Khảo sát mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu nano

Tính cấp thiết của đề tài:LỜI NÓI ĐẦU Dung dịch trơn nguội đã được sử dụng rộng rãi trong quá trình gia công cắtgọt nhằm làm giảm nhiệt cắt, bôi trơn, di chuyển phoi ra khỏi vùng cắt và

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ VĂN THIỆN

KHẢO SÁT MÒN DAO KHI BÔI TRƠN, LÀM MÁT

QUÁ TRÌNH PHAY BẰNG DẦU NANO

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên, tháng 3 năm 2018

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 1

Lời cam đoan 3

Danh mục các bảng số liệu 4

Bảng các ký hiệu và chữ viết tắt 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp 6

Lời nói đầu 8

Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt – mòn dao thép gió khi phay 11

1.1 Quá trình phay và phay rãnh 11

1.1.1 Khái niệm về quá trình phay 11

1.1.2 Quá trình cắt khi phay 12

1.1.3 Các chuyển động cơ bản khi phay 16

1.1.4 Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay 16

1.1.5 Các thành phần lực cắt và công suất cắt khi phay 21

1.2 Mòn và tuổi bền của dụng cụ 23

1.2.1 Khái niệm chung về mòn 23

1.2.2 Các cơ chế mòn của hai bề mặt trượt tương đối 24

1.2.3 Mòn dụng cụ và cách xác định 27

1.2.4 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 30

Chương 2: Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tới các thông 31 số cơ bản của quá trình phay 2.1 Sơ lược về bôi trơn làm nguội khi gia công cắt gọt 31

2.2 Dung dịch bôi trơn làm nguội quá trình cắt gọt kim loại 31

2.2.1 Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội 31

2.2.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội dùng trong gia công cắt gọt 32

2.2.3 Cách sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay 36

2.3 Các phương pháp bôi trơn – làm nguội 39

2.3.1 Phương pháp bôi trơn – làm nguội tưới tràn 39

2.3.2 Phương pháp gia công khô 40

2.3.3 Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu 41

2.4 Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tới quá trình phay sử dụng dao thép 42 gió 2.4.1 Ảnh hưởng đến nhiệt cắt 42

2.4.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 44

2.4.3 Ảnh hưởng đến mòn và tuổi bền dụng cụ cắt 44

2.4.4 Ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô bề mặt 45

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu Emusil có trộn bột Al 2 O 3 47

vào dầu Emusil khi phay rãnh sử dụng dao phay thép gió 3.1 Đặt vấn đề 47

3.2 Hệ thống thí nghiệm 48

3.2.1 Trang thiết bị thí nghiệm 48

3.2.2 Chế độ công nghệ 51

3.3 Thiết kế thí nghiệm Taguchi 62

3.3.1 Xây dựng ma trận thí nghiệm 63

3.3.2 Chỉ tiêu đánh giá 65

3.3.3 Phân tích kết quả 66

3.4 Xử lý kết quả và phân tích 69

3.4.1 Kết quả thí nghiệm 69

3.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới lượng mòn mặt sau 70

3.4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới độ nhám bề mặt gia công 75

3.5 Kết luận 79

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 85

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Lê Văn Thiện

Học viên lớp cao học khóa K17 - Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí - TrườngĐại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại Nhà máy Z131/Tổng cục CNQP/BQP

Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân tôithực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Hoàng Vị Ngoài thông tintrích dẫn từ các tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các kết quả và số liệu thựcnghiệm là do tôi thực hiện và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 3 năm 2018

Người thực hiện

Lê Văn Thiện

Phiếu kết quả phân tích kiểm tra mật độhạt trong dầu của Viện Hóa học côngnghiệp Việt Nam

