nghiên cứu ảnh hưởng của trơn làm nguội tối thiểu đến lực cắt, mòn của dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt gia công khi phay gang cầu bằng dao phay mặt đầu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN VĂN QUÂN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI T

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN VĂN QUÂN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT, MÒN CỦA DỤNG CỤ CẮT, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG

KHI PHAY GANG CẦU BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU”

Thái Nguyên – 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT, MÒN CỦA DỤNG CỤ CẮT, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG

KHI PHAY GANG CẦU BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU”

TRẦN VĂN QUÂN

Thái Nguyên – 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN VĂN QUÂN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT, MÒN CỦA DỤNG CỤ CẮT, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG

KHI PHAY GANG CẦU BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU”

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

TS Trần Minh Đức Trần Văn Quân

KHOA SAU ĐẠI HỌC BGH TRƯỜNG ĐHKTCN

Thái Nguyên – 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Trần Minh Đức

Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Thái Nguyên, ngày 12/10/2011

Người thực hiện

Trần Văn Quân

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 4

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp 4

LỜI NÓI ĐẦU

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG GANG CẦU VÀ BÔI TRƠN

LÀM NGUỘI TRONG GIA CÔNG GANG 1.1.Tính gia công của gang cầu 12

1.2.Hình thành phoi trong gia công gang cầu 13

1.3 Lực cắt khi phay gang cầu bằng dao phay mặt đầu 14

1.4 Nhiệt trong gia công gang cầu 16

1.5 Dụng cụ cắt và mòn của dụng cụ cắt khi gia công gang cầu 17

1.6 Bôi trơn làm nguội trong gia công gang cầu 20

Kết luận chương I 27

CHƯƠNG II: BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TRONG PHAY GANG

CẦU BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU

2.1 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến quá trình phay gang

cầu

28

2.2 Ảnh hưởng của vị trí, số lượng vòi, góc bố trí vòi dẫn dung dịch

vào vùng cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu sửu dụng MQL

28

2.3 Ảnh hưởng của áp lực dòng khí đến mòn dụng cụ cắt trong bôi

trơn làm nguội tối thiểu

30

2.4 Giới hạn vấn đề nghiên cứu 32

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 Xây dựng hệ thống thí nghiệm 34

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn - làm nguội

đến lực cắt, mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt kho phay gang

cầu bằng dao phay mặt đầu

37

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực dòng khí, chất lượng bề mặt,

mòn và nhám bề mặt khi phay gang cầu bằng dao phay mặt đầu

Tài liệu tham khảo 56

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết tắt Nội dung viết tắt Ghi chú

1 MQL Phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH CHỤP

1 1.1 Hình thành phoi trong gia công gang 13

2 1.2 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 14

6 2.1 Phun dung dịch vào mặt trước của dao 29

7 2.2 Phun dung dịch vào mặt sau của dao 29

8 2.3 Phun cả mặt trước và mặt sau của dao 29

10 2.5 Mô hình quá trình thí nghiệm 32

16 3.6 Máy đo lực Kistler 9257BA 36

17 3.7 Thiết bị ổn định và điều chỉnh áp suất 36

18 3.8 Kính hiển vi điện tử quét CEM 37

19 3.9

Vết mòn mặt trước của dụng cụ cắt ứng với MQL ở áp suất dòng khí 5KG/Cm2, sau thời gian cắt là 13,32 phút

42

22 3.12 Vết mòn mặt trước của dụng cụ cắt ứng với MQL ở áp 42

trong các trương hợp cắt khô; cắt có sử dụng MQL với

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Gang cầu còn được gọi là gang bền cao Trong cấu trúc của loại gang này, graphit có dạng cầu do đó có độ dẻo đáng kể Do tính dẻo của chúng tăng, khi gia công gang cầu làm tăng hình thành lẹo dao, tạo ra chiều dài tiếp xúc dao – phoi lớn

và nhiệt cắt lớn.Vì vậy trong quá trình gia công gặp rất nhiều khó khăn Hiện nay vấn đề này đang được kiểm soát bằng cách lựa chọn tối ưu các thông số gia công,

sử dụng dung dịch trơn nguôi, và sử dụng dụng cụ cắt có khả năng chịu nhiệt cao

Sử dụng dung dịch trơn nguội bằng phương pháp tưới tràn khi gia công gang cầu bằng dao gắn mảnh hợp kim cứng có hiệu quả không cao do áp lực của dung dịch trơn nguội thấp, không xâm nhập vào vùng tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ cắt nên khả năng loại bỏ nhiệt không hiệu quả, lực cắt lớn, chất lượng bề mặt thấp [5,10] và gây ra hiện tượng sốc nhiệt phá huỷ dụng cụ cắt Mặt khác phoi hình thành trong quá trình gia công (phoi vụn, độ cứng cao) xâm nhập trong các bộ phận chuyển động của máy ảnh hưởng đến tuổi bền của mày, bên cạnh đó vấn để môi trường chưa được giải quyết Năm 1970 công nghệ gia công khô và gia công bôi trơn làm nguội tối thiểu bắt đầu được nghiên cứu và áp dụng

Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) là công nghệ thay thế cho công nghệ bôi trơn truyền thống Đúng với ý nghĩa của tên công nghệ, MQL sử dụng rất ít dung dịch trơn nguội tưới vào vùng cắt một cách chính xác Các nghiên cứu [4,9-15,] đều chỉ ra rằng MQL có rất nhiều ưu điểm như: hiệu quả bôi trơn làm nguội cao, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt, lực cắt nhỏ, độ chính xác và chất lượng

bề mặt tăng, mức tiêu hao dụng dịch nhỏ và không ô nhiễm môi trường

Đến nay công nghệ bôi trơn làm nguôi tối thiểu vẫn đang được hoàn thiện

và áp dụng ở các nước phát triển Ở Việt Nam công nghệ này đang được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong những năm gần đây và đạt được một số kết quả khả quan [11-14,28] Tuy nhiên cho đến nay việc ứng dụng công nghệ MQL trong gia công gang cầu vẫn chưa có nghiên cứu trong nước cũng như ngoài nước Do

vậy tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối

thiểu đến lực cắt, mòn của dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt gia công khi phay gang cầu bằng dao phay mặt đầu ” là cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu đến quá trình phay gang cầu, so sánh với quá trình phay khô từ cơ sở đó xác định chế độ công nghệ hợp lý góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình gia công gang cầu

- Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật (dầu lạc) trong bôi trơn làm nguội

