nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9xc qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (mql)

Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng các

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình cắt kim loại là một quá trình phức tạp có kèm theo hiện tượng vật

lý như biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, sinh nhiệt, toả nhiệt, lẹo dao, mòn dao Vì vậy cần phải tìm hiểu và nắm vững bản chất những hiện tượng vật lý đó để có những biện pháp cải thiện điều kiện cắt, điều khiển quá trình cắt nhằm đạt mục đích cuối cùng là tăng chất lượng sản phẩm

Bôi trơn-làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong ngành cơ khí Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu với các hướng chủ yếu như:

Nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội

Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt

Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với môi trường

Do những hạn chế của phương pháp tưới tràn nên từ những năm 90 của thế

kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển như CHLB Đức, Thuỵ Điển đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minium Quantity Lubricant) Do có nhiều ưu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường nên công nghệ này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất Hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề như:

Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại dầu

Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tưới tối ưu

Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu

Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng, trong gia công tốc độ cao

Các nghiên cứu đã chứng minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu so với các phương pháp tưới truyền thống hay gia công khô [1], [3] Trong

nghiên cứu của Ronan Autret [6] đối với quá trình tiện cứng cho thấy bôi trơn tối thiểu có ưu điểm hơn hẳn so với gia công khô về nhám bề mặt, lực cắt và nhiệt cắt

Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ được tiếp cận trong vài năm trở lại đây Các nghiên cứu của TS Trần Minh Đức [2] khi tiện cắt đứt và phay lăn răng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn như Emuxi, dầu lạc và dầu D40 cho thấy những ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu Nghiên cứu của TS Trần Minh Đức, ThS Phạm Quang Đồng [3] khi áp dụng bôi trơn tối thiểu cho quá trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho thấy những ưu điểm của phương pháp này như làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt, giảm ô nhiễm môi trường

Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu một cách

có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu tài:

“Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình

tạo phoi và mòn của dụng cụ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL).” Là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp

2 Mục đích nghiên cứu

Đưa ra chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý để nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt

3 Đối tượng nghiên cứu

Tiện cứng thép 9XC qua tôi, sử dụng dao CBN trên máy tiện OKUMA với dầu thực vật làm dung dịch trơn nguội

4 Phương pháp nghiên cứu

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 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

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa 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 công nghệ trong và ngoài nước về công nghệ sạch và thân thiện với môi trường

Bổ xung thêm lý thuyết về cơ sở vật lý của quá trình tạo phoi khi có MQL 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 là thép 9XC có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi gia công các loại thép khác

Đưa ra hướng dẫn công nghệ để quá trình tạo phoi thuận lợi nhất và độ mòn của dụng cụ cắt là nhỏ nhất

6 Nội dung nghiên cứu

Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến quá trình hình thành phoi, dạng phoi và xác định hệ số co rút phoi (so sánh với tiện khô)

Cơ chế mòn, độ mòn của dụng cụ cắt khi có bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL), (so sánh với tiện khô)

Kết luận chung

7 Kết quả của đề tài

Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng

Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu

Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp tiện thép qua tôi sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô

8 Lời cảm ơn!

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới

PGS.TS Nguyễn Đăng Bình, thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp em hoàn thành luận văn này

Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp, phòng thí nghiệm kỹ thuật và công nghệ vật liệu cùng các đồng nghiệp đã giúp em hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2011

Học viên

Chu Ngọc Hùng

Chương 1 TỔNG QUAN

1 QUÁ TRÌNH TẠO PHOI

1.1 Sự hình thành và phân loại phoi

* Sự hình thành

Lớp kim loại bị cắt ra trong quá trình gia công cơ khí được gọi là phoi

Sự tạo thành phoi chỉ phát sinh khi lực P đủ lớn để tạo ra trong lớp cắt một ứng suất vượt quá giới hạn bền của vật liệu gia công

Dao dưới tác dụng của lực P đi vào vật liệu gia công, mặt trước nén vật liệu, nếu dao tiến thêm vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi rồi mau chóng chuyển thành biến dạng dẻo, bề dầy a ban đầu suy biến thành bề dày a1, phoi chuyển động theo mặt trước của dao và chịu thêm một biến dạng phụ do ma sát với mặt trước dao

Khi nghiên cứu tổ chức tế vi khu vực tạo phoi chứng tỏ: trước khi thành phoi lớp kim loại bị cắt qua một giai đoạn biến dạng, khu vực này gọi là miền tạo phoi (AOE)

OA: đường phát sinh biến dạng dẻo đầu tiên

H1.1 Miền tạo phoi

OE: đường kết thúc biến dạng dẻo

OA, OB, OC, OD, OE: là những mặt trượt, kim loại bị trượt theo mặt đó.θ Trong quá trình cắt, vùng tạo phoi AOF di chuyển theo dao.Vùng này rộng hay hẹp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vật liệu gia công, hình dạng dụng cụ cắt, chế