89

Văn bản cho phép thực hiện thí nghiệm

đề tài tại Nhà máy Z131/Tổng cụcCNQP

90

BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký

V hoặc n Chuyển động chính

S Chuyển động chạy dao

t, B, a Chiều sâu, chiều rộng và chiều dày cắt

Sz, Sv, Sph Lượng chạy dao răng, vòng và phút

Vc Vận tốc cắt

R Lực cắt tổng

ψ Góc tiếp xúc

P, f Lực cắt, tiết diện ngang

η , Kn, M Hiệu suất của máy, hệ số quá tải tức thời, mô men xoắn

Q Lượng mòn trên một đơn vị chiều dài quãng đường trượt

N Số lượng giá trị được kiểm tra

Giá trị trung bình của các kết quả kiểm tra

Ai Giá trị tại mức i của thí nghiệm

NK Số lượng kiểm tra tại trạng thái i

T Tổng giá trị kiểm tra

F Hệ số Fisher

S/N Tỷ số tín hiệu nhiễu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP

2 1.2 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại 13

3 1.3 Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay

ngón

17

4 1.4 Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón 18

5 1.5 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt

đầu

19

8 1.8 Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài với bề

mặt của vật liệu, vết mòn và mặt cắt ngang của nó 26

10 1.10 Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau 29

11 1.11 Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao 30

13 2.2 Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước 33

15 2.4 Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học 35

18 2.7 Dẫn dung dịch vào mặt trước và mặt sau dao phay 37

20 2.9 Gia công bằng phương pháp tưới tràn trên máy phay 40

22 2.11 Gia công bằng phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu 42

26 3.3 Dao phay chi tiết loa phụt phục vụ cho thí nghiệm 51

TT Hình Nội dung Trang

36 3.13 Thiết bị đo độ nhớt TV250, xuất xứ Hà lan 60

37 3.14 Biểu đồ kết quả đo độ nhớt (cSt) ở 40

0C, 600C, 800C,

1000C của dầu bôi trơn làm mát khi trộn bột nano Al2O3 61

38 3.15 Biểu đồ kết quả đo độ dẫn nhiệt (W.m/K) của dầu emusil khi trộn bột

43 3.20 Giá trị trung bình của lượng mòn mặt sau và mức độ ảnh hưởng của các

thông số

71

44 3.21 Ảnh hưởng tới giá trị trung bình của lượng mòn mặt sau 72

45 3.22 Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt và vận tốc cắt tới lượngmòn mặt sau 73

46 3.23 Tỷ số S/N trung bình của lượng mòn mặt sau và mức độ ảnh hưởng của

các thông số

73

47 3.24 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của lượng mònmặt sau 74

48 3.25 Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt nano và vận tốc cắt tớitỷ số S/N của lượng mòn mặt sau răng cắt 75

49 3.26 Giá trị độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởng của cácthông số 75

50 3.27 Ảnh hưởng của các thông số tới giá trị độ nhám trung bình 76

51 3.28 Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt nano và vận tốc cắt tớigiá trị độ nhám trung bình 77

52 3.29 Tỷ số S/N của độ nhám trung bình và mức độ ảnh hưởngcủa các thông số 78

53 3.30 Ảnh hưởng của các thông số tới tỷ số S/N của độ nhámtrung bình 78

54 3.31 Ảnh hưởng tương tác giữa tỷ lệ hạt nano và vận tốc cắt tớitỷ số S/N của độ nhám trung bình 79

1 Tính cấp thiết của đề tài:

LỜI NÓI ĐẦU

Dung dịch trơn nguội đã được sử dụng rộng rãi trong quá trình gia công cắtgọt nhằm làm giảm nhiệt cắt, bôi trơn, di chuyển phoi ra khỏi vùng cắt và bảo vệ sự

ăn mòn Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứuvới các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm nguội, tiết kiệm dungdịch trơn nguội, đảm bảo cho máy móc, thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí bảodưỡng, nâng cao tuổi thọ sử dụng và độ tin cậy của chúng Tìm các chất phụ gianhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội Nghiên cứu các loại dung dịchtrơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với môi trường Điều này đã đặt ra việc tìmtòi các giải pháp nhằm đáp ứng tốt nhất các yêu cầu nêu trên Một trong những giảipháp đó là sử dụng dầu Nano để bôi trơn, làm mát quá trình phay

Theo các tài liệu đã công bố về bôi trơn làm mát trong gia công cắt gọt thìnghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phaybằng dầu Nano chưa được nghiên cứu nhiều Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài

“Khảo sát mòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano”, góp

phần hoàn thiện bổ sung kiến thức lý thuyết cũng như cải thiện và nâng cao hiệuquả sản xuất nói chung và tại Nhà máy Z131 nói riêng

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hạt nano tớimòn dao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano để bước đầu dự đoánđược tỷ lệ và cỡ hạt nano hợp lý bổ xung vào dầu nano nhằm nâng cao hiệu quả củaquá trình phay

3 Dự kiến kết quả đạt được

- Đưa ra thông số kỹ thuật của dầu Nano dùng cho bôi trơn làm mát

- So sánh được lượng mòn mặt sau dao và lực cắt khi sử dụng dầu nano vớikhi không sử dụng

- Xác định được tỷ lệ và cỡ hạt hợp lý khi trộn bột Nano vào dầu công nghiệp.