- Đưa ra một số chỉ dẫn về công nghệ hợp lý khi gia công các loại gang nói chung

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là gia công gang cầu sử dụng dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng trên máy phay đứng Những kết quả và phương pháp nghiên cứu đạt được sẽ vận dụng hiệu quả trong quá trình nghiên cứu và áp dụng trong thực tiễn khi phay bang máy trong nhà máy Diezen Sông Công

4 Nội dung nghiên cứu

Tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu đến lực cắt, mòn dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt

+/ Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn làm nguội đến lực cắt, mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt sau khi gia công khi phay gang cầu

+/ Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực dòng khí đến lực cắt, chất lượng bề mặt, mòn của dụng cụ cắt khi phay gang cầu

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a, Ý nghĩa khoa học

- Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ trong và ngoài nước về công nghệ gia công sạch và thân thiện với môi trường Do đó đề tài có ý nghĩa khoa học trong chế tạo máy hiện đại

- Những nghiên cứu về bôi trơn làm nguội được công bố gần đây tập trung vào nghiên cứu về bôi trơn làm nguội tối thiểu Đề tài đã đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu này

- Quá trình cắt sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các thông số ảnh hưởng và chỉ tiêu đánh giá Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm được trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tượng nghiên cứu của đề tài mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểu ứng với các điều kiện khác nhau

b, Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới quá trình gia công vật liệu gang cầu có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi gia công các loại gang khác

- Kết quả nghiên cứu được áp dụng với những sản phẩm chế tạo trong nhà máy Diezen Sông Công

Nời nói đầu

Chương I: Tổng quan về gia công gang cầu và bôi trơn làm nguội trong gia công gang cầu

Chương II: Bôi trơn làm nguội tối thiểu trong phay gang cầu

Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận của luận văn

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG GANG CẦU VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI

TRONG GIA CÔNG GANG CẦU 1.1 Tính gia công của gang cầu

Gang dẻo hay gang cầu, Trong cấu trúc của loại gang này graphit có dạng cầu Giống như ý nghĩa của tên gang, gang cầu có độ dẻo đáng kể (với độ giãn dài khoảng 5 – 15 %) Chúng được dùng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu mỏi, ví dụ trục khuỷu, trục cam, trục cán, nắp ổ đỡ và ổ ly hợp, băng máy công cụ

Do tính dẻo của chúng tăng, gang cầu tạo ra chiều dài tiếp xúc dao-phoi lớn

và nhiệt cắt lớn hơn gang xám Thông thường chúng khó gia công hơn gang xám; thực tế, gang cầu giống thép đúc theo quan điểm tính gia công Tính gia công của gang cầu phụ thuộc vào cấu trúc tế vi, thành phần hợp kim, độ cứng và độ dẻo của chúng

Gang cầu có thể có cấu trúc chủ yếu là peclit, ferrit hay austenit Cấu trúc peclit hay gặp nhất và có độ cứng và tính dẻo trung gian Các loại gang có cấu trúc ferrit thường mềm và dẻo hơn loại peclit, chúng có tính gia công nói chung là tương đương nhau Trong các mác peclit, các hạt cầu graphit thường nằm trong ferrit Chiều dày các lớp ferrit lớn quanh các hạt graphit cầu có xu hướng làm giảm tính gia công, làm cản trở sự phân tán graphit và sự bôi trơn Các mác gang có cấu trúc steadite và (đặc biệt) austenit cứng hơn, có tính mài mòn cao hơn các mác khác do đó chúng là loại khó gia công nhất

1.1.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính gia công của gang cầu

Các động của các nguyên tố hợp kim đến tính gia công của gang cầu tương tự như gang xám Việc đưa đồng hay thiếc vào trong gang cầu sẽ làm giảm độ cứng

và làm nhỏ cấu trúc peclit, kết quả là làm tăng tính gia công Việc thêm photpho sẽ đẩy mạnh sự hình thành steadite và làm giảm tính gia công Cr, Ni và Mangan sẽ làm mòn dao tăng, đồng thời làm giảm tính gia công

Việc tăng độ cứng hay tính dẻo đều làm giảm tính gia công Ảnh hưởng của tính dẻo dường như mạnh hơn độ cứng nếu xét trong phạm vi các nhân tố trên

Chẳng hạn một mác gang có độ cứng 280 HB và độ giãn dài 6% thường dễ gia công (tuổi bền dao lớn hơn) so với mác gang có độ cứng 270 với độ giãn dài 10%

1.2 Hình thành phoi trong gia công gang cầu

Khi cắt để có thể tạo phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công suất cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công

Gang cầu được hình thành khi gang trắng

được ủ (làm mềm bằng cách nung với nhiệt độ và

thời gian có kiểm soát) Loại gang này được tạo ra

khi các hạt xementit cứng giòn trong gang trắng

chuyển thành cacbon hay graphít ủ có dạng cầu

hay khối Vật liệu nhận được có độ bền, dẻo, dai

Cấu trúc graphit trong gang cầu cũng tạo ra sự

phân tán tại vùng tiếp xúc dao-phoi và do đó có tác dụng bôi trơn, khi gia công có

xu hướng tạo ra phoi vụn

Gang cầu là một vật liệu rất bẩn khi gia công Gia công gang ở tốc độ cao trong sản xuất lớn có thể gây ra hiện tượng bồi đắp do bụi (chủ yếu là graphit) trong hệ thống gia công Bụi graphit có tác động xấu đến tuổi thọ của máy và trong vài thường hợp bụi có thể chứa các hạt hợp kim như crom, các hạt này phản ứng với dung dịch trơn nguội tạo thành các oxit có tính mài mòn làm tăng tốc độ mòn ổ trục chính và băng máy Việc làm sạch thường xuyên máy móc và dùng dung dịch trơn nguội để làm giảm sự phân tán của bụi là biện pháp có hiệu quả trong giảm hư hỏng máy do nguyên nhân trên

1.3 Lực cắt khi phay gang cầu

Nghiên cứu lực cắt trong quá trình gia công có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn thực tiến, vì dưới tác dụng của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ Trong quá trình cắt dưới tác dụng của dao, gang bị biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Cùng

Hình 1.1 Phoi vụn trong gia công gang

một lúc khi biến dạng lớp cắt, dao chịu biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Cùng một lúc khi biến dạng lớp cắt, dao chịu tác dụng lên mặt trước và mặt sau các lực tương ứng Lực cắt chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như vật liệu dụng cụ cắt,