độ cắt… nhưng chủ yếu là tốc độ cắt

Tốc độ càng cao, miền tạo phoi càng hẹp có thể dần đến vài phần trăm milimet và coi như xảy ra trên mặt phẳng OF nghiêng với phương chuyển động dao một góc θ, θ gọi là góc trượt: đặc trưng cho hướng và giá trị biến dạng dẻo trong miền tạo phoi

Tgθ = cosγ/(k – sinγ)

* Phân loại phoi

Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước  lớn

Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công thép và các vật liệu dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ

Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ

Phoi vụn (hình 1.2d) được hình thành khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước  lớn

b)

d)

1.2 Quá trình tạo phoi khi tiện thường

Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi được tánh ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt v (tức là phương lực tác dụng) Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do, kích thước của phoi bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 1.3)

Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.4a), sau đó

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 1.4b) Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1  5 (hình 1.4c)

Hình 1.3: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường

Hình 1.4 Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép

P a)

b)

P

2 1

C





 B

c)

P

2 C

Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bởi góc , góc này được gọi là góc tác động Góc 1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt

Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt  nhỏ

1.3 Quá trình tạo phoi khi tiện cứng

Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng xảy ra cũng giống như tiện thường, tuy nhiên đối với tiện cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi hình thành trong quá trình tiện cứng là phoi dây

Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất Vì vậy trong những trường hợp gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt

Khi tạo phoi dây, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt khá

ổn định, ít rung động Nhờ vậy dễ đạt độ bóng bề mặt cao

1.4 Hiện tượng co rút phoi

Dưới tác dụng của lực cắt phần kim loại chịu biến dạng dẻo, mạng tinh thể

xô lệch và trượt lên nhau theo phương lực tác dụng làm cho chiều dài phoi co lại, chiều dày phoi lớn lên hiện tượng đó gọi là co rút phoi Nếu cho rằng thể tích khối kim loại trước và sau khi biến dạng không đổi thì ta có:

K = L/Lp = ap/a [4]

Trong đó: K: hệ số co rút phoi

L, a: chiều dài, chiều dày lớp kim loại cần cắt

Lp, ap: chiều dài, chiều dày phoi

Sự co rút phoi là đặc tính tiêu biểu nói lên mức độ biến dạng dẻo về lượng của kim loại khi cắt gọt

v

1

Hình 1.5 Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng

Phương pháp xác định hệ số co rút phoi được xác định bằng 2 phương pháp

* Đo trực tiếp chiều dài, chiều dày phoi cắt ra bằng dụng cụ đo chiều dài hoặc bằng kính hiển vi

* Đo theo phương pháp trọng lượng Trong trường hợp phoi cắt quá ngắn (từ 5÷10 mm), chọn lấy một phoi tương đối thẳng, mang đo chiều dài và cân trọng lượng Diện tích của phoi cắt ra sẽ là :

Fp = 103.Q/γ Lp [4]

Trong đó: Q : khối lượng phoi (g)

γ : khối lượng riêng (g/cm2)

Lp: chiều dài phoi (mm)

Vì thể tích của phoi không đổi nên ta có: Lp.Fp = L.s.t

Từ đó ta có: K = L/Lp = Fp/s.t

Hay: K = 103.Q/γ.Lp.s.t [4]

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự co rút của phoi:

* Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Tính chất của vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi Khi giữ nguyên các điều kiện cắt khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết giữa các nguyên

tử trong kim loại càng yếu, khiến cho sự sắp xếp của mạng tinh thể kim loại càng dễ

bị phá huỷ do đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn

Hình 1.6 Hiện tượng co rút phoi

Bảng 1.1 Giá trị của hệ số co rút phoi khi cắt các kim loại khác nhau ở cùng một điều kiện cắt [4]

Vật liệu

gia công

Hệ số

Co rút phoi

số co rút phoi bằng 1, tăng thêm tốc độ cắt nữa thì hệ số co rút phoi trở nên nhỏ hơn đơn vị và khi V=100m/ph hệ số co rút phoi bằng 0,8

Có thể giải thích hiện tượng đó bằng những lí do sau:

Hợp kim Titan ít dẻo do đó sự biến dạng của kim loại khi cắt không thể có giá trị lớn được

Hợp kim Titan có tính dẫn nhiệt kém, do đó nhiệt độ khi cắt cao Nhiệt độ cao như vậy làm phoi bị giãn dài ra (khi V=40m/ph, t=1,5mm, S=0,11mm/vg nhiệt

độ tiếp xúc đạt đến 880o

C)

Hợp kim Titan ở nhiệt độ cao hấp thụ nhiều Nitơ và Ôxi của không khí do đó trở nên giòn Do vật liệu của phoi cắt trở nên ít dẻo hơn nên phoi sẽ không bị co rút nữa

* Ảnh hưởng của góc cắt

Xét hình 1.7 trong tam giác OCF ta có : CF = OF.sin θ = a

Trong tam giác OBF ta có : BF = OF cos (θ-γ) = ap

sự giao nhau trên cung cong (phương thoát phoi xem như thẳng góc với lưỡi cắt, hình 1.8b) ngoài ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của lưỡi cắt

và có giá trị nhỏ hơn chiều dày cắt trên đoạn thẳng, do đó phoi trên đoạn cong bị biến dạng nhiều hơn trên đoạn thẳng

