mục đích nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ MQL vào phay cứng, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong đĩ nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan các vấn đề liên quan đến gia cơng khơ và gia cơng MQL trong phay cứng từ đĩ định hướng cho nghiên cứu về mịn, cơ chế mịn dao và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay cứng. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được bản chất mịn, cơ chế mịn và độ nhám bề mặt chi tiết từ đĩ so sánh được hiệu quả gia cơng MQL so với gia cơng khơ. Thái nguyên, ngày tháng năm 2009 Người thực hiện Đỗ Như Hồng Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1a), sau đĩ bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 ÷ 5 (hình 1.1c). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 a P a) a b) P 2 1 C δ ψ β B a c) P 2 1 C δ ψ β1 B 3 4 5 Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng gĩc Ψ, gĩc này được gọi là gĩc tác động. Gĩc β1 gọi là gĩc trượt, cịn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và gĩc cắt δ nhỏ. Hình 1.2 là các loại phoi được hình thành trong quá trình gia cơng các loại vật liệu khác nhau. Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia cơng vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và gĩc trước γ lớn [7]. Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và gĩc trước γ nhỏ [7]. Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và gĩc trước γ nhỏ [7]. Khi gia cơng các vật liệu giịn (gang) với chiều sâu cắt và gĩc trước γ lớn thì phoi vụn (hình 1.2d) cĩ hình dạng khơng giống nhau được hình thành. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 a P a) a PC B a PC B a PC B c) b) d) Hình 1.2. Các loại phoi 1.1.2 Sự co rút phoi Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a1 lớn hơn chiều dày cắt a (hình 1.3). Nhưng trong trường hợp này cĩ sự thay đổi về hình dáng, cịn thể tích vẫn được giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn quãng đường mà dao đi qua L0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại theo chiều dài và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K: 110 >== a a L LK Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi cắt kim loại L a L L 0 a1 Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 β1 γ l l0 Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng: 1 1 1 1 0 0 sin )cos( sin )90sin( β γβ β γβ − = +− == l lK Trong thực tế, K = 1,5 ÷ 4. Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [7]. 1.2 LỰC CẮT GỌT 1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phơi và lưỡi cắt. Hình 1.5a là sơ đồ lực tác động lên phơi khi cắt tự do. L0 α γ N' F'0 R1 F R N 0 0 v δa) N' F'0 Rb) y z R Pz Py 1 R1 R0 Rc) d) Hình 1.5. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F0, cĩ nghĩa là: 00 FNR += . Mặt sau của dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt sau của dao F0’. Tổng của hai lực N’ và F0’ là R1. Vì gĩc sau α nhỏ và cĩ độ mịn ở mặt sau của dao, cho nên ta cĩ thể tính lực như trên hình 1.5b, cĩ nghĩa là phương của lực F0’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngồi phải cĩ một lực tác dụng lên dao 10 RRR += (hình 1.5c). Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần: - Thành phần lực Pz theo phương chuyển động chính hoặc theo phương dịch chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến. - Thành phần lực Py theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi Py là lực hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được: Pz = Ncosγ + F0sinγ + F0’ Py = -Nsinγ + F0cosγ+ N’ Lực pháp tuyến N cĩ thể xác định theo cơng thức gần đúng sau đây: mtSKN 0σ= Ở đây: σ0: giới hạn chảy của vật liệu gia cơng khi bị nén (kG/mm2); t: chiều sâu cắt (mm); S: lượng chạy dao (mm/vịng); K: hệ số co rút phoi; m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia cơng). Ngồi hai thành phần lực Pz và Py cịn cĩ thêm thành phần lực Px (lực tác dụng theo phương trục chi tiết). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia cơng bình thường cĩ thể được tính như sau [7]: Px = (0,2 ÷ 0,3)Pz Py = (0,3 ÷ 0,4)Pz 1.2.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarơ [7]. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia cơng càng cĩ độ dẻo cao. Điều này được giải thích như sau: trong trường hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đĩ hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao [7]. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên khơng nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia cơng với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia cơng thép 10 với tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội emunxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trường hợp gia cơng khơng cĩ dung dịch trơn nguội [7]. Mặc dù cĩ lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia cơng tốc độ cao) vẫn cĩ ưu điểm vì khi cĩ dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngồi ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng được cải thiện đáng kể [7]. 1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 1.3.1 Nhiệt cắt Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đĩng vai trị rất quan trọng, bởi vì nĩ ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngồi ra, nhiệt cắt cịn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mịn và tuổi bền dao [7]. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một cơng A (kGm) sinh ra trong quá trình hớt phoi. Cơng A được xác định theo cơng thức: A = A1 + A2 + A3 (1) Ở đây: A1: cơng sinh ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo; A2: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước của dao; A3: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau của dao. Mặt khác, cơng A được tính theo cơng thức: A = Pz.L Ở đây: Pz: lực cắt tác dụng theo phương tốc độ cắt (kG); L: quãng đường mà dụng cụ đi qua hay chiều dài cắt (m). Các cơng thành phần trong cơng thức (1) cĩ tỉ lệ như sau: A1 = 55%, A2 = 35%, A3 = 10%. Nếu lấy quãng đường mà dụng cụ đi qua trong một phút, ta cĩ cơng thức trong một phút: A = Pz.V = Ps.Vs + F.VF + F1.VF1 Ở đây: V: tốc độ cắt (m/phút); Ps: lực trong mặt phẳng trượt hay lực trượt (kG); Vs: tốc độ trượt (m/phút); F: lực ma sát ở mặt trước của dao (kG); F1: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG); K VVF = : tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trước của dao (m/phút); K: hệ số co rút phoi; VF1: tốc độ chuyển động của bề mặt gia cơng tương đối so với mặt trước của dao (m/phút), VF1 = V. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 Thực tế cho thấy, phần lớn cơng cắt gọt A (hơn 99,5%) sinh ra nhiệt cắt. Vì vậy, lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt là [7]: 427 . 427 VPAQ z== Nhiệt cắt Q được tính bằng kcal/phút. Nhiệt trong quá trình cắt lan tỏa từ điểm cĩ nhiệt độ cao nhất đến điểm cĩ nhiệt độ thấp nhất. Nhiệt trong quá trình cắt chủ yếu tập trung ở phoi và một phần ở dụng cụ. Nhiệt do ma sát ở mặt trước và mặt sau sẽ tập trung ở mặt trước III và mặt sau IV, ở phoi II và chi tiết gia cơng I (hình 1.6). Cĩ một phần nhỏ nhiệt tỏa ra vào mơi trường xung quanh. a Đường đẳng nhiệtVùng trượt I II III IV Hình 1.6. Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt Khi biết lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt lan tỏa giữa phoi, chi tiết gia cơng và dụng cụ, cĩ thể viết phương trình nhiệt như sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 = Qp + Qd + Qc + Qm Ở đây: Q1, Q2, Q3: nhiệt ứng với các cơng ở cơng thức 1; Qp, Qd, Qc, Qm: nhiệt ở phoi, ở dụng cụ, ở chi tiết và ở mơi trường xung quanh. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi gia cơng với tốc độ cắt khơng lớn (30 ÷ 40 m/phút) tỉ lệ nhiệt như sau: Qp ≈ 60 ÷ 70%; Qd ≈ 3%; Qc ≈ 30 ÷ 40%; Qm ≈ 1 ÷ 2%. Khi tốc độ cắt tăng, tỉ lệ nhiệt vào phoi tăng. Ví dụ, khi Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 tốc độ cắt V = 400 ÷ 500 m/phút, nhiệt vào phoi Qp ≈ 97 ÷ 98%; Qd ≈ 1%. Thực nghiệm cũng đã khẳng định rằng tính dẫn nhiệt của chi tiết gia cơng càng nhỏ thì nhiệt tỏa vào dụng cụ càng lớn [7]. Khi cắt với tốc độ V = 10 m/phút, nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước của dao khoảng 5400C, cịn trên khoảng cách 0,2 mm của mặt trước nhiệt độ khoảng 4500C. Khi tốc độ cắt là V = 200 m/phút nhiệt độ ở các nơi tương ứng là 12650C và 4000C [7]. Khi gia cơng vật liệu cĩ tính dẫn nhiệt thấp, ví dụ hợp kim Titan BT2 thì nhiệt độ vào dao lớn hơn khi gia cơng các vật liệu thơng thường khác. Khi nĩi về nhiệt độ cắt, cần nhớ rằng nĩ cĩ giá trị khơng như nhau ở các điểm khác nhau của vùng cắt. Ở các điểm khác nhau của bề mặt dụng cụ và phoi cĩ nhiệt độ khác nhau. Ngồi ra, tại mỗi điểm nhiệt độ cĩ thể thay đổi theo thời gian. Nhiệt độ cao nhất tồn tại ở tâm áp lực của phoi xuống dao và ở lưỡi cắt chính [7]. 1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt cĩ tác dụng làm mát và tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, do đĩ làm nhiệt độ vùng cắt giảm xuống [7]. 1.4 SỰ MÀI MỊN DAO 1.4.1 Biểu hiện ngồi của sự mài mịn dao Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá trình sử dụng bị mài mịn. Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mịn: theo mặt sau (dạng mài mịn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mịn thứ hai). Cả hai loại mịn này đều tồn tại khi gia cơng với mọi chế độ cắt được dùng trong sản xuất. Khi mịn theo dạng thứ nhất (hình 1.7a) ở mặt sau của dao tạo thành tiết diện mịn cĩ bề rộng là δ. Dọc theo lưỡi cắt chính bề rộng của tiết diện mịn nhìn chung rất nhỏ. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Về nguyên tắc, bề rộng lớn nhất của tiết diện mịn tồn tại ở mặt sau của dao hoặc ở chỗ chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ (hình 1.8a). Trong một số trường hợp ở điểm của lưỡi cắt chính tương ứng với bề mặt gia cơng tồn tại mịn cục bộ cĩ hình dạng như cái lưỡi (hình 1.8b). δ δ δ δ1 f l δ1 l a) b) c) Hình 1.7. Các dạng mịn của dụng cụ cắt a) b) Hình 1.8. Mịn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt Khi mịn theo dạng thứ hai thì ngồi mặt sau bị mịn, mặt trước cũng bị mịn (hình 1.7b). Mịn mặt trước cĩ hình dạng đặc thù riêng. Dưới tác dụng của phoi ở mặt trước của dao tồn tại một vết lõm cĩ bề rộng l và chiều sâu δ1 (hình 1.7b). Cạnh ngồi của vết lõm nằm gần song song với lưỡi cắt chính, cịn chiều dài b của vết lõm bằng chiều dài làm việc của lưỡi cắt chính. Tùy thuộc vào tốc độ cắt và khoảng cách giữa cạnh ngồi vết lõm và lưỡi cắt chính cĩ thể thay đổi. Khi gia cơng thép với tốc độ cắt thấp và trung bình bằng dao thép giĩ, lưỡi cắt chính và cạnh ngồi của vết lõm tồn tại khoảng cách f (gọi là đoạn nối ngang), đoạn f này giảm dần theo chiều tăng của diện tích vết lõm. Điều này cĩ liên quan đến lẹo dao, lẹo dao giữ cho mặt trước khơng bị phoi cọ sát nhiều. Khi gia cơng Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 thép với tốc độ cắt lớn bằng dao hợp kim cứng khơng tồn tại lẹo dao cho nên cạnh ngồi của vết lõm trùng với mặt sau của dao, do đĩ mặt trước của dao chỉ tồn tại vết lõm (hình 1.7c). Dạng mịn của dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia cơng, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v. Khi gia cơng các vật liệu dẻo (thép) mịn dao xảy ra theo dạng thứ nhất và dạng thứ hai. Khi gia cơng các vật liệu giịn (gang) mịn dao xảy ra theo dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai [7]. Chiều dày lớp cắt và tốc độ cắt cĩ ảnh hưởng như nhau đến dạng mịn của dụng cụ. Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc độ cắt thấp, dao mịn theo mặt sau (dạng mịn thứ nhất). Khi tăng chiều dày cắt và tốc độ cắt ngồi mặt sau ra, mặt trước của dao cũng bị mịn (dạng mịn thứ hai). Hơn nữa, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mịn nhanh hơn mặt sau [7]. Gĩc trước γ và dung dịch trơn nguội cĩ ảnh hưởng khơng đáng kể đến dạng mịn của dao [7]. 1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mịn dao Mặc dù mài mịn của dụng cụ cắt là chỉ tiêu quan trọng của khả năng làm việc của dụng cụ, nhưng bản chất vật lý của mài mịn vẫn chưa được nghiên cứu sâu do tính phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao. Cĩ nhiều giả thuyết giải thích bản chất vật lý của sự mài mịn dụng cụ. Theo các giả thuyết này thì các nguyên nhân chính gây ra mịn các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ là: a) Tác động hạt mài do vật liệu gia cơng gây ra (gọi là mịn hạt mài). b) Tác động qua lại của giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cơng (mịn tiếp xúc). c) Sự khuyếch tán của vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia cơng (mịn khuyếch tán). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 d) Các hiện tượng hĩa học xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao (mịn oxy hĩa). Dưới đây ta phân tích từng trường hợp cụ thể: - Mịn hạt mài: khi cĩ ma sát của phơi với mặt sau và ma sát của phoi với mặt trước của dao, các hạt tinh thể cứng của vật liệu gia cơng làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao. Cường độ mịn hạt mài tăng khi lượng xêmentít (HB = 800) trong thép (vật liệu gia cơng) tăng. Lẹo dao cĩ thể làm xước bề mặt dụng cụ nhanh hơn cả vật liệu gia cơng bởi độ cứng của lẹo dao cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu gia cơng. Mịn hạt mài của dụng cụ bằng thép dụng cụ và thép giĩ nhanh hơn so với dụng cụ bằng hợp kim cứng, bởi vì dao hợp kim cứng cĩ độ cứng rất cao. - Mịn tiếp xúc: bề mặt của phoi và mặt trước của dao khơng phải là các bề mặt cĩ độ nhẵn bĩng tuyệt đối, vì vậy chúng chỉ tiếp xúc với nhau theo các đỉnh nhấp nhơ. Điều này gây ra áp lực lớn phá vỡ các màng bị oxi hĩa, do đĩ xảy ra hiện tượng hàn nguội giữa vật liệu phoi và bề mặt dụng cụ ở các điểm tiếp xúc thực tế. Sự hàn nguội này xảy ra với xác suất lớn hơn khi nhiệt độ cắt cao. Khi phoi dịch chuyển theo bề mặt dao, tại các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và kết quả các hạt kim loại ở mặt trước của dao bị bĩc tách, cĩ nghĩa là bị mài mịn. - Mịn khuyếch tán: nhiệt độ và biến dạng dẻo ở bề mặt tiếp xúc gây ra quá trình khuyếch tán ở vật liệu dao và vật liệu gia cơng. Trong trường hợp này khuyếch tán khơng xảy ra đối với các phân tử của liên kết hĩa học, mà khuyếch tán chỉ xảy ra đối với các phân tử riêng biệt của liên kết này. Ví dụ, các phân tử Cácbon, Vơnfram, Titan, Cơban cĩ trong thành phần của hợp kim cứng dụng cụ. Theo quy luật phát triển của lớp khuyếch tán thì tốc độ khuyếch tán tăng nhanh ở giai đoạn đầu của quá trình khuyếch tán. Trong quá trình cắt thời gian tiếp xúc của phoi và dao xảy ra rất nhanh (% hoặc phần nghìn giây), vì vậy những phần khác nhau của vật liệu gia cơng liên tục tiếp xúc với bề mặt dụng cụ, Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 làm cho quá trình khuyếch tán ở giai đoạn đầu tăng mạnh, gây ảnh hưởng lớn đến cường độ mịn của dụng cụ. - Mịn oxy hĩa: giả thuyết về mịn oxy hĩa được đưa ra trên cơ sở ăn mịn của các hợp kim cứng khi chúng bị nung nĩng trong mơi trường Oxy và sự khơng thay đổi tính chất của lớp bề mặt hợp kim cứng khi chúng bị nung nĩng trong các loại khí như Acgơn, Nitơ và Gheli. Theo giả thuyết này, khi nhiệt độ cắt 700 ÷ 8000C Oxy của khơng khí tham gia vào phản ứng hĩa học với pha của Cơban trong hợp kim cứng và Cácbít Vơnfram, Cácbít Titan. Do hợp kim cứng cĩ độ xốp lớn cho nên quá trình oxy hĩa khơng chỉ xảy ra trên các lớp bề mặt tiếp xúc của dụng cụ mà cịn ở các hạt vật liệu (hợp kim cứng) nằm sâu dưới lớp bề mặt. Sản phẩm oxy hĩa của Cơban là các ơxít Co3O4, CoO và cácbít WO3, TiO2. Độ cứng của các sản phẩm oxy hĩa thấp hơn độ cứng của hợp kim cứng khoảng 40 ÷ 60 lần. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao san phẳng các hạt cácbít và mài mịn các bề mặt này. Khi lượng Cơban trong hợp kim cứng tăng thì tốc độ oxy hĩa tăng, do đĩ bề mặt dụng cụ bị mài mịn tăng. Khi cắt trong mơi trường khí Acgơn, Gheli và Nitơ cĩ thể giảm được cường độ mịn của dụng cụ. 1.4.3 Quy luật mịn của dụng cụ cắt Hình 1.9. Quan hệ giữa độ mịn và thời gian làm việc của dao Hình 1.9 là quan hệ phụ thuộc giữa độ mịn δ của dụng cụ cắt và thời gian làm việc của nĩ τ (gọi là đường cong mịn). Đường cong mịn cĩ thể chia làm ba phần: Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 - Phần 1: Mịn ban đầu với khoảng thời gian khơng lớn. Trong giai đoạn này, mịn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mịn các đỉnh nhấp nhơ trên bề mặt dụng cụ. - Phần 2: Mịn bình thường. Giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiều cao nhấp nhơ cĩ giá trị rất nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mịn gần như tăng tỉ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn cĩ thời gian làm việc lớn nhất của dụng cụ. - Phần 3: mịn kịch liệt. Ở giai đoạn này dao cĩ thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị gãy đầu dao. Mịn ở giai đoạn này khơng cho phép dao tiếp tục làm việc, cĩ nghĩa là cần phải mài lại dao hoặc thay dao mới. 1.5 GIA CƠNG CẮT GỌT KHI PHAY 1.5.1 Khái niệm chung Phay là phương pháp gia cơng kim loại được dùng phổ biến từ thế kỷ XIX. Từ đĩ đến nay nĩ đã trải qua một thời kỳ dài phát triển. Phương pháp phay được nhiều học giả quan tâm nghiên cứu. Phay cho độ chính xác kích thước và độ nhám khơng cao lắm (độ chính xác kích thước khơng cao hơn cấp 2 ÷ 4 và độ nhám cấp 6 ÷ 7) [7], [8]. Cĩ thể gia cơng mặt phẳng, mặt định hình, rãnh then, then hoa, bánh răng... bằng dao phay. Trải qua một thời gian dài phát triển, dao phay ngày càng được cải tiến, đã xuất hiện nhiều kiểu khác nhau như: dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay đĩa cắt đứt, dao phay ngĩn, dao phay gĩc, dao phay định hình... Nĩi chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngồi những đặc điểm của phương pháp tiện, cịn cĩ những đặc điểm sau đây: - Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do cĩ đồng thời nhiều lưỡi cắt. - Lưỡi cắt của dao phay khơng làm việc liên tục, mặt khác khối lượng thân dao thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 - Diện tích cắt khi phay thay đổi do đĩ lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. - Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây va đập và rung động. 1.5.2 Phân loại dao phay Hình 1.10. Các loại dao phay a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngĩn; d,e- dao phay mặt đầu; g- dao phay định hình; h- dao phay cắt đứt Theo khả năng cơng nghệ: - Dao phay mặt phẳng. - Dao phay rãnh. - Dao phay định hình. - Dao phay bánh răng và ren. - Dao phay các chi tiết trịn xoay. - Dao phay cắt đứt. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Theo đặc điểm cấu tạo: - Theo phương của răng: dao phay răng thẳng, dao phay răng nghiêng, dao phay răng xoắn... - Theo kết cấu của răng: dao phay răng nhọn, dao phay răng tù (phay hớt lưng). - Theo kết cấu: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp, đầu dao lắp ghép. - Theo phương pháp kẹp chặt: dao phay cĩ lỗ, dao phay chuơi trụ hay cơn. 1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay Hợp kim cứng thường được sử dụng cho chế tạo dao phay mặt đầu, dao phay cĩ kích thước lớn. Ít khi được sử dụng để chế tạo dao phay ngĩn cắt rãnh. Hợp kim cứng cĩ độ cứng cao, cĩ thể đạt HRA = 86 ÷ 92, chịu nhiệt độ khoảng 10000C, do đĩ cĩ thể tăng vận tốc cắt lên gấp 2 ÷ 3 lần thép giĩ. Hợp kim cứng được chế tạo từ các bột cácbít vơnfram (WC), cácbít titan (TiC), cácbít tantan (TaC), trộn với chất dính kết là bột cơban, ép mảnh định hình rồi thiêu kết ở nhiệt độ ở khoảng 20000C để cơban chảy ra và liên kết các hạt cácbít lại với nhau. Các hợp kim cứng thường dùng là BK, TK, TTK hoặc P01, P10, P20, P30, P40, P50, M10, M20, M30, M40, K01, K10, K20, K30. Theo tiêu chuẩn Nga (ΓOCT) cĩ thể phân thành bằng tay loại hợp kim cứng: Nhĩm 1 cácbít BK: là hợp kim cứng một cácbít WC như BK3, BK8, BK10... Ví dụ BK8 cĩ 8%Co và 92% Cácbít. Nhĩm 2 cácbít TK: là hợp kim cứng hai cácbít TiC và WC như T15K6, T30K4... Ví dụ T15K6 cĩ 6%Co, 15% TiC và 79% WC. Nhĩm 3 cácbít TTK: là hợp kim cứng ba cácbít TiC, WC, TaC như: TT7K12 cĩ 12% Co, 7%TiC và 81% WC. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 1.5.4 Các thơng số hình học của dao phay Ở dao phay mặt đầu (hình 1.11) các lưỡi cắt được chế tạo giống như các dao tiện cĩ lưỡi cắt chuyển tiếp. Hình 1.11. Các thơng số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu Định nghĩa các gĩc của dao phay mặt đầu cũng tương tự như định nghĩa các gĩc của dao tiện thường. Ví dụ, gĩc ϕ (gĩc nghiêng chính) là gĩc giữa hình chiếu của lưỡi cắt chính lên mặt phẳng đáy (mặt phẳng đi qua tâm dao) và phương chạy dao. Gĩc 20 ϕϕ = là gĩc nghiêng của gĩc cắt chuyển tiếp. Đo gĩc γ được thực hiện trong mặt phẳng N-N vuơng gĩc với lưỡi cắt chính, cịn gĩc sau α được đo trong mặt phẳng của hình chiếu của quỹ đạo chuyển động của một điểm của lưỡi cắt, cĩ nghĩa là trong mặt phẳng A-A vuơng gĩc với trục của dao và trùng với phương chạy dao. Giữa gĩc sau αN và α cĩ quan hệ phụ thuộc sau: tgαN = tgα.sinϕ Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Ngồi các gĩc trên đây, dao phay mặt đầu cịn cĩ thêm gĩc hướng kính (hay gĩc ngang) γN trong mặt phẳng cắt ngang A-A và gĩc trục (hay gĩc dọc) γ2 trong mặt phẳng cắt dọc B-B. Các gĩc của dao phay được chọn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia cơng, điều kiện cắt và kết cấu của nĩ. Ví dụ, khi gia cơng thép bằng dao phay mặt đầu hợp kim cứng thì chọn gĩc γ = -10 ÷ +100, cịn khi gia cơng gang γ = +5 ÷ 0. Gĩc nghiêng chính ϕ của dao phay mặt đầu thường bằng 45 ÷ 600 và được chọn phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ. Khi độ cứng của hệ thống cơng nghệ đảm bảo, ϕ được chọn trong khoảng 20 ÷ 300. Gĩc nghiêng phụ ϕ1 được chọn phụ thuộc vào độ bĩng bề mặt yêu cầu. 1.5.5 Các yếu tố của lớp cắt Hình 1.12. Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay Quá trình phay cĩ những đặc điểm sau: Mỗi răng của dao phay trong quá trình cắt sẽ hớt ra phoi cĩ dạng một dấu phẩy (hình 1.12), cịn chiều dày cắt thay đổi từ 0 đến amax. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Mỗi một răng của dao phay làm việc với chế độ gián đoạn theo chu trình kỳ. Chế độ làm việc như vậy cĩ ưu điểm là khi răng của dao phay đi ra khỏi chi tiết nĩ được làm nguội cịn nhược điểm là khi răng ăn vào chi tiết gia cơng sẽ gây ra va đập. Để phân tích chiều dày cắt và diện tích của lớp cắt cần xác định gĩc tiếp xúc δ, cĩ nghĩa là gĩc tâm tương ứng với cung tiếp xúc của dao phay với phơi (hình 1.13). Ta cĩ: D B D B == 2 2 2 sin δ Hình 1.13. Sơ đồ tính gĩc tiếp xúc Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí hình chiếu của hai răng kề nhau được đo theo phương hướng kính (hình 1.12) Cơng thức tổng quát của chiều dày cắt được tính như sau: aΨ = SZ.sinΨ Ở đây: Ψ là gĩc tiếp xúc tức thời giữa đường vuơng gĩc (với mặt gia cơng) và bán kính tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia cơng. Chiều dày cắt trung bình a0 bằng: Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 D tSSa ZZ =−= )cos1(2 1 0 δ Khi biết chiều rộng cắt B và chiều dày cắt amax cĩ thể xác định được diện tích của tiết diện ngang của lớp cắt bằng dao phay: aBf .= 2 2 max 2 D t D tBSf Z −= Hình 1.14. Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của các răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt 1.5.6 Lực cắt khi phay Tổng hợp lực R1 cĩ thể phân tích thành hai thành phần: lực vịng P (PZ) tác dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính Py (hình 1.15a). Hình 1.15. Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 a) Răng thẳng; b) Răng xoắn (răng nghiêng) Ngồi ra, tổng hợp lực R1 cĩ thể phân tích thành: lực nằm ngang PH và lực thẳng đứng PV. Nếu dao cĩ răng xoắn (răng nghiêng) ngồi lực R1 tác dụng lên răng dao trong mặt phẳng vuơng gĩc với trục của dao cịn xuất hiện lực dọc trục P0, khi đĩ tổng hợp lực sẽ là R (hình 1.15b). Lực P là lực cần quan tâm nhất bởi nĩ thực hiện cơng việc chính để cắt phoi. Dựa theo lực này mà người ta tính cơng suất cắt và tính các chi tiết của cơ cấu chuyển động chính của máy. Lực hướng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của trục chính máy và uốn võng trục dao. Dựa theo lực ngang PH (lực chạy dao) người ta tính tốn cơ cấu chạy dao và đồ gá kẹp phơi. Lực này cĩ thể gây rung động khi giữa cặp vít me - đai ốc cĩ khe hở. Lực hướng kính PV cĩ xu hướng nâng phơi lên khỏi bàn máy và nâng bàn máy lên khỏi thân máy. Cơng thức tính lực vịng khi phay bằng dao phay bằng dao phay trụ răng thẳng: ppP qy Z x P DzBStCP .....= Cấu trúc và dạng cơng thức trên cũng đúng cho cả dao phay mặt đầu [7]. 1.5.7 Độ mịn và tuổi bền của dao phay Tùy thuộc vào điều kiện cắt, răng dao phay cĩ thể bị mài mịn tùy theo mặt trước (hình 1.16a) hoặc đồng thời bị mài mịn theo cả hai mặt trước và sau (hình 1.16b). Chiều dày cắt càng nhỏ, độ mịn của mặt sau càng lớn. Hình 1.16. Các dạng mài mịn của răng dao phay Dạng mài mịn như vậy đặc trưng cho các loại dao phay hình trụ, dao phay ngĩn, dao phay then hoa, dao phay rãnh và dao phay định hình. Các loại dao Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 phay mặt đầu và dao phay đĩa khi gia cơng thép với chiều dày cắt amax > 0,08 mm thơng thường cả hai mặt trước và sau đều bị mài mịn [7]. Khi gia cơng thơ chỉ tiêu mịn tối ưu của dao phay là thời gian phục vụ tối đa (tuổi bền của dao). Khi gia cơng tinh và bán tinh cần đánh gía mịn chỉ tiêu cơng nghệ, cĩ nghĩa là độ mịn giới hạn để đảm bảo chất lượng bề mặt gia cơng. Tuổi bền của dao phay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đĩ cĩ đường kính của dao. Đường kính dao càng lớn, tuổi bền của dao càng cao. Tuy nhiên, để tăng chế độ cắt nên giảm tuổi bền của dao xuống khi phay thép hợp kim và thép khĩ gia cơng. 1.6 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 1.6.1 Các phương pháp bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt Dung dịch trơn nguội cĩ tác dụng [3]: - Dung dịch cĩ khả năng xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập vào các vết nứt tế vi, khi đĩ nĩ đĩng vai trị như cái chêm làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn. - Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hĩa hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nĩ càng lớn, nhờ đĩ tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do nhiệt của dao giảm đi. - Khi gia cơng vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá hủy mạng tinh thể ở lớp cứng nguội. - Chất bơi trơn làm nguội luơn phải cĩ xu hướng làm giảm lực cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm nhiệt tại vùng cắt, giảm độ mấp mơ bề mặt. Dung dịch trơn nguội cĩ thể pha chế theo nhiều cơng thức khác nhau để thích hợp với từng điều kiện gia cơng khác nhau. Các dung dịch dùng trong cắt gọt thường dùng cĩ thể chia làm hai nhĩm chính: dung dịch chủ yếu làm nguội Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 và dung dịch chủ yếu bơi trơn. Khi gia cơng thơ, dao bị nĩng nhiều và khơng địi hỏi độ nhẵn cao, ta chỉ cần dùng dung dịch thuộc nhĩm thứ nhất. Thành phần chủ yếu là keo của xà phịng và axit hữu cơ trong dầu mỏ pha với nước và pha cồn 900 để lâu hỏng. Khi gia cơng tinh địi hỏi độ nhẵn bề mặt cao nên dùng dung dịch thuộc nhĩm thứ hai. Thành phần cơ bản là dầu mỏ, dầu thực vật, dầu động vật, nước và xút cĩ pha thêm cồn 900 [8]. Trong gia cơng cắt gọt cĩ các dạng bơi trơn làm nguội sau đây [3]: - Gia cơng khơ: là phương pháp khơng dùng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia cơng. Ưu điểm của phương pháp gia cơng khơ là khơng gây ơ nhiễm mơi trường. Khơng hao tốn dung dịch trơn nguội. Máy khơng cần trang bị hệ thống bơi trơn. Nhược điểm của phương pháp là nhiệt độ vùng cắt lớn. Lực cắt lớn hơn so với phương pháp tưới tràn. Khĩ thốt phoi ra khỏi vùng gia cơng. Phương pháp này chỉ sử dụng cho một số phương pháp gia cơng và vật liệu gia cơng nhất định. - Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn : là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay, dung dịch trơn nguội được dẫn tự do vào vùng cắt thơng qua hiện tượng mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thơng nhau... Ưu điểm của phương pháp tưới tràn là tải được nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế được ảnh hưởng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo được nhiệt độ trong mơi trường thấp và ổn định. Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, giữa phơi và mặt sau dụng cụ cắt. Nhược điểm của phương pháp là gây ơ nhiễm mơi trường làm việc, đất đai và nguồn nước. Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bơi trơn đặc biệt là chi phí làm sạch trước khi đưa vào mơi trường. Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội. Dung dịch khĩ xâm nhập vào vùng cắt. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 - Bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL): là phương pháp sử dụng dịng khí nén cĩ áp suất cao để phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt dưới dạng sương mù để bơi trơn, làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng gia cơng. 1.6.2 Bơi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu Dao phay mặt đầu được dùng để gia cơng các mặt phẳng trên máy phay đứng và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay hình trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Dao phay mặt đầu chia làm hai loại: dao liền và dao chắp. So với dao phay hình trụ, dao phay mặt đầu cĩ ưu điểm là: cĩ độ cứng cao hơn khi kẹp nĩ trên trục tâm hoặc trục chính của máy. Quá trình làm việc êm hơn vì nhiều răng làm việc đồng thời. Chính vì thế khi gia cơng mặt phẳng người ta thường sử dụng dao phay mặt đầu [11]. Dao phay mặt đầu cĩ các lưỡi bằng hợp kim cứng đã được sử dụng rộng rãi. Phay mặt đầu bằng loại dao phay này cĩ năng suất cao hơn dao phay trụ. Gần đây người ta đã sử dụng rộng rãi loại dao phay mặt đầu cĩ các lưỡi dao thay đổi được bằng hợp kim cứng (chỉ dùng một lần) [11]. 2. Bơi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu Đối với vật liệu dao hợp kim cứng rất dễ xảy ra hiện tượng nứt mẻ lưỡi dao nên khi cắt gọt nếu tưới dung dịch trơn nguội thì phải tưới liên tục và đủ lưu lượng vì khi tưới rỏ giọt hoặc gián đoạn thì nhiệt độ dao thay đổi liên tục sẽ gây nứt vỡ dao [8]. Cắt khơ hồn tồn đã trở thành thĩi quen cơng nghiệp đối với gia cơng các chi tiết thép đã tơi. Các thơng tin đáng tin cậy truyền thống chỉ ra rằng cắt khơ hồn tồn khi so sánh với cắt tưới tràn giảm được lực cắt và cơng suất của máy cĩ kết quả là do sự tăng nhiệt độ cắt [15]. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia cơng cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của của quá trình gia cơng bởi chức năng bơi trơn, làm mát và làm đẩy phoi của nĩ. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bơi trơn làm nguội, ti ết kiệm dung dịch trơn nguội. T ìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với mơi trường... [3]. Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khĩ giải quyết được vấn đề về sức khỏe người thợ và ơ nhiễm mơi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật mơi trường ngày càng khắt khe được áp dụng. Điều này đã đặt ra việc tìm tịi các giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia cơng. Một trong những giải pháp thay thế là gia cơng khơ và gia cơng với MQL [14]. Gia cơng khơ là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu đã thành cơng trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với mơi trường. Tuy nhiên trong thực tế, các nghiên cứu đĩ ít cĩ tác dụng khi mà hiệu suất gia cơng cao hơn, chất lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn được đặt ra. Trong tình huống như vậy, gia cơng với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được mong đợi trở thành cơng cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trị quan trọng trong nhiều ứng dụng [14]. Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước cơng nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bơi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia cơng cứng và gia cơng tốc độ cao... [3]. Trên thế giới cĩ một số tài liệu đã cơng bố nghiên cứu về MQL như: các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu Ảnh hưởng của MQL đến mịn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng [15]. Tổng cơng ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong cơng nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm nguội trong đĩ cĩ nêu những thành cơng của MQL trong gia cơng cắt gọt và ứng dụng MQL trong thiết kế máy cơng cụ [17]. Ở Việt Nam, cơng nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện đã cĩ một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia cơng cắt gọt đã cơng bố như: tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu trong gia cơng cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao cơng nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngĩn, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mịn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngĩn [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện cơng nghệ bơi trơn làm nguội khi khoan [5]. Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong cơng nghệ bơi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6]. Như vậy, theo các tài liệu đã cơng bố về MQL trong gia cơng cắt gọt thì nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đĩ nhu cầu phay thép đã tơi được Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 đặt ra để tránh hoặc giảm bớt được nguyên cơng mài. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65 Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT”. Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Chương này tác giả trình bày các khái niệm, các lý thuyết, các tác dụng của MQL trong gia cơng cắt gọt, những vấn đề về lực cắt, nhiệt cắt, mịn dao trong phay cứng. T ừ đĩ ta thấy MQL là một phương pháp khả thi trong phay cứng để nâng cao hiệu quả gia cơng chi tiết và sản xuất thân thiện với mơi trường. Ở đây, tác giả cũng giới hạn và lập mơ hình nghiên cứu của đề tài. 2.1 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 2.1.1 Khái niệm về MQL Bơi trơn làm nguội tối thiểu là phương pháp sử dụng dịng khí nén với áp suất cao trộn với dung dịch trơn nguội dưới dạng sương mù hoặc tạo ra các dịng tia dung dịch trơn nguội áp lực cao rồi phun trực tiếp vào vùng cắt. Ưu điểm nổi bật nhất của phương pháp này là hiệu quả bơi trơn làm nguội cao, rất tiết kiệm được dung dịch trơn nguội và đặc biệt khơng gây ơ nhiễm mơi trường [3]. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 2.1.2 Các loại dung dịch bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt 1. Một số hĩa chất thường dùng trong dung dịch trơn nguội Dầu mỏ Loại dầu này chỉ thích hợp với thủy động lực học hoặc bơi trơn dưới dạng tạo màng mỏng, chống ơxy hĩa và chịu nhiệt cao. Dầu mỏ thường được sử dụng làm dầu cắt gọt, cĩ thể sử dụng ở trạng thái nguyên chất hoặc trộn thêm một số chất bổ sung khác. Mỡ động vật Mỡ động vật thường được sử dụng làm chất phụ trợ trong dầu cắt. Chất béo và dầu sử dụng tốt cho bơi trơn, chúng cịn giảm nhiệt cắt, giảm hệ số ma sát trong quá trình gia cơng. Dầu thực vật Dầu thực vật thường được chiết suất từ các loại quả, củ như lạc, vừng, cọ, hạt cải, đậu nành, ơlưu... hoặc nhựa các loại cây. Các loại dầu này cĩ chứa chất béo, nên chúng cĩ đầy đủ tính chất để bơi trơn và làm nguội trong gia cơng cắt gọt. Dầu thực vật chia làm hai loại: - Dầu tồn tại dưới dạng khơ được lấy từ các loại nhựa cây. Chúng được chế biến thành dạng màng dai bền co giãn được nên dễ vận chuyển và lưu giữ nhưng trước khi sử dụng cần phải chế biến lại để đưa về dạng loảng. - Dầu thực vật dưới dạng lỏng, chúng được ép từ các loại thực vật như dừa, vừng, lạc, hải ly. Chúng tồn tại dưới dạng lỏng nên cĩ thể hịa với hầu hết các loại chất béo và sẽ khơng cĩ dạng màng khơ co giãn khi phơi ngồi khơng khí. Các nguyên tố hĩa học Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Các nguyên tố hĩa học ảnh hưởng tới tính sắc của dao cũng như tuổi thọ của chúng. Ngày nay người ta thường sử dụng các loại hĩa chất như Lưu huỳnh, Clo, Phốt pho, chúng tác động cĩ lợi khơng những giảm ma sát mà cịn giảm lực cắt ở vùng cắt, giảm năng lượng tách phoi xuống 50%, ngồi ra chúng cịn tăng tính sắc và tuổi thọ của dụng cụ. Các nguyên tố hĩa học cĩ tác dụng tích cực khi chúng cĩ mặt trong dung dịch trơn nguội nhưng chúng cĩ thể gây độc hại cho con người như thẩm thấu qua da gây ung thư. Các hạt dung dịch bay lơ lửng trong khơng khí nếu bay vào mắt sẽ gây viêm kết mạc, nếu con người hít phải sẽ bị tổn thương bộ máy hơ hấp như viêm đường hơ hấp, ung thư phổi... Emunxi Emunxi ở dạng huyền phù là loại dầu hịa tan trong nước tạo thành hỗn hợp dầu pha. Nhũ tương thường được chia ra dưới hai dạng cơ bản: - Nhũ tương trực tiếp: là dầu khống phân tán trong nước ở dạng các giọt rất nhỏ, loại này cĩ tác dụng làm nguội nhiều hơn bơi trơn. - Nhũ tương gián tiếp: là các giọt nước phân tán trong dầu, loại này cĩ tác dụng bơi trơn tốt hơn làm nguội. Chất khí Chất khí cĩ khả năng làm nguội và bơi trơn, đây là phương pháp mới, với phương pháp này, áp lực khơng khí sẽ đẩy phoi ra khỏi vùng gia cơng. Tất cả các loại khí đều cĩ tính đối lưu, do đĩ bơi trơn - làm nguội phải được cung cấp dưới dạng khí nén. Khi dùng khí để bơi trơn - làm nguội cần chú ý đến vấn đề an tồn lao động do áp lực dịng khí cao. Các loại chất rắn Chất rắn dùng trong bơi trơn - làm nguội trong gia cơng cắt gọt như: than chì, disulphat, mơlípđen... Những loại này dùng rất hạn chế vì chúng khơng đảm bảo an tồn lao động, gây ơ nhiễm mơi trường và độc hại. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 2. Các loại dung dịch bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt Để cĩ loại dung dịch trơn nguội phù hợp với phương pháp gia cơng bằng cách trộn lẫn các thành phần trên vào nhau với một tỷ lệ hợp lý phụ thuộc vào lượng chất hịa tan trong dung mơi, các phân tử hịa tan tồn tại như thế nào trong mơi trường dung mơi, sau khi gia cơng cắt gọt chúng tồn tại dưới dạng nào. Dung dịch thực Là dung dịch trong suốt, cĩ thể cĩ màu, bao gồm các chất vơ cơ và hữu cơ tan trong nước, thể hiện ở hình 2.1. Các chất hịa tan phân bố ngẫu nhiên trong mơi trường nước, loại dung dịch này cĩ sức căng bề mặt cao hơn nước nguyên chất, chúng được sử dụng trong làm mát hoặc làm sạch. : Phần tử hòa tan trong nước : Phần tử nước Hình 2.1. Các phần tử hịa tan trong nước Dung dịch cĩ các iơn tương tác Là dung dịch cĩ iơn dương và iơn âm, chúng là tác nhân tích cực tạo thành khối tích tụ trên bề mặt dung dịch, chúng tạo thành chất keo phủ lên tồn bộ bề mặt chi tiết sau khi gia cơng. Loại dung dịch này cĩ sức căng bề mặt thấp hơn nước nguyên chất. Trong dung dịch này cĩ nhĩm các phần tử hoạt động được phân bố như trên hình 2.2. Loại dung dịch này tương đối sạch và cĩ khả năng bơi trơn tốt, nếu bổ sung chất phụ trợ như Clo, Lưu huỳnh, Phốt pho thì khả năng bơi trơn - làm nguội tốt hơn. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 : Phần tử khoáng hòa tan trong nước : Phần tử nước : Các phần tử tan tích tụ thành khối Hình 2.2. Các phần tử tích tụ khối và phần tử hịa tan trong nước Dung dịch emunxi Là loại dung dịch cĩ các giọt dầu nằm lơ lửng trong nước như dầu khống, prafin hoặc dầu thơ. Dung dịch này được tạo ra bằng cách pha dầu khống với các tác nhân emunxi và các chất khác để tạo thành các giọt dầu nhỏ đến 0,08 ÷ 0,003 µm (hình 2.3). : Phần tử emusil : Phần tử nước : Hình khối cầu tích tụ của các phần tử dầu : Phần tử dầu Hình 2.3. Các phân tử hịa tan dưới dạng thể sữa Dung dịch cĩ khả năng bơi trơn tốt hơn nếu bổ sung các chất phụ như dầu thực vật, mỡ động vật hoặc các sản phẩm este khác, nếu bổ sung các thành phần như Lưu huỳnh, phốt pho hay Clo thì khả năng bơi trơn - làm nguội sẽ tốt hơn. Loại này vừa cĩ tác dụng bơi trơn vừa cĩ tác dụng làm nguội. Dung dịch tạo thành từ các thành phần hĩa học Dung dịch này là sự kết hợp của cả ba loại trên, nhưng cĩ đặc điểm khác sau đây: - Lượng dầu hịa tan ít hơn từ 5 ÷ 45% so với loại hai. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 - Lượng emunxi và các phân tử hoạt động trên bề mặt cao hơn so với loại hai, điều này cho thấy kích thước khối cầu nhỏ hơn loại ba. - Khi dùng loại dầu này sẽ giúp quá trình tách phoi tốt, khả năng xâm nhập vùng cắt để bơi trơn - làm nguội tốt. : Phần tử emusil : Phần tử nước : Hình khối cầu tích tụ của các phần tử dầu : Phần tử dầu : Phần tử khoáng : Phần tử chất phụ trợ Hình 2.4. Các phân tử hịa tan trong hợp chất hĩa học Dung dịch được tạo thành từ các loại dầu Dung dịch này được lấy từ dầu thơ, dầu thực vật, mỡ động vật, chúng cĩ thể ở dạng đơn hoặc pha trộn. Dầu thơ cĩ nhiều nguồn khác nhau như dầu mỏ, prafin, độ nhớt của chúng khác nhau phụ thuộc vào các thành phần pha trộn. Nếu bổ sung thêm dầu thực vật sẽ làm tăng khả năng dính ướt của dung dịch và cải thiện khả năng bơi trơn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Cũng cĩ thể pha thêm các chất như Phốt pho, Lưu huỳnh, Clo làm tăng thêm khả năng bơi trơn - làm nguội của dung dịch. : Phần tử khoáng hòa tan : Các phần tử dầu thô : Khoáng, dầu động, thực vật hoặc các chất béo : Các phần tử dầu Hình 2.5. Các phần tử hịa tan trong hợp chất dầu 2.1.3 Cách dẫn dung dịch trơn nguội vào vùng cắt trong MQL Phương pháp dẫn dung dịch bơi trơn vào vùng cắt cĩ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình bơi trơn. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Phương pháp dẫn dung dịch bơi trơn vào vùng cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp gia cơng, loại dụng cụ cắt, vật liệu gia cơng... Quá trình phay được thực hiện bằng dụng cụ cĩ răng dao đặt trên hình trụ hoặc trên mặt đầu, mỗi răng dao là một lưỡi cắt đơn giản. Để hớt vật liệu, các lưỡi cắt tham gia cắt liên tục nên để đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt cĩ thể thực hiện theo các phương pháp sau [3]: - Dùng hai vịi dẫn trực tiếp dung dịch vào vùng cắt từ hai bên của dao: Hình 2.6. Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của dao - Dùng hai vịi phun dẫn trực tiếp vào mặt trước và mặt sau của dao: Thực hiện hiệu quả nhất trên dao phay khi gia cơng các bề mặt rộng, thường sử dụng khi gia cơng mặt phẳng. Phương pháp này cĩ hệ thống vịi tưới phức tạp, phải bố trí vịi di chuyển cùng trục chính máy, trong quá trình cắt nếu cần điều chỉnh vịi sẽ khĩ khăn. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Hình 2.7. Dẫn dung dịch trực tiếp vào mặt trước và mặt sau dao phay - Dùng thiết bị vịi dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt: Phương pháp này cĩ hiệu quả tưới cao, thường sử dụng cho các loại dụng cụ như dao phay ngĩn. Nhược điểm chính là gián tiếp dẫn dung dịch vào vùng cắt và chỉ sử dụng cho dụng cụ cắt cĩ đường kính giới hạn. Hình 2.8. Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt 2.1.4 Ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ MQL đến quá trình gia cơng 1. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch Trong cơng nghệ bơi trơn tối thiểu thì vai trị của dung dịch bơi trơn cĩ nhiệm vụ chủ yếu là bơi trơn. Cịn quá trình làm nguội chủ yếu là do dịng khí áp lực cao. Loại dầu cắt và thành phần dung dịch ảnh hưởng đến quá trình gia cơng chủ yếu do các yếu tố [3]: - Khả năng tạo sương mù của dung dịch. - Khả năng xâm nhập của các hạt sương mù vào vùng cắt. - Khả năng bám dính và khả năng tạo màng dầu bơi trơn trong vùng cắt. - Khả năng chịu được nhiệt độ và áp lực cao của màng dầu. - Khơng độc hại và khơng gây ơ nhiễm mơi trường. Vì vậy dung dịch bơi trơn dùng trong bơi trơn làm nguội tối thiểu ngồi những yêu cầu chung như tưới tràn cịn cần chú ý chọn thỏa mãn các điều kiện Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 trên. Trong đĩ đặc biệt chú ý là chọn độ nhớt hợp lý, nhiệt độ hĩa hơi cao và khơng độc hại. Loại dung dịch thường dùng cĩ thể là dung dịch Emunxi cĩ pha thêm dầu thực vật hoặc các loại dầu nhờn hoặc dầu thực vật. 2. Ảnh hưởng của kiểu dẫn dung dịch vào vùng cắt Hiệu quả của phương pháp bơi trơn phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp, vị trí, gĩc vịi dẫn dung dịch vào vùng cắt. Ngồi những yêu cầu về khơng gian làm việc, khơng gian và kết cấu của máy, khả năng điều chỉnh của bản thân thiết bị bơi trơn thì vịi phun nên bố trí cĩ vị trí tương quan với dụng cụ cắt và phơi sao cho thích hợp nhất để hiệu quả bơi trơn là cao nhất. Cĩ thể sử dụng một số cách dẫn dung dịch như sau [5]: - Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao. Ưu điểm: Áp lực khí đủ lớn sẽ nâng cánh phoi lên, kết hợp với phơi quay sẽ đưa dung dịch vào ngập vùng cắt. Khơng gian bố trí vịi phun dễ dàng. Nhược điểm: Nếu áp lực dịng khí khơng đủ lớn thì khả năng bơi trơn làm nguội khơng tối ưu. Khả năng nâng phoi sẽ khơng tốt nếu chiều dày phoi lớn. Trong bơi trơn tối thiểu cần chú ý cách phun này. Nếu dùng trong bơi trơn làm nguội tưới tràn thì ý nghĩa khơng lớn vì lượng dung dịch vào được vùng cắt chỉ đạt 50 ÷ 60%, phần nhiều lượng dung dịch bị dẫn ra ngồi theo hướng trượt của phoi, điều kiện hình thành màng dầu bơi trơn rất khĩ, sự tiếp xúc của phoi và mặt trước là tiếp xúc chặt, trong điều kiện đĩ dung dịch trơn nguội chỉ cĩ thể xâm nhập vào vùng cắt nhờ cĩ những khoảng chân khơng hình thành giữa dao và phoi. Khoảng chân khơng như vậy cĩ thể hình thành nhờ cĩ lẹo dao. Lúc lẹo dao Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 bị cuốn đi, giữa dao và phoi hình thành khoảng trống, lớp kim loại biến dạng dẻo khơng thể tức thời điền đầy khoảng trống đĩ và dung dịch trơn nguội từ bên sườn của mặt tiếp xúc được hút vào thay thế. Khi áp dụng trong bơi trơn tối thiểu, áp lực dịng khí nén sẽ nâng cánh phoi lên, đồng thời đẩy dung dịch vào vùng ma sát giữa mặt trước của dao với phoi, lúc này phoi trượt trên mặt trước của dao trên lớp màng dầu. - Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao. Khi phun dung dịch trơn nguội theo phương pháp này thì dịng khí áp lực cao sẽ đẩy tồn bộ dung dịch vào vùng ma sát mặt sau, phoi trượt trên mặt trước sẽ mang dung dịch theo bơi trơn và làm nguội vùng cắt của mặt trước dao. Ưu điểm: Hiệu suất tưới cao. Bơi trơn được cả vùng ma sát mặt sau, vùng tạo phoi và mặt trước của dao. Nhược điểm: Khơng gian bố trí vịi phun và hiệu chỉnh vịi phun khĩ khăn. Dịng khí sẽ đẩy phoi theo hướng khơng mong muốn. Khoảng cách giữa đầu vịi phun đến vùng cắt cần cĩ các nghiên cứu với từng trường hợp cụ thể để tìm được giá trị tối ưu. 3. Ảnh hưởng của áp suất dịng khí Để giảm ma sát và mịn của dụng cụ cắt trong quá trình cắt kim loại, từ các yếu tố trên ta thấy rằng áp lực dịng khí nén là một yếu tố quan trọng để thực hiện bởi các lý do sau [3]: - Áp lực dịng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu gia cơng khỏi vùng cắt khơng để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ cắt, đồng thời áp lực của dịng khí sẽ đẩy dung dịch vào các kẽ hở tại vùng tiếp xúc của mặt trượt của phoi và mặt trước, của chi tiết và mặt sau. Áp lực dịng khí sẽ đẩy dung dịch vào các Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 vết nứt tế vi trên bề mặt chi tiết tạo thành cái nêm giúp cho biến dạng dẻo bề mặt biến cứng của chi tiết. Yếu tố này cho thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên chi tiết phụ thuộc vào áp lực khí lớn hay nhỏ. - Áp lực dịng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử dung dịch vào vùng cắt một cách thuận lợi nhất. Các phần tử này va đập trực tiếp lên chi tiết gia cơng tạo thành ứng suất dư nén trên bề mặt chi tiết chống lại biến dạng dẻo tại vùng chi tiết tiếp xúc với mặt sau của dao. - Áp lực dịng khí sẽ tạo ra khí động lực học nâng cánh phoi khỏi mặt trước dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dịng khí đẩy dung dịch vào vùng gia cơng hiệu quả nhất. - Dịng khí được bố trí cĩ hướng ngược chiều với hướng của các hạt kim loại khi tách phoi bắn ra ngồi. Tác dụng này sẽ giúp đẩy các hạt kim loại bay ra khỏi vùng gia cơng và khơng gây va đập với dụng cụ cắt. Hiện tượng này cĩ tác dụng làm giảm ứng suất cĩ hại như tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt dụng cụ cắt. - Tác dụng của dịng khí sẽ làm chuyển động các phân tử tích tụ trong dung dịch, các phần tử này sẽ chuyển động đến va vào chi tiết với áp lực của dịng khí nén, tạo thành một lớp màng phủ lên bề mặt chi tiết, giúp bảo vệ chi tiết trong mơi trường sau khi gia cơng. - Hiện tượng tán nhiệt nhanh từ vùng cắt ra mơi trường xung quanh phụ thuộc rất nhiều vào áp lực của dịng khí. Nếu áp lực của dịng khí lớn: - Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt tốt. - Khả năng giữ các hạt sương mù trong vùng cắt kém. - Khơng an tồn cho người và thiết bị. Nếu áp suất dịng khí nhỏ: Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 - Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt khơng tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt kém. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình bơi trơn làm nguội tối thiểu cần lựa chọn được áp suất dịng khí hợp lý ứng với từng phương pháp gia cơng và các điều kiện cụ thể khác. Nếu dịng khí nhiệt độ thấp thì hiệu quả của quá trình làm nguội sẽ đạt hiệu quả rất cao. 2.2 PHAY CỨNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ MQL VÀO PHAY CỨNG Phay cứng là phay vật liệu cĩ độ cứng, độ bền cao như thép đã tơi, thép khơng gỉ, các vật liệu khĩ gia cơng... Độ cứng của vật phay càng cứng, độ bền càng lớn thì dao càng mịn nhanh. Trong điều kiện làm việc bình thường, dao phay thường bị mịn hỗn hợp vừa mịn cơ học vừa mịn vì nhiệt [10]. Như vậy khi phay cứng dao sẽ nhanh mịn do độ cứng phơi cao. Khi phay, lực hao tổn vào biến dạng khơng đàn hồi, lực này lớn hay bé là do độ cứng của kim loại bị cắt và tiết diện của phoi quyết định. Ngồi ra lực cịn tiêu hao vào chỗ phoi và mặt trước của dao cắt cọ sát vào nhau [10]. Do đĩ, khi phay cứng lực cắt sẽ lớn do độ cứng và độ bền của phơi cao. Khi gia cơng thép đã tơi, người ta thường gia cơng khơ hồn tồn. Các thơng tin đáng tin cậy chỉ ra rằng cắt khơ hồn tồn thép đã tơi khi so sánh với cắt tưới tràn giảm được lực cắt và cơng suất đặt lên chi tiết của máy cơng cụ là kết quả của sự tăng nhiệt độ cắt [15]. Khi phay cứng người ta áp dụng phương pháp phay cao tốc vì khi phay cao tốc, nhiệt lượng phát ra lớn mà thời gian để nhiệt lượng đĩ tản đi ngắn. Cho nên nhiệt độ ở vùng cắt cĩ lúc quá 700 ÷ 8000C. Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 đĩ, kim loại bị cắt gọt sẽ mềm đi và trở thành dễ cắt, như vậy tuổi thọ của dao sẽ tăng lên. Trong điều kiện này, khơng phải độ cứng của vật phay hạn chế tuổi thọ của lưỡi cắt và chính là nhiệt độ của vật phay. Ở nhiệt độ này, chủ yếu là lưỡi cắt cần thiết cĩ giữ được tính năng cắt gọt của nĩ. Dao cácbít thích hợp cho trường hợp này vì nĩ vẫn duy trì được độ cứng ở nhiệt độ 1000 ÷ 11000C [10]. Trong quá trình phay cứng phát ra một lượng nhiệt rất lớn, nĩng nhất ở chỗ phoi tiếp xúc với mặt trước. Trong đĩ, 60 ÷ 80% nhiệt lượng truyền sang phoi, 10 ÷ 40% nhiệt lượng truyền vào dao; 3 ÷ 9% truyền vào vật đang gia cơng và 1 ÷ 2,5% tản vào mơi trường xung quanh. Nhiệt gây ra nhiều tác hại lớn cho gia cơng cắt gọt, là một trong những nguyên nhân chủ yếu hạn chế năng suất cắt gọt. Đối với chi tiết gia cơng, nhiệt lượng truyền sang đĩ sẽ được dự trữ để gây tác hại cho dao mặt khác cịn làm giãn nở chi tiết làm đo kiểm khĩ chính xác. Tuy phơi bị nĩng mềm hơn nên dễ cắt gọt hơn, song ảnh hưởng xấu là cơ bản [8]. Khi khơng dùng dung dịch trơn nguội thì một phần nhiệt cắt sẽ phân tán vào khơng khí, nhưng nếu cĩ dung dịch trơn nguội thì một phần nhiệt sẽ phân tán vào dung dịch trơn nguội đĩ. Kết quả của tác dụng dịng nhiệt là nhiệt sẽ phân tán vào phoi, dao cắt, chi tiết và khơng gian xung quanh. Trong khi cắt gọt kim loại, cần phải tận dụng làm cho nhiệt truyền vào dao ít nhất, do đĩ cần phải dùng dung dịch trơn nguội để dao cắt tản bớt nhiệt, tăng thêm tuổi thọ cho dao phay [10]. Khi phay cứng bằng dao gắn mảnh hợp kim cứng rất dễ xảy ra hiện tượng nứt mẻ lưỡi dao nếu cĩ va đập và thay đổi nhiệt độ đột ngột. Nên khi tưới dung dịch trơn nguội phải tưới liên tục và đủ lưu lượng tuyệt đối khơng được tưới nhỏ giọt hoặc gián đoạn [10]. Phay cứng ngày càng quan trọng bởi nĩ cĩ khả năng gia cơng được các chi tiết quan trọng cĩ độ cứng, độ bền cao. Do đĩ vấn đề nâng cao hiệu quả sản xuất khi phay cứng ngày càng đặt ra bức thiết. Với các vấn đề phay cứng trên thì Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 MQL tự nĩ thể hiện là một giải pháp khả thi đối với phay cứng để nhận được mịn dao chậm trong khi vẫn duy trì được cơng suất cắt và nhiệt độ cắt ở mức độ thích hợp. Tuy nhiên, mới chỉ cĩ một số ít tài liệu chứng minh hiệu quả của MQL do đĩ cần phải tiếp tục nghiên cứu tính khả thi của MQL trong quá trình gia cơng cứng. 2.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Yêu cầu nâng cao hiệu quả phay thép đã tơi ngày càng tăng do sự gia tăng sử dụng thép cĩ độ cứng, độ bền cao trong cơng nghệ chế tạo máy (ví dụ như trong cơng nghiệp ơtơ [17]). Phay cứng cho phép chúng ta cĩ thể bỏ được hoặc giảm bớt được nguyên cơng mài trong quá trình chế tạo chi tiết. Trên thế giới và Việt Nam đã cĩ một số nghiên cứu về cơng nghệ MQL và đã đạt được những thành cơng nhất định ở một số lĩnh vực trong cơng nghệ kim loại nhưng cơng nghệ MQL vẫn rất cần được nghiên cứu thêm để làm rõ hiệu quả bơi trơn làm nguội của nĩ và mở rộng ứng dụng MQL vào thực tế sản xuất. Chúng ta biết rằng, trong cơng nghệ MQL cĩ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia cơng và chất lượng sản phẩm như: loại dung dịch, phương pháp gia cơng, tính chất của cặp vật liệu dao-phơi, lưu lượng tưới dung dịch trơn nguội, áp suất khí nén phun vào vùng cắt.... Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ MQL vào phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu trong điều kiện cụ thể của nước ta. Trong khuơn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu mịn và cơ chế mịn dao khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khơ và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mịn và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu sử dụng cơng nghệ MQL. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 - So sánh tuổi bền của dao khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khơ và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít. Với các vấn đề cần nghiên cứu trên, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong đĩ nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Mơ hình nghiên cứu thực nghiệm như sau: Đầu vào ⇒ Phay cứng ⇒ Đầu ra - Phương pháp tưới (khơ và MQL) - Loại dung dịch trơn nguội (emunxi và dầu lạc) Phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít - Mịn dao - Cơ chế mịn dao - Tuổi bền dao - Nhám bề mặt chi tiết Chương 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống Hệ thống bơi trơn làm nguội tối thiểu phải đảm bảo các yêu cầu: Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 - Áp suất khí nén phải ổn định và điều chỉnh được trong phạm vi cần thiết. Việc điều chỉnh phải dễ dàng, thuận lợi. - Lưu lượng dịng chất lỏng phải ổn định, tạo sương mù tốt. Phải điều chỉnh được lưu lượng một cách chủ động và độc lập với điều chỉnh áp suất dịng khí. - Dễ chế tạo, lắp đặt và sử dụng. Để đáp ứng được yêu cầu trên, nguyên lý hoạt động hệ thống phun dung dịch MQL như sau [1]: 10 20 30 1 2 3 7 8 4 5 6 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù Nguyên lý hoạt động Dịng khí áp lực cao từ máy nén khí 1 qua hệ thống điều chỉnh và ổn định áp suất 2 qua van 3, buồng tạo chân khơng và trộn 4. Khi dịng khí áp lực cao qua buồng tạo chân khơng 4 tạo nên lực hút chân khơng nên dung dịch trơn nguội từ buồng 8 sẽ qua hệ thống ống dẫn và van điều chỉnh lưu lượng7 vào buồng 4. Tại Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 đây dung dịch trơn nguội được trộn với dịng khí nén tạo thành sương mù và được phun trực tiếp vào vùng cắt. Như vậy, áp suất dịng khí ra được điều chỉnh và ổn định nhờ van số 2. Lưu lượng dịng dung dịch được điều chỉnh và ổn định nhờ van 7. 3.1.2 Hệ thống thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm phay cứng thép 65Γ đã tơi trên máy phay sử dụng bơi trơn tối thiểu như sau: Hình 3.2. Ảnh hệ thống thí nghiệm 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm - Máy cơng cụ: máy phay đứng Showa, kiểu JMII, Nhật Bản. - Dụng cụ cắt: dao phay mặt đầu gắn mảnh cácbít tam giác P15 (79% WC, 15% TiC, 6% Co), độ cứng HRA ≥ 90, hãng Sandvic Coromant Thụy Điển. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 - Phơi: Thép lị xo 65Γ (C = 0,62 ÷ 0,70%, Si = 0,17 ÷ 0,37%, Mn = 0,9 ÷ 1,2%, P ≤ 0,035%, S ≤ 0,035%, Cr ≤ 0,025%, Ni ≤ 0,025%, Cu ≤ 0,20%) đã tơi, độ cứng HRC = 35 ÷ 40, kích thước phơi: 350 x 35 x 5. - Dung dịch trơn nguội: dầu lạc, dầu emunxi. - Hệ thống cung cấp khí nén: máy nén khí Model PT-0136, Đài Loan. Áp suất khí nén lớn nhất: 8 kg/cm2. Áp suất đầu ra của thí nghiệm: 4 bar. - Đầu phun: đầu phun NOGA, Cộng Hịa Liên Bang Đức. - Dụng cụ đo kích thước: thước cặp, độ phân giải 0,01, Mitutoyo, Nhật Bản. - Dụng cụ đo lưu lượng: loại vạch chia 5 ml, thể tích 500 ml. - Thước cặp độ phân giải 0,01, Mittutoyo, Nhật Bản. - Máy đo nhám: SJ-201 Mittutoyo, Nhật Bản. - Máy chụp tế vi bề mặt dao: Máy chụp hiển vi điện tử TM-1000, Nhật Bản. - Chế độ cắt: vận tốc cắt Vc = 87 m/ph, lượng tiến dao S = 28 mm/ph, chiều sâu cắt: t = 0,3 mm. 3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Mục đích thí nghiệm Khảo sát mịn dao, hình ảnh tế vi mịn dao, độ nhám bề mặt chi tiết để hiểu cơ chế mịn dao và so sánh hiệu quả gia cơng của phương pháp gia cơng MQL và gia cơng khơ khi phay thép 65Γ đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít. Từ đĩ xác định được phương pháp gia cơng phù hợp cho phay cứng mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu cácbít. Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của các các phương pháp gia cơng gồm: - Độ mịn và cơ chế mịn dao; - Tuổi bền dao ứng với lượng mịn cho phép; - Độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng; Trình tự tiến hành thí nghiệm Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Phay mặt phẳng thép 65Γ đã tơi cĩ bề rộng 35 mm, chiều sâu cắt 0,3 mm bằng dao phay mặt đầu cácbít với các thơng số cơng nghệ: n = 200 vịng/phút, s = 28 mm/phút, v = 87 m/phút. Sau mỗi khoảng thời gian cắt 60 phút (tương ứng với chiều dài cắt 6 x 350 = 2100 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mịn dao, đo mịn. Sau mỗi thời gian cắt 10 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 350 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia cơng sử dụng dung dịch và các phương pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau: - Gia cơng khơ. - Bơi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng emunxi với áp suất P = 4 KG/cm2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. - Bơi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất P = 4 KG/cm2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. 3.2.1 Mịn và cơ chế mịn dao 1. Mịn và cơ chế mịn mặt trước dao Các hình chụp tế vi mịn mặt trước dao được tổng hợp trong Phụ lục 1 (hình 1, hình 2 và hình 3) và hình 3.3 (so sánh mịn dao). Từ các hình chụp tế vi mặt trước dao ta thấy: - Mịn mặt trước cĩ thể chia thành 3 vùng mịn rõ rệt theo phương thốt phoi thơng qua mức độ dính của vật liệu gia cơng với mặt trước. Chiều dài tiếp xúc giữa phoi với mặt trước tăng dần theo thời gian cắt. Vùng 1 nằm sát và bám dọc theo lưỡi cắt với chiều sâu mịn, vết cào xước và dính bám vật liệu gia cơng nhiều nhất. Vùng 2 là vùng tiếp theo với chiều sâu mịn, vết xước và dính bám vật liệu gia cơng nhỏ hơn. Vùng 3 là vùng thốt phoi khỏi mặt trước dao, ở đây cĩ những vết xước và dính bám vật liệu gia cơng ít. Với sự xuất hiện của các vết cào xước chứng tỏ mặt trước dao bị mịn do các hạt cứng tạo ra trong quá trình cắt. Sự dính bám vật liệu gia cơng và mịn mạnh trên mặt trước ở vùng 1 và vùng 2 chứng tỏ mặt trước dao bị mịn tiếp xúc. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Hình 3.3. Ảnh so sánh mịn mặt trước dao (a) gia cơng khơ sau khi cắt 300 phút, (b) ảnh phĩng to của (a), (c) gia cơng MQL-emunxi sau khi cắt 300 phút, (d) ảnh phĩng to của (b), (e) gia cơng MQL-dầu lạc sau khi cắt 300 phút, (f): ảnh phĩng to của (e). - Mịn mặt trước dao khi so sánh gia cơng khơ với MQL (emunxi và dầu lạc) ta thấy mức độ mịn mặt trước khi gia cơng với MQL-emunxi là thấp nhất, sau đĩ đến gia cơng khơ và mịn mặt trước của MQL-dầu lạc là lớn nhất. Khi gia cơng khơ, bề rộng vùng mịn mặt trước tăng dần đặc biệt chiều sâu mịn vùng 1 (b) (a) (c) (d) (e) (f) Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 phát triển rất nhanh. Khi gia cơng MQL-emunxi, bề rộng vùng mịn tăng chậm, chiều sâu mịn vùng 1 nhỏ hơn nhiều so với gia cơng khơ. Khi gia cơng MQL- dầu lạc thì bề rộng và chiều sâu mịn của vùng 1 và vùng 2 tăng nhanh, đặc biệt bề mặt mịn mặt trước rất ghồ ghề do nứt và trĩc vảy của vật liệu dao. Nguyên nhân dẫn đến kết quả này cĩ thể do độ nhớt của dung dịch emunxi thấp nên các phần tử emunxi dễ dàng xâm nhập vào vùng tiếp xúc giữa dao và phoi để bơi trơn và làm nguội nên giảm được ma tiếp xúc dao-phoi dẫn đến giảm được mịn mặt trước dao so với gia cơng khơ. Đối với dầu lạc, cĩ thể do độ nhớt cao nên các phần tử dầu khĩ xâm nhập vào vùng tiếp xúc dao-phoi và bao quanh vùng cắt làm nhiệt trong vùng cắt khơng thốt ra ngồi được dẫn đến chênh lệch lớn về nhiệt độ giữa vùng cắt với vùng xung quanh gây ra ứng suất nhiệt làm nứt vỡ và trĩc vảy mảnh dao cácbít. Một nguyên nhân nữa cĩ thể dẫn đến mịn mạnh mặt trước dao khi tưới dầu lạc là do cĩ phản ứng hĩa học giữa kim loại dính kết Cơban với các axit hữu cơ cĩ trong dầu lạc làm mất liên kết các hạt cácbít WC và TiC của dao. 2. Mịn và cơ chế mịn mặt sau dao Các hình chụp tế vi mịn mặt sau dao được tổng hợp trong Phụ lục 1 (hình 4, hình 5 và hình 6) và hình 3.4 (so sánh mịn mặt sau). Từ các hình chụp tế vi mặt sau dao ta thấy: - Trên vùng mịn mặt sau dao cĩ dính bám vật liệu gia cơng và các vết xước chứng tỏ cơ chế mịn mặt sau là mịn do hạt mài và mịn tiếp xúc. - Tiến hành đo mịn mặt sau dao khi gia cơng khơ và MQL ta thấy mịn mặt sau ứng với MQL-emunxi là thấp nhất, sau đĩ đến gia cơng khơ và mịn mặt sau của MQL-dầu lạc là lớn nhất. Bề rộng và mức độ phát triển vết mịn mặt sau của MQL-emunxi nhỏ hơn khi gia cơng khơ. Bề rộng và mức độ phát triển vết mịn mặt sau của MQL-dầu lạc lớn hơn nhiều so với gia cơng khơ và MQL- emunxi. Nguyên nhân của kết quả này cĩ thể do độ nhớt của dầu lạc cao khĩ xâm Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 nhập vào vùng cắt để bơi trơn làm nguội mà bao quanh vùng cắt gây chênh lệch nhiệt độ và tạo ứng suất làm nứt vỡ và trĩc vảy dao cácbít. Cũng cĩ thể do cĩ phản ứng hĩa học giữa kim loại dính kết Cơban với các axit hữu cơ cĩ trong dầu lạc làm mất liên kết các hạt nền TiC của dao cácbít. Hình 3.4. Ảnh so sánh mịn mặt sau dao (a) gia cơng khơ sau khi cắt 180 phút, (b) ảnh phĩng to của (a), (c) gia cơng MQL-emunxi sau khi cắt 180 phút, (d) ảnh phĩng to của (b), (e) gia cơng MQL-dầu lạc sau khi cắt 180 phút, (f): ảnh phĩng to của (e). (b) (a) (c) (d) (e) (f) Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 3. Mịn và tuổi bền dao - Mịn mặt sau ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước gia cơng và độ nhám bề mặt của chi tiết. Do đĩ cần thiết phải so sánh mức độ mịn mặt sau dao. Kết quả đo mịn mặt sau được tổng hợp trong bảng 2 phụ lục 2. Dùng phầm mềm EXCEL xử lý kết quả này ta cĩ biểu đồ quan hệ giữa mịn mặt sau dao với thời gian cắt như sau: Đ ộ m ịn m ặt sa u (m m ) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 60 120 180 240 300 Khơ Emunxi Dầu lạc Thời gian cắt t (phút) Hình 3.5. Quan hệ giữa độ mịn mặt sau dao và thời gian cắt t Từ biểu đồ hình 3.5 ta cĩ mức độ mịn mặt sau của các phương pháp gia cơng xếp theo chiều tăng là: MQL-emunxil, gia cơng khơ và MQL-dầu lạc. Nếu lấy độ mịn mặt sau ứng với gia cơng MQL-emunxil là 0,52 mm (tương ứng với thời gian cắt 300 phút) làm độ mịn giới hạn thì ta cĩ kết quả tuổi bền dao ghi trong bảng 3, phụ lục 2. Dùng Phần mềm EXCEL ta cĩ biểu đồ so sánh tuổi bền dao như hình 3.6. Từ biểu đồ ta thấy tuổi bền dao ta cĩ các tỉ lệ: tuổi bền dao MQL-emunxi/tuổi bền dao gia cơng khơ = 300/209 ≈ 1,44; tuổi bền dao MQL- dầu lạc/tuổi bền dao gia cơng khơ = 180/209 ≈ 0,86. Như vậy khi gia cơng MQL- emunxi đã tăng được đáng kể tuổi bền dao. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 T uổ i b ền c ủa d ao (p hú t) 0 50 100 150 200 250 300 Khơ Emunxi Dầu lạc [u]=0.52 (mm) Các loại dung dịch trơn nguội Hình 3.6. Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mịn cho phép 3.2.1 Độ nhám bề mặt chi tiết Kết quả độ nhám bề mặt chi tiết được tổng hợp trong bảng 1, phụ lục 2. Dùng phầm mềm EXCEL xử lý kết quả này ta cĩ biểu đồ quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thời gian cắt như sau: Đ ộ h á R a ( µm ) 0 1 2 3 4 5 6 10 30 50 70 90 11 0 13 0 15 0 17 0 19 0 21 0 23 0 25 0 27 0 29 0 Khơ Emunxi Dầu lạc Thời gian cắt t (phút) Hình 3.7. Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Từ biểu đồ hình 3.7 ta thấy độ nhám bề mặt chi tiết khi dùng phương pháp MQL cao hơn gia cơng khơ, trong đĩ độ nhám bề mặt chi tiết khi bơi trơn làm nguội tối thiểu bằng dung dịch emunxi là tốt nhất. Cĩ kết quả này là do vịi phun dung dịch trơn nguội MQL đẩy được các hạt cứng sinh ra trong quá trình cắt ra khỏi vùng gia cơng và giảm được ứng suất dư bề mặt do nhiệt cắt. 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 - Cơ chế mịn dao phay mặt đầu cácbít khi phay phẳng thép đã tơi là mịn do hạt mài và tiếp xúc. Cơ chế mịn dao khi gia cơng bơi trơn làm nguội tối thiểu ngồi mịn hạt mài và tiếp xúc, dao cịn bị mịn do ứng suất nhiệt hình thành từ sự chênh lệch lớn nhiệt độ giữa vùng tiếp xúc dao-phoi với vùng xung quanh liên quan đến độ nhớt cao của dung dịch trơn nguội hoặc do phản ứng hĩa học của dung dịch trơn nguội với kim loại dính kết Cơban trong dao cácbít. - Cơng nghệ MQL sử dụng dung dịch emunxi mang lại hiệu quả phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít hơn hẳn gia cơng khơ. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 Chương 4 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 1. Nhu cầu nâng cao hiệu quả phay phẳng thép đã tơi nhằm tránh hoặc giảm bớt nguyên cơng mài ngày càng lớn do việc sử dụng ngày càng tăng các vật liệu cĩ độ cứng, độ bền cao trong cơng nghiệp. Khi gia cơng bằng dao hợp kim cứng người ta thường khơng sử dụng dung dịch trơn nguội vì khi sử dụng dung dịch trơn nguội bằng tưới tràn dễ xảy ra hiện tượng nứt vỡ dao nếu khơng tưới dung dịch trơn nguội liên tục và đủ lưu lượng [8], cĩ thơng tin cho rằng cắt khơ hồn tồn khi so sánh với tưới tràn giảm được lực cắt do sự tăng nhiệt cắt [15]. Tuy nhiên, thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp vẫn cĩ ưu điểm vì khi cĩ dung dịch trơn nguội dụng cụ cắt sẽ làm việc êm hơn, tuổi bền dao cao hơn, độ chính xác và độ nhám bề mặt gia cơng được cải thiện đáng kể [7]. Mặt khác vấn đề sản xuất theo hướng thân thiện với mơi trường đặt ra ngày càng cấp bách vì nĩ mang lại lợi ích về sức khỏe, kinh tế và khơng gây ơ nhiễm mơi trường. Vì các lý do trên nên tác giả đã chọn đề tài “Ảnh hưởng của bơi trơn làm nguội tối thiểu tới mịn dao và độ nhám bề mặt khi phay phẳng thép 65Γ đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít” nhằm nâng cao hiệu quả phay cứng và sản xuất thân thiện với mơi trường. 2. Tác giả đã định hướng được hướng nghiên cứu đúng đắn đĩ là nghiên cứu về mịn, cơ chế mịn và độ nhám bề mặt chi tiết khi gia cơng khơ và gia cơng MQL thép đã tơi để so sánh hiệu quả gia cơng MQL so với gia cơng khơ. 3. Tác giả đã chọn phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm đảm bảo được tính thống nhất giữa lý thuyết với thực tiễn. 4. Luận văn đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ sở liên quan đến phay cứng bằng dao phay mặt đầu cácbít như lực cắt, nhiệt cắt, mịn dao và một số lý Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 thuyết về bơi trơn làm nguội tối thiểu khi phay bằng dao phay mặt đầu như tác dụng của dung dịch trơn nguội, c ác loại dung dịch dùng trong MQL, phương pháp dẫn dung dịch trơn nguội vào vùng cắt, ảnh hưởng của một số thơng số cơng nghệ đến quá trình gia cơng MQL. 5. Luận văn đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu. 6. Luận văn đã xây dựng được mối quan hệ giữa độ mịn dao, độ nhám bề mặt và tuổi thọ của dao với thời gian cắt khi gia cơng khơ và gia cơng MQL. 7. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của luận văn cĩ thể rút ra các kết luận sau: - Cơ chế mịn dao phay mặt đầu cácbít khi phay phẳng thép đã tơi là mịn do hạt mài và tiếp xúc. Cơ chế mịn dao khi gia cơng cĩ bơi trơn làm nguội tối thiểu ngồi mịn hạt mài và tiếp xúc, dao cịn bị mịn do ứng suất nhiệt hình thành từ sự chênh lệch lớn nhiệt độ giữa vùng tiếp xúc dao-phoi với vùng xung quanh liên quan đến độ nhớt cao của dung dịch trơn nguội hoặc do phản ứng hĩa học của dung dịch trơn nguội với kim loại dính kết Cơban trong dao cácbít. - Cơng nghệ MQL sử dụng dung dịch emunxi mang lại hiệu quả phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít hơn hẳn gia cơng khơ. 4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Để hồn thiện việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp gia cơng MQL vào phay cứng bằng dao phay mặt đầu cácbít cần nghiên cứu thêm các nội dung sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun, lưu lượng tưới, một số hĩa chất cĩ trong dầu thực vật đến hiệu quả phay cứng bằng dao phay mặt đầu cácbít trong cơng nghệ MQL nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và sản xuất thân thiện với mơi trường. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ra loại đầu phun MQL thích hợp với dao phay mặt đầu cácbít để nâng cao hiệu quả phay cứng - Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp MQL tới các thành phần lực cắt, nhiệt cắt, hệ số ma sát... TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Minh Đức, Ảnh hưởng của phương pháp tưới và dung dịch đến mịn và tuổi bền của dao khi tiện cắt đứt , Tạp chí khoa học và cơng nghệ các trường đại học kỹ thuật số 67, 2008. 2. Trần Minh Đức, Phạm Quang Đồng, Ảnh hưởng của phương pháp tưới dung dịch đến mịn, tuổi bền của dao và nhám bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngĩn, Tạp chí khoa học và cơng nghệ các trường đại học kỹ thuật số 65, 2008. 3. Trần Minh Đức, Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu trong gia cơng cắt gọt, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ trọng điểm B2005-01-61TD, Trường Đại học kỹ thuật cơng nghiệp, Thái Nguyên, 2007. 4. Phạm Quang Đồng, Nghiên cứu ảnh hưởng của cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mịn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngĩn, Đề tài thạc sĩ kỹ thuật, Thái nguyên, 2007. 5. Nguyễn Đức Chính, Nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu khi khoan , Đề tài thạc sĩ kỹ thuật, Thái nguyên, 2007. 6. Lưu Trọng Đức, Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu khi phay rãnh , Đề tài thạc sĩ kỹ thuật, Thái Nguyên, 2007. 7. Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2006. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 8. Phạm Quang Lê, Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản cơng nhân kỹ thuật, Hà nội, 1979. 9. Nghiêm Hùng, Vật liệu học cơ sở, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2002. 10. C.V. A-vơ-ru-chin (Nguyễn Bá Tồn dịch), Kỹ thuật phay (tập II), Nhà xuất bản cơng nghiệp, Hà nội, 1962. 11. Ph.A. Barơbasơp (Trần Văn Địch dịch), Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản Mir, 1980. 12. Vũ Quý Đạc, Ma sát và Mịn, Đại học kỹ thuật cơng nghiệp, Thái Nguyên, 2005. 13. Phan Quang Thế, Kỹ thuật bề mặt, Đại học kỹ thuật cơng nghiệp, Thái Nguyên, 2007. 14. Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohammad Kamruzzaman, Effect of minimum quantity lubrication (MQL) on tool wear, surface roughness and dimensional deviation in turning AISI-4340 steel, G.U. Journal of science, 2007. 15. Steven Y Liang, George W, Minimum quantity lubrication in finish hard turning, G.U. Journal of science, 2007. 16. Master chemical corporation, Fluid application - MQL (minimum quantity lubrication), .masterchemical.com, 2006. 17. Jim lorincz, Senior, The right solutions for coolant, @sme.org, 2007. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 PHỤ LỤC Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MỊN DAO (a) (b) (c) (d) Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 (e) (f) Hình 1. Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng khơ. (a) sau khi gia cơng 60 phút, (b) sau khi gia cơng 120 phút, (c) sau khi gia cơng 180 phút, (d) sau khi gia cơng 240 phút, (e) sau khi gia cơng 300 phút, (f): ảnh phĩng tọa độ của (d). (a) (b) (c) (d) Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 (e) (f) Hình 2. Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng MQL-emunxi. (a) sau khi gia cơng 60 phút, (b) sau khi gia cơng 120 phút, (c) sau khi gia cơng 180 phút, (d) sau khi gia cơng 240 phút, (e) sau khi gia cơng 300 phút, (f): ảnh phĩng tọa độ của (e). (a) (b) Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 (c) (d) (e) (f) Hình 3. Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng MQL-dầu lạc. (a) sau khi gia cơng 60 phút, (b) sau khi gia cơng 120 phút, (c) sau khi gia cơng 180 phút, (d) sau khi gia cơng 240 phút, (e) sau khi gia cơng 300 phút, (f): ảnh phĩng tọa độ của (e). (a) (b) Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 (c) (d) (e) (f) Hình 4. Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng khơ. (a) sau khi gia cơng 60 phút, (b) sau khi gia cơng 120 phút, (c) sau khi gia cơng 180 phút, (d) sau khi gia cơng 240 phút, (e) sau khi gia cơng 300 phút, (f): ảnh phĩng tọa độ của (d). (a) (b) Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 (c) (d) (e) (f) Hình 5. Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng MQL-emunxi. (a) sau khi gia cơng 60 phút, (b) sau khi gia cơng 120 phút, (c) sau khi gia cơng 180 phút, (d) sau khi gia cơng 240 phút, (e) sau khi gia cơng 300 phút, (f): ảnh phĩng tọa độ của (e). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 6. Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng MQL-dầu lạc. (a) sau khi gia cơng 60 phút, (b) sau khi gia cơng 120 phút, (c) sau khi gia cơng 180 phút, (d) sau khi gia cơng 240 phút, (e) sau khi gia cơng 300 phút, (f): ảnh phĩng tọa độ của (d). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 Phụ lục 2. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM Bảng 1. Số liệu độ nhám Ra, Rz TT Thời gian (phút) Gia cơng khơ MQL - Dầu lạc MQL - Emunxi Ra (µm) Rz (µm) Ra (µm) Rz (µm) Ra (µm) Rz (µm) 1 10 1,2 7,64 1,1 6,36 0,72 4,5 2 20 1,25 8,38 1,05 6,88 0,79 4,15 3 30 1,29 9,32 1,17 7,2 0,79 4,57 4 40 1,52 9,83 1,3 7,3 0,88 4,53 5 50 1,68 10,26 1,36 7,8 1,02 4,69 6 60 1,85 10,69 1,41 8,16 1,1 4,95 7 70 2,06 11,05 1,6 8,38 1,18 4,91 8 80 2,36 11,71 1,73 9,1 1,16 4,71 9 90 2,35 11,71 1,64 9,11 1,21 5,92 10 100 2,6 12,93 1,86 9,47 1,11 6,14 11 110 2,51 13,29 1,69 9,78 1,28 5,85 12 120 2,74 14,09 1,9 11,13 1,47 6,29 13 130 2,9 14,81 2,13 11 1,4 6,86 14 140 2,95 14,6 2,28 10,84 1,6 7,44 15 150 3,17 15,39 2,33 11,27 1,66 7,51 16 160 3,2 16,11 2,49 12,14 1,71 7,59 17 170 3,51 16,33 2,44 12,14 1,59 7,66 18 180 3,51 17,12 2,63 13,22 1,69 8,38 19 190 3,37 16,91 2,92 12,72 2 8,31 20 200 3,51 17,7 2,8 13,73 2,04 8,82 21 210 4 18,57 2,71 13,56 1,76 9,47 22 220 4,36 18,06 3,27 14,52 2,07 9,9 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 23 230 4,31 18,57 3,35 14,67 2,09 10,55 24 240 4,31 18,5 3,68 14,31 2,14 11,27 25 250 4,72 18,57 3,58 14,45 2,44 10,05 26 260 4,7 19,08 3,72 14,23 2,46 11,49 27 270 4,52 20 3,58 14,88 2,65 11,34 28 280 4,71 20,16 3,49 15,68 2,63 11,71 29 290 4,79 20 3,53 15,5 2,61 11,71 30 300 5,03 20,45 3,53 16,04 2,51 12,93 Bảng 2. Số liệu độ mịn mặt sau dao TT Thời gian (phút) Độ mịn mặt sau (mm) Gia cơng khơ MQL - Dầu lạc MQL - Emunxi 1 60 0,1 0,2 0,06 2 120 0,2 0,37 0,14 3 180 0,41 0,51 0,21 4 240 0,62 1,27 0,38 5 300 1,05 1,52 0,52 Bảng 3. Tuổi thọ dao ứng với độ mịn mặt sau cho phép [u] = 0,52 mm Loại dung dịch Tuổi thọ dao (phút) Gia cơng khơ 209 MQL - Dầu lạc 180 MQL - Emunxi 300