độ mòn dao và dung dịch trơn nguội, hình thành của phoi trong gia công… Với gia công gang cầu do tính deo cao, hình thành phoi vụn, trong quá trình cắt hình thành lẹo dao lớn nên lực cắt trong quá trình cắt nhỏ hơn so với khi gia công thép

Khi phay bằng dao phay mặt đầu,

trên răng cắt chịu tác dụng của các lực

Pt - lực vòng hay lực tiếp tuyến (lực cắt

chính) Lực vòng Pt tạo ra mô men xoắn, mô

men vượt qua lực cản cắt và gây uốn trục dao Khi thiết kế hay kiểm tra người ta tính toán động lực học của máy theo Pt Bởi vì khi răng dao phay chuyển động theo

bề mặt cắt thì diện tích lớp cắt thay đổi làm cho hệ thống lực cắt thay đổi Bởi thế khi tính toán chế độ cắt ta dùng mô men và công xuất trung bình xác định lực vòng trung bình

Pz = Cp toxp S zyp Bzp Dqp ZKvK , các hệ số, hệ số mũ được tra trong sổ tay

Pr - lực hướng kính tác dụng vuông góc với phương trục chính của máy phay

có xu hướng đẩy chi tiết ra khỏi dao phay theo hướng kính Lực này có xu hướng làm võng trục dao, đồng thời qua đó nó tạo ra một áp lực lên các ổ trục chính, do

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

tính toán ổ trục chính thì lực này là một yếu tố quan trọng để tính toán tải trọng phức hợp (độ cong của lực hướng kính và độ xoắn của lực tiếp tuyến)

Px – thành phần lực nằm ngang, còn gọi là lực chạy dao, phương cùng với chuyển động chạy dao

Pz – thành phần lực vuông góc với phương chạy dao

Py – thành phần lực chiều trục làm xê dịch các chi tiết theo trục dao phay, và phản lực của nó có chiều hướng dịch dao phay theo ổ trục

Các thành phần lực trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu không thuần nhất, tỉ lệ giữa chúng phụ thuộc vào các thông số hình học của dụng cụ cắt và chế

độ cắt

1.3.1 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt khi gia công gang cầu

Nghiên cứu về bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi chế độ bôi trơn làm nguội tốt [1,2] Khi sử dụng dung dịch trơn nguội sẽ cải thiện tốt điều kiện ma sát giữa phôi và phoi với dụng cụ cắt do đó lực cắt giảm rõ rệt , đặc biệt với nếu vật liệu gia công càng có độ dẻo cao Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại đưa ra lời khuyên không nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia công gang bởi lý do trong gia công gang có thể gây ra hiện tượng sốc nhiệt phá huỷ dụng cụ cắt, phoi hình thành ảnh hưởng đến tuổi bền của máy công

cụ, vật liệu gang phản ứng với dung dịch trơn nguội và các vấn đề về môi trường

1.4 Nhiệt trong gia công gang cầu

Tạo phoi trong quá trình cắt và việc thoát phoi khỏi vùng cắt làm xuất hiện một hiện tượng nhiệt nhất định Nhiệt cắt xuất hiện bằng sự chuyển đổi từ công cắt Gần như tất cả công cần thiết trong

quá trình cắt đều chuyển thành nhiệt

trừ công biến dạng đàn hồi và công kín

(tổng của hai loại công này nhỏ, không

vượt quá 5%) Trong trường hợp hệ

thống công nghệ cứng vững thì công

biến dạng đàn hồi và công kín cực đại

Hình 1.3 Ba nguồn nhiệt và sơ đồ

là 2% của tổng công cắt Phần còn lại ít nhất là 98% chuyển hoá thành nhiệt trong quá trình cắt

Trong gia công gang cầu, phoi hình thành là phoi vụn do đó ma sát giữa mặt trước của dao và phoi là không lớn, hơn nữa cấu trúc graphit trong gang cầu cũng tạo ra sự phân tán tại vùng tiếp xúc dao-phoi và có tác dụng bôi trơn Do đó nhiệt hình thành trong quá trình gia công gang cầu nói chung là nhỏ hơn so với khi gia công thép

1.4.1 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt trong vùng cắt khi gia công gang cầu

Thông thường khi đặt một vật rắn bất kỳ ngoài không khí, lớp bề mặt của nó

sẽ hấp thụ những phàn tử không khí tạo nên những màng mỏng bao quanh [1] Màng này có tác dụng làm giảm được ma sát giữa các vật thể, dường như đóng vai trò một màng bôi trơn Người ta cũng có thể quan sát hiện tượng tưng tự như vậy khi vật thể được bôi trơn bằng chất lỏng Những phần tử chất lỏng cũng được bề mặt vật rắn hấp thụ tạo thành một màng mỏng

Áp suất và nhiệt độ khi cắt gang rất cao nên màng bôi trơn do dung dịch trơn nguội tạo thành phải chịu được áp suất và nhiệt độ tới hạn cao Muốn vậy người ta cho thêm vào dung dịch các chất có hoạt tính bề mặt như mỡ dầu thực vật các axit béo, lưu huỳnh, clo có tác dụng tạo nên những màng bám chắc trên bề mặt kim loại Nhờ có màng bôi trơn này nên hệ số ma sát khi cắt có thể giảm từ 3 đến 5 lần tuỳ theo điều kiện gia công [2], chính vì vậy ma sát giữa dụng cụ cắt với phôi và phoi được cải thiện, nhiệt trong quá trình cắt được hạn chế

Trong quá trình phay là không liên tục nên màng bôi trơn có điều kiện hình thành dễ dàng hơn Tính bôi trơn của dung dịch trơn nguội gắn liền với khả năng xâm nhậm của dụng dịch trơn nguội vào những vết nứt tế vi (đặc biệt trong cấu trúc của gang các vết nứt này hình thành nhiều trong quá trình cắt) Nó gây tác dụng như một cái chêm, làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến cho lớp vật liệu dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt được dễ dàng Khả năng làm lạnh của dung dịch trơn nguội càng lớn khi nhiệt hoá hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nó

càng lớn, nhờ đó nhiệt của dao khi gia công giảm đi Tuỳ theo thành phần của dung

dịch trơn nguội và điều kiện cắt nhiệt độ có thể giảm đi từ 70oc đến 130o

c

1.5 Dụng cụ cắt và mòn của dụng cụ khi gia công gang cầu

Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc

với mặt sau của dao gây lên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ Mài mòn dụng cụ

cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo nhiều hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp

xúc phoi và chi tiết gia công với dụng cụ gia công Mòn có thể xảy ra theo bốn cơ

chế đó là mòn do cào xước, mòn do dính, mòn do phản ứng hoá học, mòn do

khuếch tán [2] Khi bị mài mòn, hình dạng và thông số hình học của phần cắt dụng

cụ thay đổi, gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực

cắt…) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Trong quá trình

cắt, áp lực trên các bề mặt tiếp xúc lớn hơn rất nhiều so với áp lực làm việc trên

các chi tiết máy từ 15 – 20 lần và dụng cụ bị mòn theo nhiều dạng khác nhau như

mòn mặt sau, mòn theo mặt trước, mòn đồng thời mặt trước và mặt sau, cùn lưỡi

cắt [1] Tuy nhiên [1-3] chỉ ra rằng mòn mặt trước và mặt sau ảnh hưởng nhiều

nhất đến quá trình cắt Mòn mặt sau ảnh hưởng đến lực cắt, làm tăng lực cắt, tăng

nhám bề mặt và là chỉ tiêu đánh giá tuổi bền của dụng cụ cắt (hình 1.4) Mòn mặt

trước ảnh hưởng đến độ tin cậy của dụng cụ cắt, làm tăng khả năng mẻ, vỡ dao tức

thời

Gang cầu thường được tiện hay phay bằng dao carbide phủ hoặc dao PCBN Dao nitride silic không được dùng vì nhiệt cắt vượt quá nhiệt độ chảy của pha liên kết dạng thủy tinh trong vật liệu này Điều này làm cho dao mòn nhanh hơn Ngược lại, góc trước dương có thể dùng

Hình 1.4 Mòn dụng cụ cắt

với một số loại gang cầu để giảm lực cắt và rung động Loại dao phủ oxit đen là loại thích hợp vì chúng làm tăng khả năng chịu mài mòn Tuổi bền dao thường tăng khi dùng dung dịch trơn nguội tưới tràn nếu biện pháp này không làm bong lớp phủ do sốc nhiệt Tốc độ cắt cho phép trong tiện, doa, phay và khoan bằng dao carbide khi gia công gang cầu thường bằng một nửa so với khi gia công gang xám Tốc độ cắt cho phép khi dùng dao PCBN cao hơn nhưng vẫn thấp hơn nhiều so với khi cắt gang xám bằng dao nitride silic cho dù vật liệu PCBN được dùng chuyên cho gia công các mác cứng hơn; Các lời khuyên về mác dụng cụ chuyên dùng có thể lấy từ các nhà sản xuất dao

Không giống như gang xám, gang cầu thường gây ra lẹo dao ở mặt trước và hình thành bavia Lẹo dao ở mặt trước có thể giảm hay loại bỏ bằng các giảm bước tiến, sử dụng góc trước dương, tăng góc sau và sử dụng dung dịch trơn nguội

Có một trong hai vấn đề về tính gia công hay có ở gang cầu là: thứ nhất các tạp chất cứng xuất hiện trong quá trình hóa rắn hoặc cát dính và đi vào vật đúc Các hiện tượng này thường là do thiết kế kém hoặc do điều khiển quá trình đúc không tốt Cách tốt nhất để loại bỏ là thay đổi chất lượng đúc Các tạp chất cứng bao gồm các pha carbide sắt và mactenxit Cả hai loại tạp chất thường do tốc độ nguội quá nhanh hay do làm lạnh khuôn, vấn đề này đặc biệt hay xảy ra tai các góc hoặc ở các mặt cắt mỏng của vật đúc và do sự chia tách trong khi hóa rắn Các tạp chất cứng làm tăng tốc độ mòn dao do mài mòn và có thể đóng góp vào hiện tượng gãy dao hoặc mẻ Cát dính hoặc bị ngậm trong vật đúc là một vấn đề cố hữu trong đúc khuôn cát Một nguyên nhân nữa ít xảy ra hơn là co ngót và biến dạng vật đúc; lượng vật đúc được lấy đi khi cắt thô có thể vượt quá lượng dư cho phép

Cũng giống như các phương pháp khác, co ngót hoặc biến dạng vật đúc nên giải quyết khi đúc bằng cách thiết kế lại quá trình đông cứng và bằng kiểm tra cẩn thận vật đúc

1.5.1 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến mòn của dụng cụ cắt

Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến mòn của dụng cụ cắt Dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát giữa dao và phôi

cũng như giữa dao và bề mặt gia công nên có thể giảm mòn một cách đáng kể, đồng thời biến dạng do nhiệt của dụng cụ giảm đi

1.6 Bôi trơn làm nguội trong gia công gang cầu

Dung dịch trơn nguội được dùng để nâng cao tính gia công bằng cách cho phép tăng tốc độ cắt và bước tiến Việc làm nguội là thành phần quan trọng của hệ thống gia công trong nhiều ứng dụng

Một phần quan trọng của quá trình cắt kim loại là cắt ở chế độ ướt, và trong các ứng dụng này, việc làm nguội là một phần đáng kể của chi phí chế tạo chi tiết Dung dịch trơn nguội nâng cao tính gia công bằng cách cải thiện sự hình thành phoi và năng suất, giảm sự hình thành lẹo dao và mòn dao, nâng cao chất lượng bề mặt, độ chính xác kích thước và tuổi bền Dung dịch trơn nguội thực hiện các chức năng làm nguội, bôi trơn, tránh sự hàn dính, chóng rỉ, đẩy phoi ra khỏi vùng cắt Nói chung, chức năng làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng cắt là các chức năng quan trọng nhất khi cắt với tốc độ cao Khả năng làm nguội của dung dịch trơn nguội phụ thuộc vào dung dịch nền và lưu lượng dung dịch trơn nguội Khả năng đẩy phoi quyết định bởi kiểu gia công và phương pháp làm nguội Chức năng làm nguội được kiểm soát thành phần hóa học của dung dịch trơn nguội và phương pháp ứng dụng Nói chung dung dịch trơn nguội nên là loại không độc, tạo ra ít mùi và bọt, có thời gian sử dụng dài, có thể xử lý chất thải và có tính trơ về hóa học với vật liệu phôi

1.6.1 Tưới tràn trong gia công gang cầu

Gang cầu có thể được gia công dễ dàng mà không cần dung dịch trơn nguội

do Cấu trúc graphit trong gang cầu tạo ra sự phân tán tại vùng tiếp xúc dao-phoi và

do đó có tác dụng bôi trơn Nhưng việc dùng dung dịch trơn nguội trong gia công gang đang tăng lên, đặc biệt trên các máy hiện đại, các vùng gia công kín, quá trình gia công liên tục, nó cho tốc độ tách vật liệu cao Tuổi bền của dao thường tăng khi dùng dung dịch trơn nguội tưới tràn nếu biện pháp này không gây ra hiện tượng sốc nhiệt Do tính dẻo, bền của gang cầu, lẹo dao được hình thành trong quá trình gia công và phương pháp tưới tràn có thể loại bỏ hoặc làm giảm phương pháp này trong gia công

Sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công gang cầu không liên tục (phương pháp phay) gần như không có hiệu quả do khi phay không liên tục thường xảy ra hiện tựợng sốc nhiệt làm vỡ các manh dao, giảm tuổi bền của dụng

cụ cắt Mặt khác gang có thể có hai phản ứng với dung dịch trơn nguội mà không xảy ra trong gia công thép Graphít trong gang có một ái lực với dầu và có thể tách dầu ra khỏi dung dịch emunsion Do đó tỉ lệ dung dịch trơn nguội dầu– emunsion cần được đảm bảo mức phù hợp Trong gang cầu chứa một lượng nhỏ kim loại kiềm như canci, magiê và xeri Các cacbid của các nguyên tố có thể phản ứng với nước để tạo ra acetilen và mùi của nó đôi khi xuất hiện khi gia công gang Các nguyên tố này có một lượng rất nhỏ (tổng cộng nhỏ hơn 0.1%) và chỉ các cabid kiềm có bề mặt sạch mới có thể ứng dụng Lượng khí hình thành rất nhỏ nhưng nó

có thể được phát hiện vì con người rất nhạy với mùi này Trong gia công khô, độ

ẩm trong không khí có thể đủ để gây ra mùi khó chịu và acetylen

1.6.2 Điều kiện cắt khô khi gia công gang cầu

Hiện nay nhiều công ty chế tạo máy đang cố gắng giảm lượng tiêu hao dung dịch trơn nguội và nếu có thể thì loại bỏ chúng hoàn toàn Một số nguyên nhân khiến các nhà chế tạo thực hiện điều này là do vấn đề chi phí cho dung dịch trơn nguội và vấn đề môi trường Trường hợp gia công không sử dụng dung dịch trơn nguội được gọi là gia công khô (Dry machining) Dung dịch trơn nguội thường được sử dụng trong quá trình cắt gọt Chúng làm giảm sự mài mòn dao, xua tan nhiệt từ chi tiết gia công, dao và máy, giúp quá trình thoát phoi dễ dàng và giảm ứng suất cắt sinh ra trong chi tiết gia công, dụng cụ và thiết bị Tuy nhiên việc sử dụng dung dịch trơn nguội đã làm gia tăng đáng kể chi phí gia công Chi phí cho dung dịch trơn nguội có thể từ 7-17% chi phí sản xuất Bên cạnh đó dung dịch trơn nguội làm ảnh hưởng đến sức khỏe người vận hành máy Khi loại bỏ dung dịch trơn nguội đã qua sử dụng thì chúng lại gây ô nhiễm môi trường Do đó tối thiểu hóa việc sử dụng lượng dung dịch trơn nguội hoặc hoàn toàn loại bỏ nó trong gia công có ý nghĩa hết sức quan trọng và nó là mục tiêu kinh tế, môi trường trong tương lai

Trong gia công gang cầu, ngoài những lý do trên, hiện tượng sốc nhiệt, dụng dịch trơn nguội phản ứng với vật liệu gia công, hiện tượng phoi ảnh hưởng đến tuổi bền của máy gia công khi sử dụng phương pháp tưới tràn trình bày trong mục 1.2.1 cho thấy tưới tràn là không có hiệu quả trong gia công gang cầu Gia công khô được sử dụng phổ biến hơn cả, đặc biệt ở Việt Nam Tuy nhiên nhược điểm của gia công khô là rất lớn Ma sát trong vùng cắt lớn, nhiệt cắt lớn và khó thoát nhiệt thoát phoi dẫn đến mòn dụng cụ cắt tăng, tuổi bền dụng cụ giảm, lực cắt lớn

và ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công Các phương pháp thay thế cho dung dịch trơn nguội được đưa ra là:

- Làm nguội bằng khí nén

- Sử dụng phuơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu

Trong chương này trình bày những nhận xét ngắn gọn của những nghiên cứu trong nước và ngoài nước có liên quan, nó được chia làm các phần với các nghiên cứu đã được công bố về lực cắt, chất lượng bề mặt, mòn của dụng cụ cắt và điều kiện bôi trơn làm mát Sự cần thiết phải phát triển mô hình gia công gang cầu theo điều kiện bôi trơn làm nguội tối thiểu cũng được chứng minh

1.6.3 Bổi trơn làm nguội trong gia công gang cầu

1 Nguyên lý và hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu

Công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu là sử dụng dòng khí áp lực cao hoà trộn với dung dịch trơn nguội rồi phun trực tiếp vào vùng cắt Dưới tác dụng của dòng khí áp lực cao, dung dịch trơn nguội được tạo thành dưới dạng sương mù

hình 1.5 Hệ thống cung cấp hơi nước bôi trơn – làm nguội tối thiểu

Hơi có áp lực từ hệ thống cung cấp khí nén, qua thiết bị ổn định áp suất dẫn vào buồng trộn, do sự chênh lệch áp suất nên dung dịch từ bình được đưa vào buồng trộn Từ đây dung dịch và khí nén có một áp suất nhất định, được đưa đến vòi phun Sensor điều chỉnh có nhiệm vụ điều chỉnh lượng dung dịch hợp lý cung cấp cho vùng cắt

2 Dung dịch trơn nguội trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu

Dung dịch bôi trơn – làm nguội phải thoả mãn tốt các điều kiên về bôi trơn làm nguội và đặc biệt là không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường và phải đảm bảo tính kinh tế

Lượng tiêu hao dung dịch trong bôi trơn - làm nguội tối thiểu là rất nhỏ (0,001 lít/phút – 0.1 lít/phút) [15], tuỳ theo áp lực tưới, thể tích cần làm nguội, điều kiện gia công v.v Ngoài ra lượng tiêu hao còn phụ thuộc vào cách bố trí vòi phun vào vùng cắt, khoảng cách từ vòi phun đến vùng cắt Như vậy vấn đề kinh tế là bài toán đã được giả quyết, bởi vì lượng tiêu hao nhỏ của dung dịch sẽ không ảnh hưởng nhiều đến chi phí của quả trình sản xuất [14,23]

