ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---TRẦN VĂN QUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT, MÒN DỤNG CỤ CẮT, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY GA
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-TRẦN VĂN QUÂN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT, MÒN DỤNG CỤ CẮT, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI PHAY GANG CẦU BẰNG DAO PHAY
MẶT ĐẦU Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Trang 2ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học:
TS TRẦN MINH ĐỨC
Phản biện 1: PGS TS VŨ NGỌC PI
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên
Phản biện 2: TS Nguyễn Trọng Hiếu
Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐHTN tháng 11 năm 2011
Trang 3Luận văn Thạc sĩ 3 Chuyên ngành công nghệ CTM
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 códạng cầu do đó có độ dẻo đáng kể Do tính dẻo của chúng tăng, khi gia công gang cầu làmtăng hình thành lẹo dao, tạo ra chiều dài tiếp xúc dao – phoi lớn và nhiệt cắt lớn.Vì vậy trongquá trình gia công gặp rất nhiều khó khăn Hiện nay vấn đề này đang được kiểm soát bằngcách lựa chọn tối ưu các thông số gia công, sử dụng dung dịch trơn nguôi, và sử dụng dụng cụcắt có khả năng chịu nhiệt cao
Sử dụng dung dịch trơn nguội bằng phương pháp tưới tràn khi gia công gang cầu bằngdao 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 khônghiệu quả, lực cắt lớn, chất lượng bề mặt thấp [5,10] và gây ra hiện tượng sốc nhiệt phá huỷdụng cụ cắt Mặt khác phoi hình thành trong quá trình gia công (phoi vụn, độ cứng cao) xâmnhập trong các bộ phận chuyển động của máy ảnh hưởng đến tuổi bền của mày, bên cạnh đóvấn để môi trường chưa được giải quyết Năm 1970 công nghệ gia công khô và gia công bôitrơn 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 nghệbôi trơn truyền thống Đúng với ý nghĩa của tên công nghệ, MQL sử dụng rất ít dung dịchtrơn nguội tưới vào vùng cắt một cách chính xác Các nghiên cứu [4,9-15,] đều chỉ ra rằngMQL có rất nhiều ưu điểm như: hiệu quả bôi trơn làm nguội cao, kéo dài tuổi thọ của dụng cụcắt, lực cắt nhỏ, độ chính xác và chất lượng bề mặt tăng, mức tiêu hao dụng dịch nhỏ vàkhông 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 ứngdụng trong những năm gần đây và đạt được một số kết quả khả quan [11-14,28] Tuy nhiêncho 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 nângcao 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
Trang 43 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là gia công gang cầu sử dụng dao phay mặt đầu gắnmảnh hợp kim cứng trên máy phay đứng Những kết quả và phương pháp nghiên cứu đạtđược sẽ vận dụng hiệu quả trong quá trình nghiên cứu và áp dụng trong thực tiễn khi phaybang 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
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 vàngoài nước về công nghệ gia công sạch và thân thiện với môi trường Do đó đề tài có ý nghĩakhoa học trong chế tạo máy hiện đại
- Những nghiên cứu về bôi trơn làm nguội được công bố gần đây tập trung vào nghiêncứu về bôi trơn làm nguội tối thiểu Đề tài đã đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứunày
- Quá trình cắt sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu là một quá trình phức tạp với tậphợp lớn các thông số ảnh hưởng và chỉ tiêu đánh giá Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kếthợp với thực nghiệm được trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tượng nghiêncứu của đề tài mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểuứng 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 côngvật liệu gang cầu có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi gia công các loại gangkhác
- Kết quả nghiên cứu được áp dụng với những sản phẩm chế tạo trong nhà máy DiezenSông Công
7 Tổng quan về luận văn
Trang 5Luận văn Thạc sĩ 5 Chuyên ngành công nghệ CTMNời nói đầu
Chương I: Tổng quan về gia công gang cầu và bôi trơn làm nguội trong gia công gang cầuChương 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
Trang 61.1.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính gia công của gang cầu
1.2 Hình thành phoi trong gia công gang cầu.
1.3 Lực cắt khi phay gang cầu.
1.3.1 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt khi gia công gang cầu.
1.4 Nhiệt trong gia công gang cầu.
1.4.1 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt trong vùng cắt khi gia công gang cầu.
1.5 Dụng cụ cắt và mòn của dụng cụ khi gia công gang cầu
1.5.1 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến mòn của dụng cụ cắt
1.6 Bôi trơn làm nguội trong gia công gang cầu
1.6.1 Tưới tràn trong gia công gang cầu.
1.6.2 Điều kiện cắt khô khi gia công gang cầu.