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của việc sử dụng dầu nano tới mòndao khi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano Đưa ra giải pháp kỹ thuậtbôi trơn làm nguội mới trong gia công cắt gọt

- Kết quả thực nghiệm của đề tài hoàn toàn có thể triển khai vào sản xuấtnhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công chế tạo chi tiết máy và sản xuất côngnghiệp

5 Phương pháp nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu ứng dụng dầu Nano vào phay, tác giả chọn phươngpháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong

đó nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản Nghiên cứu lý thuyết tổng quan các vấn đềliên quan đến gia công trong phay cứng từ đó định hướng cho nghiên cứu về mòn,

cơ chế mòn dao Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được ảnh hưởng của mòn daokhi bôi trơn, làm mát quá trình phay bằng dầu Nano từ đó so sánh được hiệu quả giacông khi sử dụng dầu Nano so với gia công sử dụng dầu bôi trơn làm mát (Emulsi)

6 Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu

- Sử dụng dầu công nghiệp BW Cool EX-8500V, dao phay, bột Nano

- Máy móc, thiết bị của Nhà máy Z131/TCCNQP, Viện Hàn lâm khoa họcViệt Nam, Viện hóa học công nghiệp Việt Nam và một số đơn vị để thực hiện khảosát, thử nghiệm …

7 Nội dung nghiên cứu của luận văn

Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3 chương

và phần kết luận chung

Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt – mòn dao thép gió khi phay Chương 2: Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tới các thông số cơ

bản của quá trình phay

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu Emusil có trộn bột Al2O3 vào dầu

Emusil khi phay rãnh sử dụng dao phay thép gió

Phần Kết luận chung

8 Lời cảm ơn:

Luận văn này đối với Tôi là một cơ hội lớn để rèn luyện khả năng thực hiệnmột đề tài phục vụ thực tiễn sản xuất dựa trên cơ sở các lý thuyết khoa học và côngnghệ Luận văn này được hoàn thành là nhờ có rất nhiều sự giúp đỡ và hướng dẫntận tình của cá nhân và tập thể Lời cảm ơn sâu sắc nhất Tôi xin gửi đến giáo viên

hướng dẫn khoa học, thầy giáo PGS.TS Hoàng Vị đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo

và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này

Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo sau đại học, các thầy cô giáotrường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡtôi trong quá trình học tập

Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè, đồngnghiệp trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Thái Nguyên, tháng 3 năm 2018

Người thực hiện

Lê Văn Thiện

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT – MÒN DAO THÉP GIÓ KHI PHAY 1.1 Quá trình phay và phay rãnh

1.1.1 Khái niệm về quá trình phay

Phay là một phương pháp gia công cắt đi một lớp kim loại (hay còn gọi làlượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi để được chi tiết có hìnhdáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ Quátrình đó được thực hiện trên các máy phay Phay là phương pháp gia công kim loại,

có độ chính xác không cao hơn cấp 3-4 và độ bóng không hơn cấp 6, là một trongnhững phương pháp gia công đạt năng suất cao nhất Bằng phương pháp phay người

ta có thể gia công mặt phẳng, định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặttròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh răng…

Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ bóng, độchính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng trong sản xuấtđơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối Số lượng nguyên công gia công cắt gọtđạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên công phay cũng chiếm một

tỷ lệ lớn Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ lớn và giữ một vị trí quan trọngtrong các Nhà máy, Phân xưởng cơ khí

Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, trong quá trình cắt ngoài nhữngđặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, còn có những đặc điểm sau:

- Dao phay có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi phay caohơn khi bào

- Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt

- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động trongquá trình cắt

- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít

1.1.2 Quá trình cắt khi phay

Quá trình cắt kim loại thực chất là sử dụng dụng cụ hình chêm để hớt đi mộtlớp kim loại từ phôi Lực tác dụng sinh ra do sự tương tác giữa dụng cụ cắt và phôi,đối với phương pháp phay thì sự tương tác đó là chuyển động quay của dao phay và

sự cản trở lại chuyển động quay của phôi Như vậy, lực tác dụng phải đủ lớn để tạo

ra trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công (khảnăng liên kết giữa các tinh thể kim loại), đồng thời phải thắng được lực cản do masát trong quá trình gia công bao gồm:

- Ma sát giữa các tinh thể kim loại khi trượt lên nhau;

- Ma sát giữa phoi và mặt trước của dao trong quá trình tạo phoi;

- Ma sát giữa bề mặt đã gia công với mặt sau của dao

Quá trình hình thành phoi đã được nhiều tác giả như: Trent, Wright [15], ZorevN.N và các đồng nghiệp [16], Doyle E.D [17], nghiên cứu với nhiều cách tiếp cậnkhác nhau Tất cả các nghiên cứu đó đều kết luận rằng khi chịu tác dụng của lực,kim loại bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi biến dạng phá huỷ

Hình 1.1 Quá trình hình thành phoi [13]

Khi quá trình cắt xảy ra, trước tiên là các tinh thể kim loại bị dồn ép (nén),khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì các tinh thể kim loại bị trượtlên nhau và tách ra khỏi vật gia công tạo thành phoi Quá trình biến dạng đó xảy ratrong một vùng mà ta có thể gọi là vùng tạo phoi (giới hạn bởi đường cong OA, OE,

hình 1.1) [13] Trong vùng này có những mặt trượt OA, OB, OC, OD, OE Vật liệugia công trượt theo những mặt đó, các tinh thể kim loại bị xếp chồng lên nhau Tuỳtheo cấu trúc của vật liệu gia công, chế độ cắt mà có thể tạo ra phoi vụn, phoi xếphay phoi dây.

Như vậy, kết quả của biến dạng kim loại là tách ra khỏi phôi một phần vậtliệu, phần còn lại chính là chi tiết gia công Tuy nhiên, do vùng biến dạng của kimloại xảy ra ở cả phần vật liệu giữ lại (phía dưới điểm O) nên bề mặt chi tiết sau khigia công có tính chất khác hẳn trước khi gia công và thường có độ cứng cao hơn.Hiện tượng đó chính là hiện tượng biến cứng lớp bề mặt Ngoài ra trong vùng cắtcòn có rất nhiều hiện tượng vật lý khác xảy ra mà ta sẽ nghiên cứu cụ thể ở cácphần sau Quá trình cắt kim loại khi phay về nguyên tắc không khác quá trình cắtkhi tiện Ở đây tập trung nghiên cứu một số hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt.Lớp kim loại được cắt gọi là phoi, có thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc vàođiều kiện gia công

Theo giáo sư I.A.Time thì phoi có các dạng sau đây: Phoi dây, phoi xếp và phoivụn

- Phoi vụn: Là phoi tồn tại ở dạng hạt, thường nhận được khi gia công vật liệu

có tính dẻo thấp như gang, đồng thau, hình 1.2a

Hình 1.2 Các dạng phoi khi gia công cắt gọt kim loại [13]

Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng cắt thường không qua giai đoạnbiến dạng dẻo (vì các vật liệu đó có tính dẻo rất thấp)

Khi cắt tạo thành phoi vụn thì có một số đặc điểm như: Chiều cao nhấp nhô bềmặt không cao, tính chất lớp bề mặt ít thay đổi, lực cắt không ổn định, ít gây mất antoàn [13]

- Phoi xếp: Là phoi tồn tại ở dạng đoạn ngắn, mặt dưới của phoi (mặt tiếp xúcvới mặt trước của dao) nhẵn, mặt trên xù xì như răng cưa Dạng phoi này thường cókhi gia công vật liệu dẻo như thép có lượng các bon thấp, được gia công với chiềudày cắt lớn, vận tốc cắt không cao, hình 1.2b.

Khi cắt tạo thành phoi xếp có một số đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề mặtkhông cao lắm, bề mặt chi tiết gia công bị biến dạng dẻo nên có tính chất cơ lý khácmột ít so với tính chất của vật liệu gia công Phoi xếp thu được sau khi gia côngthép, có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2÷3 lần Điều đó chứng

tỏ vật liệu đã được hoá bền ở mức độ cao

- Phoi dây: Là phoi tồn tại ở dạng dây dài, bề dày không lớn Tuỳ theo vật liệugia công, hình dáng hình học đầu dao và chế độ công nghệ mà phoi tồn tại ở dạngdây dài hay xoắn lò xo Dạng phoi này thường có khi gia công vật liệu có tính dẻovới tốc độ cắt cao, hình 1.2c