H.1.7 Sơ đồ tính toán sự co rút phoi

Trên đoạn cong của lưỡi cắt (khi λ>0o) giá trị của góc trước thay đổi và giảm dần (theo chiều kim đồng hồ) khiến cho hệ số co rút phoi tăng

Khi tăng bán kính mũi dao, hệ số co rút phoi tăng do chiều dài đoạn cong của lưỡi cắt tăng

* Ảnh hưởng của chế độ cắt

a Tốc độ cắt

Trong các yếu tố của chế độ cắt thì tốc độ cắt ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi nhiều nhất Khi tăng tốc độ cắt đến một khoảng giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo dao làm giảm góc cắt, do đó hệ số co rút phoi giảm (Hình 1.9a, đoạn AB) Tiếp tục tăng tốc độ cắt, chiều cao lẹo dao giảm làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co rút phoi lúc này tăng lên (đoạn BC) Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng lên nữa vượt quá khu vực hình thành lẹo dao thì hệ số co rút phoi giảm (đoạn CD) vì lúc này hệ số

ma sát giữa phoi và mặt trước giảm đi Hình 1.9b cho quan hệ giữa tốc độ và hệ số

ma sát Điểm A trên hình 1.9b tương ứng với điểm C trên hình 1.9a Tại đó nhiệt độ cắt khi gia công thép trung bình đạt khoảng 300÷400oC

Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao giảm

đi, do đó làm giảm ma sát và sự co rút phoi giảm

Khi tốc độ cắt đạt giá trị 200÷300m/ph, hệ số co rút phoi hầu như không thay đổi

b Chiều dày cắt

H1.8 a) ảnh hưởng của góc φ đến hệ số co rút phoi

b) phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong

Hình 1.9 cho thấy sự biến đổi của hệ số co rút phoi theo chiều dày cắt a, khi gia công thép 45 bằng dao có góc trước γ=25o

; θ=45o ; và v=52m/ph

Từ hình 1.9.a có thể thấy rằng, khi chiều dày cắt a tăng lên thì hệ số co rút phoi giảm đi Do sự biến dạng của phoi dọc theo chiều dày không đồng đều, lớp phoi càng gần mặt trước của dao càng chịu biến dạng lớn, nên khi giữ nguyên các điều kiện khác, phoi mỏng có trị số co rút phoi lớn hơn phoi dày

Chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể đến sự co rút của phoi

Hệ số co rút phoi là một thông số quan trọng quyết định sự tiến triển của quá trình cắt, bởi vì sự thay đổi của hệ số co rút phoi kéo theo sự thay đổi của lực cắt, chất lượng bề mặt gia công

Trong một chừng mực nào đó, hệ số co rút phoi có thể đặc trưng cho mức độ biến dạng dẻo Tuy nhiên hệ số co rút phoi không thể dùng làm tiêu chuẩn định lượng chính xác cho biến dạng dẻo, bởi vì ngay cả khi hệ số co rút phoi K=1 thì vẫn

Lấy một đoạn phoi có chiều dài ∆x, diện tích mặt bên của nó là hình bình hành ABCD Trước khi chuyển thành phoi hình bình hành có chiếm vị trí ABDE (hình 1.9b) Khi chuyển thành phoi, điểm E chuyển đến D, còn D chiếm vị trí điểm C

Ta có: ε = ∆x / ∆s , ở đây ∆s là độ dài của đoạn ED, DC hoặc AB = EF + FD

Từ tam giác EFA ta có: EF = ∆x.ctg θ

Từ tam giác AFD ta có: FD = ∆x.tg(θ – γ) do đó ∆s = ∆x.ctgθ + ∆x.tg (θ – γ)

Tăng hệ số co rút phoi thì độ trượt tương đối tăng

Khi K=1 độ trượt tương đối không bằng đơn vị, có nghĩa là ngay khi đó vẫn

có biến dạng dẻo

Độ trượt tương đối sẽ có giá trị cực tiểu khi:

d.ε/d.K = 1/cosγ – 1/K2.cosγ = 0

Nghĩa là khi K = 1

Như vậy biến dạng dẻo sẽ cưc tiểu khi hệ số co rút phoi bằng đơn vị

c Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

Dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát khi cắt, do đó làm giảm

sự co rút của phoi

2 MÕN DỤNG CỤ CẮT

Trong quá trình cắt, phoi chuyển động trượt và tạo ma sát với mặt trước của dụng cụ cắt, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dụng cụ cắt trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây nên hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt

Mài mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng

cơ lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia công Khi bị mài mòn, hình dạng và thông số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện tượng vật lý có ảnh hưởng xấu đến quá trình cắt và chất lượng bề mặt gia công Do đặc điểm của quá trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết máy bình thường, mài mòn dao có nhiều dạng khác nhau

* Các dạng mài mòn dao

Phần cắt dao trong quá trình cắt thường bị mài mòn theo các dạng sau:

* Mài mòn theo mặt sau:

Được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dao bị tách khỏi mặt sau trong quá trình cắt và được đánh giá bởi chiều cao mòn hs Mài mòn mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn Kết quả là góc sau  giảm, tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt đang gia công, tăng ma sát

Hình 1.11– Mài mòn mặt sau

hs

Hình 1.10 – Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt

* Mài mòn theo mặt trước

Một lớp vật liệu trên mặt trước dao bị tách đi dẫn đến góc trước dao  âm, tăng biến dạng và tăng tải trọng

+ Mài mòn Crater

Trong quá trình cắt, phoi trượt liên tục trên mặt trước hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm (Crater) Vết lõm lưỡi liềm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá bởi chiều rộng B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lưỡi dao đến vết lõm KT theo mặt trước Dạng mài mòn này thường xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với chiều dày cắt a lớn (a>0,6mm) dẫn đến góc  tăng lên, phoi dễ thoá ra nhưng sẽ làm yếu dần lưỡi dao

+ Mòn lưỡi cắt

Dao bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ có bán kính  đo theo mặt vuông góc lưỡi cắt Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt cắt tập trung tại lưỡi cắt nên bị tù nhanh dẫn đến dao không tách được phoi mà bị trượt

* Mài mòn mũi dao

Phần kim loại ở mũi dao bị mất dần đi hình thành nên bán kính mũi dao R Dạng mài mòn này sẽ làm biến đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết dẫn đến thay đổi kích thước gia công

Hình 1.12 – Mài mòn Crater

Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau là quan trọng và dễ xác định nhất Chiều cao mài mòn hs và diện tích lõm mài mòn Crater Ak đƣợc dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lƣợng mài mòn

Lƣợng chạy dao

Lƣợng chạy dao cho phép lớn nhất có tác động đến cả tốc độ trục chính tối

ƣu và năng suất Những thay đổi về lƣợng chạy dao có tác động đáng kể hơn đến

Hình 1.13 – Các dạng mài mòn chính khi tiện

tuổi bền dụng cụ cắt so với do những thay đổi về chiều sâu cắt, lượng chạy dao tăng 50% thường làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt 60% Trong nhiều trường hợp, lượng chạy dao lớn nhất cho phép phải phù hợp với công suất máy và yêu cầu chất lượng

bề mặt và là giải pháp phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng máy Có thể tăng tốc độ bóc tách vật liệu cao hơn nhiều mà không làm giảm tuổi bền dao bằng các tăng lượng chạy dao và giảm tốc độ cắt Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong cắt thô, ở

đó lượng chạy dao lớn nhất phụ thuộc vào lực cắt lớn nhất mà lưỡi cắt và máy có thể chịu đựng

Tốc độ cắt

Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi bền dụng cụ cắt so với chiều sâu cắt và lượng chạy dao Khi tốc độ cắt tăng 50%, tuổi bền dao dựa trên mòn mặt sau hoặc mòn lõm mặt trước thường giảm từ 80-90%

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

Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến mòn dụng cụ cắt Do 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 làm giảm mòn một cách đáng kể

Hơn nữa, dung dịch trơn nguội còn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt như đã nói ở phần trên Nên việc sử dụng trơn nguội vào quá trình cắt để làm tăng tuổi thọ của dao hay để giảm lượng mòn dao là rất cần thiết

cần phải biết lực cắt Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xác hoá lý thuyết quá trình cắt Trong trạng thái cân bằng năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng

Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tượng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là hằng số mà biến đổi theo quãng đường

đi của dụng cụ Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố: Điểm đặt, Hướng (phương, chiều) và độ lớn của lực

Trong cắt gọt kim loại, người ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao là lực cắt, ký hiệu là P

; còn lực có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là '

P Quá trình cắt thực hiện được cần có lực để thắng biến dạng và ma sát, do vậy lực cắt theo định nghĩa trên có thể hiểu rằng có nguồn gốc từ quá trình biến dạng và

ma sát Biến dạng khi cắt có biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Do vậy lực sinh ra

do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi P dh

và lực biến dạng dẻo P d

Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trước và mặt sau dao

Trên hình 1.14 trong trường

hợp cắt tự do, ta có:

Hình 1.14- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt

Trên đây hệ lực được xét là hệ lực phẳng, nhưng nói chung trong cắt gọt thực

tế thì lực cắt là một hệ lực không gian Để tiện cho việc nghiên cứu, tính toán, đo đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thông qua các thành phần của chúng 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện

* Ảnh hưởng của chi tiết gia công đến lực cắt

Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấy rằng: chi tiết gia công có ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt, đặc biệt đến lực cắt

Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hưởng đến lực cắt bởi các yếu tố sau:

* Độ bền, độ cứng của vật liệu

* Thành phần hoá học

* Cấu trúc kim loại của vật liệu

* Phương pháp chế tạo phôi…

Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố trên đến lực cắt thì rất phức tạp và khó khăn, do vậy trong các công thức thực nghiệm tính toán lực cắt người ta biểu thị mức độ ảnh hưởng của vật liệu cụ thể đến lực cắt trong điều kiện cắt gọt xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1mm2

diện tích tiết diện phoi cắt khỏi chi tiết gia công Theo phân tích trên đây chính là lực cắt đơn vị p Tuy vậy đối với một loại vật liệu thì p còn phụ thuộc vào chiều dày cắt a Vì vậy trong khảo sát công thức kinh nghiệm, lực cắt đơn vị p được định nghĩa là lực cần thiết để tách một lớp phoi tiết diện 1mm2 có chiều dày trung bình atb=1mm và chiều rộng b=1mm trong điều kiện dao tiêu chuẩn

Như vậy lực cắt đơn vị đặc trưng cho một loại vật liệu xác định được gọi là hằng số lực cắt, thường ký hiệu là Cp

Xét thành phần lực Pv, ta có:

Cpv = Pv = p trong điều kiện a=1mm B=1mm và dao Tiêu chuẩn

Trong thực tế, hằng số lực cắt Cp được xác định bằng thực nghiệm và cho theo bảng trong các sổ tay cắt gọt

* Các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt

Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt

Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt

Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số nào

đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt

+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt

Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của b đến lực cắt Pv

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng Nếu như cắt với chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv được tính bằng:

+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao

Vì chiều dày cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b = 1mm, cho a thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng

Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt

và a như sau:

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng, nhưng không tăng nhiều như đối với b, vì rằng khi tăng a thì sẽ tăng độ lớn của góc tách phoi dẫn đến giảm lực cắt đơn vị, mặt khác khi tăng a thì không làm tăng chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng chiều rộng cắt b.Từ đồ thị (logPv-loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định được số mũ

Kết hợp cho thay đổi đồng thời chiều rộng cắt b và chiều dày cắt a, mối quan

hệ giữa lực cắt Pv và b, a được viết như sau:

. p v. p v v

Qua thực nghiệm ta thấy rằng: ở tốc độ cắt thấp mối quan hệ giữa tốc độ cắt

v với lực cắt P rất phức tạp và khó xác định qui luật Tuy nhiên khi cắt với tốc độ phổ biến ở phạm vi tốc độ cao như ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng khi tăng tốc độ cắt v, lực cắt hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể Do vậy để đơn giản trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v

KPv= Kγ.K.KR.KΔ.Kl

với Kγ, K, KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước, góc nghiêng chính, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau và việc tưới dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt

Tổng hợp ta có thể lập được phương trình kinh nghiệm tính lực cắt như sau:

Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K được cho trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt

3.2 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 tarô

Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt giảm rõ rệt nếu vật liệu gia công

có độ dẻo cao Điều này được giải thích như sau: trong trường hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao

Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn Ví dụ khi gia công thép 45 với tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội êmuxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trường hợp gia công không có dung dịch trơn nguội

Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu điểm vì khi có dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngoài ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng được cải thiện đáng kể

4 NHIỆT CẮT KHI TIỆN

Quá trình tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất hiện một lượng nhiệt nhất định Lượng nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ công cắt gọt Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như tất cả công cần thiết trong quá trình cắt đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín (công để biến dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn) Khoảng gần 98% công này chuyển hoá thành nhiệt tổng cộng phát sinh sau một phút gia công và có thể tính theo công thức sau:

.427

z cg

P v

Trong đó: Pz - thành phần lực cắt tiếp tuyến

v - tốc độ cắt

Nhiệt lượng cắt được định nghĩa như là lượng nhiệt được sinh ra trong quá trình cắt sau một phút Đó chính là công suất nhiệt khi cắt Còn lượng nhiệt có trên một đơn vị thể tích hay khối lượng của vật thể được cắt gọi là nhiệt lượng đơn vị (Cal/cm3; Cal/g)

Nhiệt lượng sinh ra khi cắt làm nóng chi tiết gia công, phoi và dụng cụ cắt Nhiệt độ tại các điểm khác nhau có sự tác động của lượng nhiệt khác nhau và gọi là nhiệt độ cắt tức thời của các điểm khối lượng khảo sát trong vùng cắt Trung bình cộng đại số của nhiệt độ các điểm khối lượng của phoi gọi là nhiệt độ trung bình của phoi Tương tự ta có nhiệt độ trung bình của dụng cụ và chi tiết gia công Nhiệt

độ trung bình trên các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia công và vật liệu cắt gọi là nhiệt độ cắt, qui ước gọi tắt là nhiệt cắt

* Nguồn gốc của nhiệt cắt

Như trên đã phân tích rõ ràng để tách được phoi và thắng được ma sát khi cắt

ta cần có lực cần thiết tác động vào chi tiết gia công tạo ra công cắt gọt và gần như hầu hết công này chuyển biến thành nhiệt Công này chính là để thực hiện quá trình biến dạng và thắng ma sát khi cắt Do vậy ta có thể nói rằng nguồn gốc của nhiệt cắt là biến dạng và ma sát khi cắt Qcg = Qbd + Qms (1.2)