1.6.3 Bổi trơn làm nguội trong gia công gang cầu
1 Nguyên lý và hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu.
2 Dung dịch trơn nguội trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu.
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 đãnghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) Hướng nghiên cứu vềMQL tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQLhoặc tìm các chất phụ gia làm tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt Nghiên cứu xác định ápsuất và lưu lượng tối ưu Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL Cải tiến kết cấuđầu phun và hệ thống bôi trơn Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia công cứng và gia côngtốc độ cao
Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về MQL như các tác giả NikhilRanjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đếnmòn 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] nghiêncứu MQL trong tiện cứng và phay cứng Các nghiên cứu [17-20] cũng chỉ ra rằng quá trìnhmài có thể ứng dụng MQL và quá trình đó hiệu quả hơn khi cho các hạt nano trong dung dịchbôi trơn làm nguội; và [24-26] cho thấy MQL có thể áp dụng để gia công hầu hết các loại vậtliệu khác nhau Điều khác biệt mà các nghiên cứu [4,9,11,14,25,26] đều cho thấy hiệu quảMQL hơn hẳn trong việc giảm mòn dụng cụ cắt, giảm lực cắt, tăng độ chính xác gia công vàtăng chất lượng bề mặt gia công
Ở Việt Nam, công nghệ MQL mới chỉ tiếp cận vài năm gần đây Hiện đã có một sốnghiên cứu áp dụng MQL trong gia công cắt gọt đã công bố như: tác giả Trần Minh Đức đãNghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu trong gia công cắt gọt, tác giả đã
Trang 7Luận văn Thạc sĩ 7 Chuyên ngành công nghệ CTMxây dựng được hệ thống MQL đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyểngiao 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 thựchiện công nghệ bôi trơn làm nguội khi khoan [29] Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu sosánh 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 đãchứng minh rằng MQL đều có thể áp dụng có hiệu quả ở Việt Nam, và qua đó cũng chỉ ra loạidầu thực vật hiện có ở Việt Nam có thể thay thế ứng dụng có hiệu quả trong MQL góp phầnnâng 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 ứngdụng tưới tràn trong phay loại vật liệu này có hiệu quả không cao, bên cạnh đó gia công khôtồn tại rất nhiều nhược điểm Tác giả Cao Đông Phong [33] cho thấy việc ứng dụng MQLtrong gia công gang hoàn toàn có hiệu quả như gia công các loại vật liệu khác Tuy nhiênnhững 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 giảthấy 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 trơnnguội 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 chấtlượng 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 ởcác nước phát triển Ở Việt Nam công nghệ này mới đang dừng lại ở nghiên cứu, việc áp dụngtrong 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 phaygang cầu chưa được nghiên cứu hoàn thiện Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệbôi trơn làm nguội tối thiểu một cách có hiệu quả trong gia công sản phẩm bằng gang cầutrong nhà máy Diezen Sông Công – Thái Nguyên, tác giả đã lựa chọn đề tài nghiên cứu
Trang 8“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
2.2 Ảnh hưởng của vị trí, số lượng vòi, góc bố trí vòi dẫn dẫn dung dịch vào vùng cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu sử dụng MQL
- Phun lên mặt trước của dao (hình 2.2).
- Phun vào mặt sau của dao (Hình 2.3).
- Phun vào cả mặt trước và mặt sau của dao (hình 2.4)
Trang 9Luận văn Thạc sĩ 9 Chuyên ngành công nghệ CTM
- Sử dụng nhiều vòi phun (hình 2.5)
2.3 Ảnh hưởng của áp lực dòng khí đến mòn dụng cụ trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu.
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 tốithiểu Tuy nhiên trong phạm vi luận văn này tác giả chỉ nghiên cứu một số vấn đề sau:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn nguội trong công nghệ MQL đếnlực cắt, mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi phay gang cầu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực dòng khí đến lực cắt, mòn của dụng cụ cắt và chấtlượng bề mặt khi phay gang cầu
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:
* 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 bànđang 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 lớnđến 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 tốithiểu
* Các loại dầu thực vật ở Việt Nam rất phong phú và đa dạng do vậy nên nghiên cứu ứngdụng các loại dầu này vào bôi trơn - làm nguội trong gia công cắt gọt thay cho việc hiện nayvẫn sử dụng các loại dung dịch được làm từ các nguyên tố hoá học và phải nhập ngoại
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.
Trang 10CHƯƠNG 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)
Trang 11Luận văn Thạc sĩ 11 Chuyên ngành công nghệ CTM
1 Máy công cụ: Máy phay đứng Showa-kiểu JMII sản xuất tại tập đoàn máy công cụ ShowaNhật 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 đạt độ cứng HB=170-220, kích thước phôi 110x100x100mm
4 Dung dịch trơn nguội: Dầu thực vật (dầu lạc)
5 Hệ thống cấp khí nén (hình 3.3):
Máy nén khí PT-0136 sản xuất tại Đài Loan, áp suất khí nén lớn nhất
có thể đạt được là 8 KG/cm2
6 Hệ thống vòi phun: hệ thống vòi phun NOGA
của Cộng Hoà Liên Bang Đức (hình 3.4)
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 được: Ra, Rz, Rt, Rp, Rq, Ry, Pc, S, Sm
Trang 12- Bộ chuyển đổi A/D:RS232
- Phần mềm điều khiển và xử lý số liệu MSTATW324.0
2 Dụng cụ đo lưu lượng
Trang 13Luận văn Thạc sĩ 13 Chuyên ngành công nghệ CTM
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:
- Gia công sử dụng MQL với lưu lượng Q=0.4 ml/phút, áp lực dòng khí P=5KG/cm2
3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực dòng khí đến lực cắt, chất lượng bề mặt, mòn và nhám bề mặt khi phay gang cầu.
3.3.1.Quá trình thí nghiệm:
Các bước tiến hành thí nghiệm:
- Gia công khô
- Gia công sử dụng MQL với lưu lượng Q=0.4 ml/phút, áp lực dòng khí P=4KG/cm2
- Gia công sử dụng MQL với lưu lượng Q=0.4 ml/phút, áp lực dòng khí P=6KG/cm2
3.4 Kết quả và thảo luận:
3.4.1 Mòn dụng cụ cắt:
1 Mòn và cơ chế mòn mặt trước của dung cụ cắt khi phay gang cầu
Hình 3.8 kính hiển vi điện tử quét