Khi cắt hình thành phoi dây có đặc điểm: Chiều cao nhấp nhô bề mặt gia côngcao, lực cắt đơn vị nhỏ và ít thay đổi Tuy nhiên cần chú ý tìm biện pháp bẻ phoi vìphoi dây đặc biệt là dây dài rất dễ gây mất an toàn [14]

Khi gia công các vật liệu có tính dẻo cao như thép và nhôm, trên mặt trước củadao (ngay gần mũi dao) thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc khác hẳn

so với cấu trúc của phoi và vật liệu gia công Lớp kim loại này bám rất chắc vào dao

và tham gia cắt gọt như một mũi dao vì nó có độ cứng rất cao Hiện tượng này cònđược gọi là hiện tượng lẹo dao (built up edge) Hiện tượng lẹo dao được phân tíchxem xét dưới nhiều góc độ khác nhau nhưng đều có điểm thống nhất chung vềnguyên lý hình thành Khi cắt, do nhiệt phát sinh nên một lớp mỏng kim loại nằmgiữa mặt trước của dao và mặt dưới của phoi bị nóng chảy; lớp kim loại này hầu hếtchuyển động theo phoi ra ngoài Tuy nhiên, do bề mặt dao không tuyệt đối nhẵn nên

có lực ma sát cản trở chuyển động đó làm cho nó di chuyển chậm lại và trong mộtđiều kiện nhất định, khi lực cản lớn hơn lực liên kết giữa lớp kim loại đó với phoithì nó bị giữ lại bám rất chắc vào mũi dao gây ra hiện tượng lẹo dao [13] Chiều caocủa lớp kim loại bám trên bề mặt càng ngày càng lớn nhưng nó không tồn tại mãi

mà đến một lúc nào đó nó lại bị cuốn theo phoi ra ngoài, tiếp tục hình thành lớp kimloại bám tiếp theo.

Hiện tượng lẹo dao hình thành trong quá trình cắt có ưu điểm bảo vệ đầu mũidao và làm tăng khả năng thoát phoi (do góc trước của dao được tăng lên) Tuynhiên, sự xuất hiện lẹo dao lúc gia công có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình gia công

và chất lượng bề mặt chi tiết Lẹo dao làm thay đổi các thông số hình học của dụng

cụ cắt (góc cắt) do đó làm tăng lực cắt Lực cắt thay đổi, kéo theo các ảnh hưởngkhác như tăng nhiệt cắt và rung động Do đó, mọi biện pháp để hạn chế sự xuất hiệncủa lẹo dao khi gia công tinh sẽ là yếu tố rất quan trọng nhằm nâng cao chất lượngchi tiết gia công

Để khử lẹo dao, cần phải mài bóng mặt trước của dao thật cẩn thận hoặc thayđổi tốc độ cắt (thường thường tăng tới 30m/phút hoặc cao hơn), đồng thời cũng cóthể sử dụng dung dịch trơn nguội trong từng điều kiện gia công cụ thể

- Sự co rút phoi: Trong quá trình cắt phoi bị biến dạng và ngắn hơn so với phầnchi tiết được cắt ra Hiện tượng phoi bị ngắn theo chiều dài được gọi là sự co rút củaphoi theo chiều dài Thể tích của kim loại khi bị biến dạng thực tế không thay đổi

Vì vậy, trong khi chiều dài của phoi giảm thì diện tích tiết diện ngang của phoi tăng.Diện tích tiết diện ngang của phoi tăng được gọi là sự co rút của phoi theo chiềungang

- Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt: Trong quá trình cắt chi tiết gia công,dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng Khi tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi cắt các phoimỏng, nhiệt độ trong vùng cắt sẽ tăng tới 600oC Nếu tốc độ cắt tiếp tục tăng, trongnhiều trường hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới 900oC (màu đỏ sáng) Nhiệt độ ởvùng cắt tăng là do có hiện tượng cơ năng chuyển thành nhiệt năng trong quá trìnhcắt Nhiệt cắt xuất hiện bằng sự chuyển đổi từ công cắt, gần như tất cả công cầnthiết trong quá trình cắt đều biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín(tổng của hai loại công này nhỏ, không vượt quá 5%), phần còn lại chuyển thànhnhiệt trong quá trình cắt Khoảng 97 - 98% công suất cắt biến thành nhiệt Khi sửdụng dung dịch trơn nguội thì thông thường nhiệt độ cắt giảm nhanh vì ngoài tác

dụng làm nguội, dung dịch còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trìnhcắt Hiệu quả làm nguội càng lớn thì nhiệt cắt càng giảm nhiều.