Khi gia công cắt gọt ta có thể phân định vùng cắt thành các vùng biến dạng

và ma sát Do vậy nhiệt sinh ra từ 4 nguồn:

c c dh

P v

Trong đó: Pc - lực theo phương trượt

vc1 - vận tốc trượt

+ Vùng tiếp xúc của phoi và mặt trước dao

Nhiệt sinh ra do công biến dạng đàn hồi và ma sát ngoài Qdm Lượng nhiệt xuất hiện trên mặt trước dao là do 2 nguồn, do tác dụng của lực ma sát trong ở lớp vật liệu phoi gần sát mặt trước trống lại biến dạng đàn hồi và lực ma sát ngoài trên mặt tiếp xúc

+ Vùng tiếp xúc của mặt sau dao và mặt cắt của chi tiết gia công

Nhiệt sinh ra do sự chuyển đổi công ma sát Qms

+ Nhiệt sinh ra do công đứt phoi Qdp

4.1 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện

* Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công trong quá trình cắt Do vậy sự biến dạng về nhiệt của dao và chi tiết gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi cắt được quan tâm khảo sát

Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q cho một vật có thể tích V (cm3), tỷ nhiệt c (J/kg.0K), khối lượng riêng  (kg/cm3), thì độ tăng của nhiệt độ của vật thể được xác định:

Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có được đường kính là D theo thiết kế trên bản vẽ, nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Qct thì nhiệt độ trên chi tiết sẽ tăng lên một lượng  xác định và đường kính của chi tiết sẽ thay đổi một lượng là D:

Mặt khác, nhiệt lượng Qd truyền vào dụng cụ cũng sẽ làm cho dụng cụ tăng chiều dài về phía tâm chi tiết Khác với chi tiết, vật liệu trên dao là không đồng nhất giữa phần cắt và phần cán dao, do vậy sự biến dạng của dao theo chiều dài dưới tác dụng của nhiệt cắt phức tạp hơn rất nhiều Ở đây ta phải khảo sát biến dạng dài của dao trong mối quan hệ phức hợp:

* Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nhấp nhô

bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu đến sự thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công

Ta biết rằng, khi kim loại bị đốt nóng đến một nhiệt độ nào đó thì tổ chức kim tương của chúng sẽ thay đổi Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi về cơ - lý tính của kim loại Mặt khác, trong quá trình cắt sự tăng giảm đột ngột về nhiệt độ trên bề mặt gia công kết hợp với sự dao động của lực cắt sẽ tạo nên ứng suất dư và vết nứt

tế vi trên lớp kim loại sát trên bề mặt, đồng thời trên đó kim loại cũng bị biến cứng hay hoá bền Nói chung các ảnh hưởng này đều theo chiều hướng bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt

* Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao

Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc biệt khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của dao đó là nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát

Khả năng cắt gọt của dao được đánh giá bởi tuổi bền dao thông qua việc xác định độ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể

Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật liệu của dao sẽ có sự thay đổi về tính chất

cơ - lý - hoá, đặc biệt độ cứng, độ bền giảm, tính chống mòn cũng giảm dẫn đến mài mòn dao nhanh chóng, hậu quả là thời gian sử dụng dao vào cắt gọt giảm, dao nhanh chóng mất khả năng cắt gọt

Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hưởng đáng kể đến máy và đồ gá trong hệ thống công nghệ

4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt khi tiện

* Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt

Các tính chất về cơ học và nhiệt của vật liệu gia công có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt cắt Nhiệt cắt thấp hơn khi gia công hợp kim so với khi gia công thép nhờ khả năng biến dạng nhỏ hơn của hợp kim

Có thể nhận xét một cách tổng quát rằng khi cắt vật liệu giòn do công biến dạng rất bé và lực cắt đơn vị không đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn khi cắt vật liệu dẻo Độ cứng và độ bền của vật liệu gia công càng lớn thì nhiệt cắt càng lớn do có quan hệ với công biến dạng Nhiệt cắt cơ bản phụ thuộc vào nhiệt dung và đặc biệt phụ thuộc vào tính chất dẫn nhiệt của vật liệu gia công và vật liệu làm dao

Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt trong điều kiện thí nghiệm cắt với a=1mm, b=1mm và v=1m/ph được biểu thị bằng hằng số thực nghiệm Cθ

* Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến nhiệt cắt

Vật liệu làm dao cũng có đặc tính tương tự như vật liệu chi tiết gia công Loại vật liệu dao nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp và ngược lại Yếu tố quyết định của dao về cao thấp của nhiệt cắt sinh ra là cấu trúc thành phần

hoá học của vật liệu xác định tính tương đồng hoá học của nó với vật liệu gia công, mặt khác là lý tính của nó như tính dẫn nhiệt và hệ số ma sát Ảnh hưởng của tính dẫn nhiệt sẽ tăng khi tăng tốc độ cắt, giảm góc cắt, giảm chiều dày phoi Với tốc độ cắt thấp thì ảnh hưởng của độ dẫn nhiệt nhỏ

Kích thước thân dao cũng có ảnh hưởng như vậy đến nhiệt cắt vì nó ảnh hưởng đến khả năng dẫn nhiệt của dụng cụ cắt Kích thước càng lớn thì nhiệt sinh ra khi cắt càng thấp