Ở chương 1 giới thiệu về các loại dung dịch dùng để bôi trơn - làm nguội trong gia công cắt gọt Tuy nhiên trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu đặt ra vấn đề

là dùng loại dung dịch nào sẽ có hiệu quả cao nhất và đặc biệt là không gây độc hại

và ô nhiễm môi trường Trong khuôn khổ mục này chỉ xét trên lĩnh vực của bôi trơn – làm nguội tối thiểu

- Dầu khoáng: Loại này có tác dụng bôi trơn tốt, chịu được nhiệt độ cao do

đó khả năng tạo màng dầu bôi trơn cao, tuy nhiên khả năng làm nguội thấp hơn so với các loại dung dịch khác

Sức căng mặt ngoài của dầu khoáng thấp hơn nước, do đó loại dung dịch này khi dùng trong bôi trơn - làm nguội tối thiểu cần phải tạo dòng khí có áp lực cao để dẫn dung dịch vào buồng trộn được Hơn nữa để đảm bảo tính năng bôi trơn làm nguội tốt, cần phải pha thêm vào dung dịch các chất phụ gia như lưu huỳnh, phốt pho, clo Đến đây ta biết rằng dung dịch loại này mang trong mình mối nguy hại ảnh hưởng đến sức khoẻ và tính mạng con người

- Dầu bôi trơn làm nguội được chế xuất từ các nguyên tố hoá học: Loại

dung dịch này có sức căng bề mặt cao hơn nước, khả năng tạo mao dẫn cao hơn so với nước, do đó dung dịch sử dụng tốt trong bôi trơn làm nguội tối thiểu Các thành phần hoá học như Clo, Lưu huỳnh, Phốt pho có trong dung dịch sẽ có hại cho sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường, do đó loại dung dịch này không thể đưa vào sử dụng trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu

- Mỡ động vât: Loại này bôi trơn và làm nguội tốt, nhưng trước khi sử dụng

thì chúng phải được tiệt trùng, chế xuất tốt để khi tiếp xúc với môi trường chúng không bị biến chất

Đặc biệt cần chú ý hiện nay có rất nhiều bệnh truyền nhiễm từ các loại động vật, các loại gia cầm, các loại cá Vậy rất nguy hiểm khi sử dụng loại dung dịch này vì chúng chứa trong mình những mầm bệnh rất nguy hiểm có thể truyền sang con người bất cứ lúc nào

- Dầu thực vật: Dùng trong công tác bôi trơn – làm nguội rất tốt, hơn nữa

loại này có sẵn ở Việt Nam như dầu Lạc, dầu Mè, dầu Vừng Loại này dễ chế xuất,

dễ bảo quản, không gây tác hại đến sức khoẻ, không gây ô nhiễm môi trường làm việc

* Qua các phân tích ở trên ta thấy sử dụng dầu thực vật làm dung dịch trơn nguội trong bôi trơn - làm nguội tối thiểu là tốt nhất Hơn nữa xét điều kiện ở Việt Nam thì các loại thực vật đa dạng và phong phú như Vừng, Cọ, Dừa, Đậu nành, Lạc v.v chúng có mặt khắp trên toàn lãnh thổ [14,28] Vậy trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu dùng dầu thực vật là hợp lý nhất

3 Tổng quan về công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu trên thế giới và ở Việt Nam

Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước công nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi 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 bôi trơn Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia công cứng và gia công tốc độ cao

Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về MQL như các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 [24] Tác giả C.Bruni, L d’Apolito, A.Forcellese, F.Gabrielli, M.Simoncini [9] và Abhijit Dilip Kardekar [16] nghiên cứu MQL trong tiện cứng

và phay cứng Các nghiên cứu [17-20] cũng chỉ ra rằng quá trình mài có thể ứng dụng MQL và quá trình đó hiệu quả hơn khi cho các hạt nano trong dung dịch bôi trơn làm nguội; và [24-26] cho thấy MQL có thể áp dụng để gia công hầu hết các loại vật liệu khác nhau Điều khác biệt mà các nghiên cứu [4,9,11,14,25,26] đều cho thấy hiệu quả MQL hơn hẳn trong việc giảm mòn dụng cụ cắt, giảm lực cắt, tăng độ chính xác gia công và tăng chất lượng bề mặt gia công

Ở Việt Nam, công nghệ MQL mới chỉ tiếp cận vài năm gần đây Hiện đã có một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia công cắt gọt đã công bố như: tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu trong gia công 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 công nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngón, phay lăn răng, khoan [14] Tác giả Phạm Quang Đồng nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón [28] Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn làm nguội khi khoan [29] Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn

- Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [30] Tác giả Hoàng Xuân Tứ nghiên cứu ứng dụng MQL trong tiện cứng Các nghiên cứu trên đã chứng minh rằng MQL đều có thể áp dụng có hiệu quả ở Việt Nam, và qua đó cũng chỉ ra loại dầu thực vật hiện

có ở Việt Nam có thể thay thế ứng dụng có hiệu quả trong MQL góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong gia công

Như đã trình bày trong mục 1.1, gang cầu là một loại vật liệu khó gia công, việc ứng dụng tưới tràn trong phay loại vật liệu này có hiệu quả không cao, bên cạnh đó gia công khô tồn tại rất nhiều nhược điểm Tác giả Cao Đông Phong [33] cho thấy việc ứng dụng MQL trong gia công gang hoàn toàn có hiệu quả như gia công các loại vật liệu khác Tuy nhiên những nghiên cứu về ứng dụng MQL trong gia công gang còn hạn chế Bên cạnh đó xuất phát từ nhu cầu thực tế gia công vật liệu này trong nhà máy Diezen Sông Công trên địa bàn, tác giả thấy rằng việc nghiên cứu, ứng dụng MQL trong gia công gang cầu là cần thiết

Kết luận chương I:

* Gang cầu là vật liệu khó gia công

* Mòn do dính là cơ chế mòn chủ yếu khi gia công gang cầu

* Hiện tượng mẻ hoặc gãy dụng cụ cắt có thể xảy ra khi chất lượng phôi đúc không tốt

* Hiện tượng lẹo dao khi phay gang cầu có thể khắc phục được khi sử dụng dung dịch trơn nguội và góc trước của dao dương

* Hiệu quả bôi trơn - làm nguội bằng phương pháp tưới tràn khi gia công gang cầu không cao, hơn nữa khi sử dụng phương pháp này có chi phí cao và gây ô nhiễm môi trường