1.1.3 Các chuyển động cơ bản khi phay

Chuyển động cơ bản là các chuyển động để thực hiện quá trình cắt gọt, hìnhthành các bề mặt chi tiết gia công, bao gồm:

- Chuyển động chính (chuyển động cắt): là chuyển động chủ yếu thực hiệnquá trình cắt tạo ra phoi, ký hiệu là V hoặc n Chuyển động chính khi phay làchuyển động quay tròn của dao phay được truyền dẫn qua trục chính

- Chuyển động chạy dao S là chuyển động để thực hiện quá trình cắt tiếp tục

và cắt hết chiều dài chi tiết Đó là chuyển động dọc, ngang hoặc thẳng đứng của bànmáy phay có gá phôi Chúng thường vuông góc với trục dao

1.1.4 Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay

Các thông số của yếu tố cắt và chế độ cắt khi phay bao gồm chiều sâu lớp cắt

to, lượng chạy dao S, vận tốc cắt V, chiều sâu phay t, chiều rộng phay B, chiều dàycắt a Khi phay các yếu tố này ảnh hưởng đến tuổi bền của dao, chất lượng bề mặtgia công, công suất cắt và năng suất cắt

- Chiều sâu cắt to: Chiều sâu cắt là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứngvới một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công (mm)

- Lượng chạy dao S: Được phân làm 3 loại:

+ Lượng chạy dao răng Sz: là lượng dịch chuyển của bàn máy (mang chi tiếtgia công) sau khi dao quay được một góc răng (mm/răng)

+ Lượng chạy dao vòng Sv: là lượng dịch chuyển của bàn máy khi dao quayđược một vòng (mm/vòng) Sv= Sz.Z (1-1)

+ Lượng chạy dao phút Sph: là lượng dịch chuyển của bàn máy sau thời gian

1 phút (mm/phút) Sph= Sz.Zn (1-2)

Tốc độ cắt: Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn: (1-3)

(1-4)

Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch, dấu (-) ứng với trường hợp phay

Trong đó: Vn= π.D.n/1000 (m/phút) (1-5)

Vs= SzZn(mm/phút) (1-6)Thực tế giá trị Vs rất nhỏ so với Vn khi tính toán chế độ cắt người ta thường bỏ qualượng Vs, khi đó công thức 1-3 có dạng:

Vc= Vn= π.D.n/1000 (m/phút) (1-7)

- Chiều sâu phay t

Chiều sâu phay là kích thước lớp kim loại được cắt đi, đo theo phương vuônggóc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc ψ

Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đường kính dao,khi phay bề mặt vuông góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt to

- Chiều rộng phay B

Chiều rộng phay là kích thước lớp kim loại được cắt theo phương chiều trụccủa dao phay Khi phay bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâurãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiềusâu cắt to (B = to)

- Góc tiếp xúc ψ Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc t giữa dao và chi tiết

Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình góc tiếp xúc được tính theo công thức sau:

( 1- 8)

Hình 1.3: Góc tiếp xúc khi phay bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón

Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:

(1-9)Khi phay không đối xứng bằng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón thì:

(1-10)

Hình 1.4: Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu, dao phay ngón

- Chiều dày cắt a khi phay

Chiều dày cắt khi phay là một trong những yếu tố quan trọng của quá trìnhphay Chiều dày cắt khi phay là khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp của quỹ đạochuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz

Coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là đường tròn, do

đó chiều dày cắt a được đo theo phương đường kính của dao Trong qúa trình phay,chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amax đến amin tuỳ theophương pháp phay

Hình 1.5 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón, dao phay mặt đầu

Chiều dày cắt tại điểm C: aC = AC

Gần đúng, coi ΔACB vuông tại C, ta có

Công thức tổng quát:

(1-11)Với là góc tiếp xúc tức thời giữa đường vuông góc với mặt gia công và bán kínhtại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia công

Do góc thay đổi từ 0 đến nên aC cũng thay đổi theo

Với ψ = 00 có a = amin = 0

Với ψ = φ có amax = SZ sinφ

Vì chiều dày cắt a thay đổi từ a =0 đến amax = SZ sinφ nên diện tích cắt và lực cắt cũng bị thay đổi theo