* Ảnh hưởng của tốc độ cắt

Trong các yếu tố cắt thì tốc độ cắt là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt cắt Khi tăng tốc độ cắt thì nhiệt cắt lúc đầu tăng nhanh, sau khi đã đạt được

độ lớn nhất định thì cường độ tăng chậm lại và đường cong của hàm số phụ thuộc

θ = f(v) gần tiệm cận với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu gia công

Bằng thực nghiệm ta có thể thiết lập được mối quan hệ giữa nhiệt cắt và tốc độ cắt theo công thức sau: C v v x



 

Giá trị số mũ xθ phụ thuộc vào vật liệu gia công và vùng vận tốc cắt

Khi v =15-45 m/ph thì xθ = 0,5 đối với gia công thép

và xθ = 0,35-0,45 đối với gia công gang

Khi v = 45-180 m/ph thì xθ = 0,23 đối với gia công thép

và xθ = 0,18 đối với gia công gang

* Ảnh hưởng của chiều dày cắt

Hình 1.16 Quan hệ giữa θ và v

Khi tăng lượng chạy dao áp lực của phoi trên dao tăng, công ma sát trên mặt trước tăng, nhiệt cắt ở vùng biến dạng bậc nhất tăng, tuy nhiên hệ số co rút phoi giảm, tổng công biến dạng cho một đơn vị thể tích giảm, điều kiện truyền nhiệt tốt hơn vì chiều dày phoi lớn lên và diện tích tiếp xúc giữa dao và phoi được mở rộng, nhiệt cắt vì vậy có tăng nhưng không tăng nhanh như khi tăng tốc độ cắt

Bằng thực nghiệm ta có thể thiết lập được mối quan hệ giữa nhiệt cắt và chiều dày cắt theo công thức sau: C a.a y





Chiều dày cắt ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so với vận tốc cắt Khi tăng chiều dày a hay lượng chạy dao s thì nhiệt cắt tăng nhưng không phải tăng tuyến tính

Giá trị trung bình của số mũ yθ từ thực nghiệm:

Đối với thép: yθ = 0,3; gang: yθ = 0,2

* Ảnh hưởng của chiều rộng cắt

Chiều rộng cắt b (hay chiều sâu cắt t) có ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so với lượng chạy dao

Khi tăng chiều sâu cắt, một mặt tải trọng trên một đơn vị chiều dài lưỡi cắt không đổi, mặt khác khi tăng t do θ không đổi nên chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tuy có tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt tốt hơn Kết quả là nhiệt cắt thay đổi ít

Từ kết quả thực nghiệm ta thiết lập được mối quan hệ giữa nhiệt cắt θ và chiều rộng cắt b như sau C b b z

* Ảnh hưởng của các thông số hình học dao

Góc nghiêng chính θ, bán kính mũi dao R cũng ảnh hưởng tới độ lớn của nhiệt cắt, ta dễ dàng nhận biết qua sự thay đổi của chiều dày cắt a và chiều rộng cắt

b dẫn đến sự thay đổi mức độ biến dạng và khả năng tản nhiệt

Để đặc trưng các ảnh hưởng này đến nhiệt cắt ta dùng các hệ số điều chỉnh nhiệt cắt Kθθ và KRθ

Ngoài ra sự mài mòn của dụng cụ làm thay đổi hình dáng hình học phần cắt

và góc độ dao cũng làm cho nhiệt cắt thay đổi Nói chung dụng cụ càng bị mòn thì nhiệt cắt tăng Dung dịch trơn nguội tưới vào vùng cắt khi cắt sẽ làm cho nhiệt cắt giảm nhanh vì ngoài tác dụng làm nguội, dung dịch còn có tác dụng bôi trơn giảm đáng kể ma sát trong quá trình cắt Tuy nhiên cần phải chọn phương pháp và lưu lượng tưới phù hợp thì mới tăng hiệu quả giảm nhiệt

4.3 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt

Dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng rất lớn tới nhiệt cắt Dung dịch trơn nguội có tác dụng:

- Giảm ma sát trong vùng tạo phoi, giảm ma sát giữa phoi với mặt trước của dao, giữa phôi với mặt sau của dao do đó sẽ làm giảm nhiệt cắt

- Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng

cụ cắt Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định Giúp vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng

Hình 1.18 Quan hệ giữa nhiệt cắt với chiều rộng cắt

5 BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT

Bôi trơn làm nguội có ý nghĩa rất quan trọng trong gia công cắt gọt Bôi trơn làm nguội có tác dụng:

Giảm ma sát trong vùng tạo phoi, giảm ma sát giữa phoi với mặt trước của dao, giữa phôi với mặt sau của dao do đó sẽ làm giảm lực cắt và giảm rung động

Giảm nhiệt cắt

Giảm độ mòn, nâng cao độ bền của dụng cụ

Nâng cao độ chính xác gia công, nâng cao chất lượng bề mặt

Vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công

Tuy nhiên trong dung dịch trơn nguội thường chứa một số chất độc hại nên ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động và gây ô nhiễm môi trường