* Ở Việt Nam khi gia công gang cầu phổ biến dùng phương pháp gia công khô do

đó chất lượng bề mặt và tuổi bền của dụng cụ cắt thấp

* Bôi trơn – làm nguội tối thiểu là công nghệ đã được phát triển mạnh và áp dụng phổ biến ở các nước phát triển Ở Việt Nam công nghệ này mới đang dừng lại ở nghiên cứu, việc áp dụng trong sản xuất còn hạn chế

1.7 Vấn đề nghiên cứu

Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vào quá trình phay gang cầu chưa được nghiên cứu hoàn thiện Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu một cách có hiệu quả trong gia

công sản phẩm bằng gang cầu trong nhà máy Diezen Sông Công – Thái Nguyên,

tác giả đã lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm

nguội tối thiểu đến lực cắt, mòn của dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt gia công khi phay gang cầu bằng dao phay mặt đầu ”

CHƯƠNG II BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TRONG PHAY GANG CẦU BẰNG

DAO PHAY MẶT ĐẦU 2.1 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến quá trình phay gang cầu

Đối với quá trình phay, khi áp dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vào quá trình phay phải đảm bảo sao cho dung dịch có thể xâm nhập được vào vùng cắt để phát huy tối đa tính bôi trơn và làm nguội

Trong công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu, vai trò của dung dịch bôi trơn làm nguội có nhiệm vụ chủ yếu là bôi trơn Còn quá trình làm nguội chủ yếu là dòng khí áp lực cao Loại dầu cắt và thành phần dung dịch ảnh hưởng đến quá trình gia công chủ yếu do các yếu tố:

- Khả năng tạo thành các hạt 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 bôi trơn trong vùng cắt

- Khả năng chịu được nhiệt độ và áp lực cao của màng dầu

- Không độc hại và thân thiện với môi trường

Vì vậy, dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài các yêu cầu chung như tưới tràn cần chú ý chọn thoả mãn các điều kiện trong đó đặc biệt chú ý là độ nhớt hợp lý, nhiệt độ hoá hơi cao và không độc hại

2.2 Ảnh hưởng của vị trí, số lượng vòi, góc bố trí vòi dẫn dẫn dung dịch vào

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

Khác với quá trình tiện, phay có bề mặt gia công rộng, quá trình gia công là không liên tục, số lượng lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt lớn Do đó hiệu quả của bôi trơn - làm nguội tối thiểu phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp, vị trí, góc bố trí vòi dẫn dung dịch vào vùng cắt Tác giả

Abhijit Dilip Kardekar khi nghiên cứu gia công hợp kim nhôm [16] cho thấy ảnh hưởng của vị trí vói dẫn và số lượng vòi dẫn dung dịch đến chất

lượng bề mặt gia công là rất lớn Ngoài những yêu cầu về không gian làm việc, không gian và kết cấu của máy, khả năng điều chỉnh của bản thân thiết

bị bôi trơn và làm nguội, thì vòi phun nên bố trí có vị trí tương quan với dụng cụ cắt và phôi sao cho thích hợp nhất để hiệu quả bôi trơn – làm nguội là cao nhất Vậy cần nghiên cứu các góc độ bố trí vòi như thế nào là hợp lý nhất

Trong giới hạn của đề tài không thể xét hết các góc độ cụ thể của các phương pháp gia công mà chỉ đưa ra các mô hình điển hình

- Phun lên mặt trước của dao (hình 2.2)

Ưu điểm:

+ Dễ bố trí vòi phun

+ Dễ điều chỉnh khi cần thiết

+ Áp lực khí sẽ đẩy phoi, các loại tạp

chất theo hướng thuận lợi nhất

+ Hiệu quả bôi trơn làm nguội vùng ma sát mặt trước với phoi là lớn nhất khi góc trước dao hợp lý

Nhược điểm:

+ Vùng ma sát mặt sau dao với chi

tiết khó được bôi trơn và làm nguội

+ Một lượng lớn dung dịch sẽ phun

vào mặt ngoài phoi (mặt không tiếp xúc với

hình 2.2 Phun dung dịch vào

mặt trước của dao), lượng dung dịch này chỉ làm nguội phoi và đây là công vô ích

+ Dòng khí sẽ đẩy phoi theo chiều

không mong muốn

- Phun vào mặt sau của dao (Hình 2.3)

Khi phun dung dịch vào mặt sau khí có áp lực cao sẽ đẩy toàn bộ dung dịch vào vùng ma sát mặt sau, phoi trượt trên mặt trước sẽ mang dung dịch theo bôi trơn và làm nguội vùng cắt của mặt trước dao

Ưu điểm:

+.Dẫn được phần lớn dung dịch vào tất cả các vùng cắt

+ Vùng ma sát mặt sau của dao được bôi trơn làm nguội

Nhược điểm:

+ Không gian bố trí vòi phun và hiệu chỉnh vòi khó khăn

- Phun vào cả mặt trước và mặt sau của dao (hình 2.4)

Phương pháp này khắc phục được nhước điểm của cả hai phương pháp trên, tuy nhiên có nhược điểm là khó thực hiện việc dẫn dung dịch, cần lượng khí nén lớn

- Sử dụng nhiều vòi phun (hình 2.5)

Với bôi trơn tối thiểu, phương pháp này

rất khó thực hiện, với kết cấu vòi như vậy thì rất

khó thực hiện việc dẫn dung dịch, nếu thực hiện

được thì phải cần lượng khí nén rất lớn Có thể

bố trí nhiều vòi vào một không gian nhất định,

do đó chi phí cho hệ thống lớn, khó điều

- Từ các mô hình đã có ở trên, tuỳ thuộc vào

không gian gia công và phương pháp gia công

mà bố trí vị trí đầu phun cho thích hợp

2.3 Ảnh hưởng của áp lực dòng khí đến mòn dụng cụ trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu

Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ

Trường nhiệt độ của dụng cụ, trước hết nhiệt độ của các lớp bề mặt tác động lên phoi và chi tiết gia công có ảnh hưởng đến khả năng của dụng cụ chống lại mòn Tăng nhiệt độ của các lớp bề mặt thì phần lớn có hậu quả tăng cường độ biến cứng của tất cả các dạng mài mòn [2] Các cơ chế mài mòn dụng cụ cắt như đã nêu

ở chương 1

Để giảm ma sát và mòn của dụng cụ cắt trong quá trình cắt kim loại, [12,28] cũng đã quan tâm và nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực dòng khí đến chất lượng bề mặt, mòn của dụng cụ cắt trong các điều kiện gia công cụ thể Từ các yếu tố trên ta thấy rằng áp lực dòng khí nén là một yêu tố quan trọng để thực hiện bởi các lý do sau:

- Áp lực của dòng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu khỏi vùng gia công không để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ, đồng thời áp lực của dòng 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 dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên

bề mặt chi tiết tạo thành hình cái nêm giúp làm biến dạng dẻo bề mặt biến cứng của chi tiết Yếu tố này cho ta thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các vết nứt tế

vi trên chi tiết phụ thuộc vào áp lực dòng khí lớn hay nhỏ

- Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử dung dung dịch vào vùng cắt, các phần tử này va đập trực tiếp lên chi tiết gia công, 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 dòng khí sẽ tạo ra khí động lực học nhằm nâng cánh phoi lên khỏi mặt trước dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dòng khí đẩy dung dịch vào vùng gia công hiệu quả nhất Vậy cánh phoi có thể xem cánh phoi như chiếc ca nô lướt trên mặt nước phẳng lặng

- Dòng khí được bố trí có hướng ngược chiều với hướng của các hạt kim loại khi tách phoi bắn ra ngoài Tác dụng này sẽ giúp đẩy đẩy các hạt kim loại kim loại bay ra khỏi vùng gia công và sẽ không gây va đập với dụng cụ cắt Hiện tượng này tác dụng làm giảm ứng suất có hại như tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt dụng cụ cắt

- Tác dụng của áp suất dòng 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 một áp lực của dong khí nén, tạo thành một lớp màng phủ trên chi tiết, giúp bảo vệ chi tiết trong môi trường sau khi gia công

- Hiện tượng tán nhiệt nhanh từ vùng cắt ra môi trường xung quanh phụ thuộc rất nhiều vào áp lực của dòng khí

2.4 Giới hạn vấn đề nghiên cứu

Có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu Tuy nhiên trong phạm vi luận văn này tác giả chỉ nghiên cứu một

Mô hình quá trình thí nghiệm được trình bày như hình 2.12

Hình 2.6 Mô hình quá trình thí nghiệm

2.5 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm Trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận chương 2:

Thông số đầu vào:

- Phương pháp bôi trơn

làm nguội

- Áp lực dòng khí

Quá trình công nghệ

Thông số đầu ra:

- Lực cắt

- Nhám bề mặt

- Mòn dụng cụ cắt

- Lượng tiêu hao dung dịch

* Công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiếu trong gia công cắt gọt có hiệu quả bôi

trơn làm nguội rất cao nhưng ở Việt Nam chưa được áp dụng nhiều vào thực tế sản xuất

* Quá trình gia công sản phẩm bằng gang cầu trong nhà máy Diezen Sông Công trên địa bàn đang cần được nghiên cứu và chuyển giao công nghệ để nâng cao hiệu quả của quá trình cắt

* Cách dẫn dung dịch vào vùng cắt (số lượng vòi phun, vị trí đặt vòi phun) ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của bôi trơn - làm nguội tối thiểu

* Áp lực dòng khí nén đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu

* Các loại dầu thực vật ở Việt Nam rất phong phú và đa dạng do vậy nên nghiên cứu ứng dụng các loại dầu này vào bôi trơn - làm nguội trong gia công cắt gọt thay cho việc hiện nay vẫn sử dụng các loại dung dịch được làm từ các nguyên tố hoá học và phải nhập ngoại

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 Xây dựng hệ thống thí nghiệm

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm

Xây dựng hệ thống thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đáp ứng được yêu cầu lý thuyết cần nghiên cứu

- Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định

- Đảm bảo việc thu thập, lưu trữ và xử lý số liệu thuận lợi

- Đảm bảo tính khả thi

- Đảm bảo tính kinh tế

3.1.2 Hệ thống thí nghiệm (hình 3.1)

1 Máy công cụ: Máy phay đứng

Showa-kiểu JMII sản xuất tại tập

đoàn máy công cụ Showa Nhật Bản

2 Dụng cụ cắt: Dụng cụ cắt sử

dụng trong thí nghiệm là BK8 của

công ty Zhuzhou Chang Jiang

Carbide Tools Co.,Ltd (hình 3.2)

3 Vật liệu gia công: Gang xám

6 Hệ thống vòi phun: hệ thống vòi phun

NOGA của Cộng Hoà Liên Bang Đức (hình 3.4)

Hình 3.1.hệ thống thí nghiệm

Hình 3.2 mảnh dụng cụ cắt

3.1.3 Thiết bị đo

1 Máy đo nhám

Máy đo nhám Mitutoyo SJ 201 code 178-390 (hình 3.5), các thong số kỹ thuật cơ bản:

- Hiển thị LCD, tiêu chuẩn DIN, ISO, JIS, ANSI

- Thông số đo đƣợc: Ra, Rz, Rt, Rp, Rq, Ry, Pc, S, Sm

- Độ phân giải: 0.03µm/300µm; 0.08µm/75µm; 0.04/9.4µm

- Bộ chuyển đổi A/D:RS232

- Phần mềm điều khiển và xử lý số liệu MSTATW324.0

Hình 3.7 thiết bị ổn định và điều

chỉnh áp suất Hình 3.6.máy đo lực Kistler 9257BA

4 Kính hiển vi điện tử quét (hình 3.8)

Model VEGA3SBU easy Probe

Xuất sứ: Tescan/ Cộng Hoà Séc

5 Thiết bị ổn định và điều chỉnh áp suất: bao gồm một đồng hồ đo áp đầu vào và một đồng hồ đo áp đầu ra của dòng khí (hình 3.7)

3.1.4 Phần mềm xử lý số liệu thí nghiệm: phần mềm EXCEL2007

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn - làm nguội đến lực cắt, mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi phay gang cầu bằng dao phay mặt đầu

3.2.1.Quá trình thí nghiệm:

Các bước tiến hành thí nghiệm:

- Gia công khô:

+ Đánh dấu mảnh dụng cụ cắt và lưỡi cắt ứng với các điểm thí nghiệm + Tiến hành gia công với chế độ công nghệ n=560 vòng/phút, s=32 mm/phút, t=0.4 mm, v=193.42 m/phút , đồng thời đo ba thành phần lực cắt Sau mỗi lần cắt (dao chạy với lượng chạy dao s hết chiều dài cắt ứng với mỗi điểm thí nghiệm) dừng máy đo nhám bề mặt, thay đổi lưỡi cắt theo đúng số đã lấy dấu ứng với các điểm thí nghiệm

+ Đo mòn dụng cụ cắt trên máy CEM

Hình 3.8 kính hiển vi điện tử quét