Nếu sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý không những góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật mà còn bảo vệ được môi trường và sức khỏe của người lao động

Với vai trò quan trọng như vậy nên bôi trơn làm nguội đã được nghiên cứu

và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất và đang được tiếp tục nghiên cứu để một mặt nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm nguội mặt khác là thân thiện với môi trường hơn

5.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN

5.1.1 Bôi trơn kiểu tưới tràn

Phương pháp bôi trơn kiểu tưới tràn là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay, dung dịch trơn nguội được dẫn tự do vào vùng cắt thông qua hiện tượng mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thông nhau

Ưu điểm

Tải được nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế được ảnh hưởng xấu của nhiệt đến dụng cụ cắt

Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng

Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, giữa phôi và mặt sau dụng cụ cắt

Nhược điểm

Gây ô nhiễm môi trường làm việc, đất đai và nguồn nước

Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn đặc biệt là chi phí làm sạch trước khi đưa vào môi trường

Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội

Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt

* Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt khi tiện

Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình bôi trơn và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp gia công, loại dụng cụ cắt, vật liệu gia công

Dẫn trực tiếp dung dịch lên chi tiết gia công

Phương pháp này thường sử dụng khi gia công có quá trình tạo phoi vụn, chi tiết gia công nhỏ hoặc do điều kiện dẫn dung dịch vào vùng cắt khó Với phương pháp này chỉ có khoảng 40  50% lượng dung dịch được đưa vào vùng cắt Như vậy lượng dung dịch đến được vùng gia công rất hạn chế và chúng chỉ gián tiếp làm

nguội qua phoi, qua chi tiết gia công

Hình 1.19 Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công

Dẫn dung dịch vào mặt trước của dụng cụ cắt

Cách này dùng cho quá trình tạo phoi vụn là hiệu quả nhất, cách dẫn đơn giản, dễ bố trí vòi phun cũng như điều chỉnh vòi phun trong quá trình cắt Dung dịch được dẫn vào mặt trước của dao, tùy theo hình dáng và kết cấu của phoi mà dung dịch đi vào vùng cắt được nhiều hay ít Nếu phoi có hình dạng hợp lý thì lượng dung dịch vào vùng gia công là tối đa, còn nếu phoi có hình dáng không hợp

lý thì dung dịch sẽ bị phoi trượt trên mặt trước dao dẫn ra ngoài, lúc đó lượng dung dịch tiêu hao là vô ích Cách dẫn dung dịch kiểu này chỉ có khoảng 50  70% lượng dung dịch vào được vùng cắt Theo phương pháp này dung dịch làm nguội vùng cắt gián tiếp từ phoi hoặc gián tiếp từ dao, thường thì dung dịch ít vào được vùng cắt

Vì vậy dung dịch khó vào được vùng biến dạng dẻo để tạo thành chêm dầu và cũng không trực tiếp tiếp xúc với vùng kim loại tại vùng phá hủy

Hình 1.20 Dẫn dung dịch lên mặt trước dao

Dẫn dung dịch vào mặt sau của dụng cụ cắt

Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất, lượng dung dịch dẫn vào vùng cắt nằm trong khoảng 80  90%

Khi dẫn dung dịch vào mặt sau của dao, dung dịch sẽ xâm nhập vào vùng ma sát giữa mặt sau của dao với chi tiết gia công, vùng phá hủy và kết hợp thẩm thấu dung dịch theo phoi cuốn lên bôi trơn vùng ma sát mặt trước với phoi

Nếu áp lực đẩy dòng dung dịch nhỏ thì việc dẫn dung dịch vào vùng gia công rất khó và cách bố trí vòi phun phức tạp

Hình 1.21 Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao

Dẫn dung dịch bằng cách kết hợp từ mặt trước và mặt sau của dao

Khi dẫn dung dịch đồng thời từ mặt trước và mặt sau của dao sẽ có các ưu điểm của cách dẫn dung dịch từ mặt trước và cách dẫn dung dịch từ mặt sau, khi đó lượng dung dịch được đưa vào vùng cắt là tối ưu nhất, nhưng việc bố trí vòi phun rất phức tạp

Hình 1.22 Dẫn dung dịch kết hợp cả từ mặt trước và mặt sau của dao

5.1.2 Gia công khô

Là phương pháp không dùng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công

Ưu điểm

Không gây ô nhiễm môi trường

Máy không cần trang bị hệ thống bôi trơn – làm nguội

Nhược điểm

Nhiệt độ vùng cắt lớn

Lực cắt lớn hơn so với phương pháp tưới tràn

Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công

Phương pháp này chỉ sử dụng cho một số phương pháp gia công và vật liệu gia công nhất định

5.1.3 Bôi trơn tối thiểu

Là phương pháp sử dụng dòng khí nén có áp suất lớn để phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt dưới dạng sương mù để bôi trơn, làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng gia công Dung dịch được phun vào vùng gia công với một áp suất nhất định, chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt với tốc độ cao (250  300 m/phút) và

có tác dụng bôi trơn rất hiệu quả