Chiều rộng khi phay

Hình 1.6: Các phương pháp phay

Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao

Khi phay bằng dao phay trụ, chiều rộng phay bằng chiều rộng chi tiết b = B.Khi phay rãnh bằng dao phay đĩa, chiều rộng phay bằng chiều rộng rãnh

Khi phay rãnh bằng dao phay ngón, chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh

Khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu, chiều rộng phay bằng chiều sâu cắtt0

1.1.5 Các thành phần lực cắt và công suất cắt khi phay

- Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng như lực cắt khi tiện có thể được phân thành những lực thành phần theo các phương xác định

Hình 1.7: Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng

Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có:

Py: lực hướng kính tác dụng vuông góc với trục chính, có xu hướng làm võngtrục gá dao, đồng thời tạo ra một áp lực trên các ổ của trục chính

PH: thành phần lực thẳng đứng, tuỳ theo phay thuận hay nghịch mà nó tác dụng

đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên

Pn là thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phương trùng vớiphương chạy dao Tùy theo phay thuận hay nghịch mà nó có tác dụng làm tăng hay

giảm độ dơ cơ cấu truyền động chạy dao Tính toán cơ cấu chạy dao cũng như đồ gákẹp chi tiết.

Khi dùng dao phay trụ răng thẳng ta có:

Giả sử mỗi răng được tác dụng một lực P’: P’ = p.f

Trong đó:

f- Tiết diện ngang do một răng dao thực hiện

p- Lực cắt đơn vị lên một đơn vị diện tích kG/mm2

Lực cắt đơn vị phụ thuộc vào chiều dày cắt a:

(1-14)A- Hệ số tính đến điều kiện cắt, phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công,thông số hình học của răng dao phay

n- Số mũ đặc trưng cho ảnh hưởng của a đến lực p, n<1;

ax- Chiều dày cắt tức thời – (mm)

Khi biết p và f, có thể xác định P’

(1-15) Chiều dày cắt ax có thể lấy bằng chiều dày cắt trung bình a0

Thay giá trị của ax vào ta có:

Đối với m răng ta có lực P=P’.m với

(1-16)

(1-17)

(1-18)

Kn – Hệ số quá tải tức thời cho phép, Kn = 1,3÷1,5

Dựa theo lực PZ, ta xác định momen xoắn M:

M = PZ.D/2 (kGm)

1.2 Mòn và tuổi bền của dụng cụ

1.2.1 Khái niệm chung về mòn

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bềmặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau Eyre và Davisđịnh nghĩa mòn liên quan đến về khối lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt

quá giới hạn cho phép về hình dạng hoặc topography của bề mặt Nói chung mònxảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt Trong quá trình chuyển động tươngđối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh cácnhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chútvật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếphoặc tách ra thành những hạt mài rời.

Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá trình

sử dụng bị mài mòn Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mòn: theo mặt sau (dạngmài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ hai) Cả hai loạimòn này đều tồn tại khi gia công với mọi chế độ cắt được dùng trong sản xuất

1.2.2 Các cơ chế mòn của hai bề mặt trượt tương đối

* Mòn do dính

Khi hai bề mặt tiếp xúc với nhau, đỉnh các nhấp nhô sẽ bị biến dạng dẻo dướitác dụng của ứng suất pháp Khi hai bề mặt chuyển động tương đối với nhau lớpmàng mỏng ôxy hoá và hấp thụ bị phá vỡ và vật liệu ở đỉnh các nhấp nhô tiếp xúctrực tiếp gây dính

Nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối, một vùngcủa vật liệu sẽ bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất nén và tiếp là sự trượt xảy ramạnh dọc theo các mặt phẳng trượt tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng Nếubiến dạng xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh mòn sinh ra có dạngnhư hình nêm và dính sang bề mặt đối tiếp

Loladze và Rabinowicz cho rằng khi hai bề mặt làm từ vật liệu khác nhautrượt tương đối với nhau các mảnh mòn của vật liệu cứng hơn cũng bị tách ra khỏivùng bề mặt Nguyên nhân do sự dính ngẫu nhiên của vùng bề mặt có sức bền bịgiảm cục bộ với vùng bề mặt có sức bền cao cục bộ của vật liệu mềm Archard đãđưa ra mô hình tính toán mòn dính theo công thức sau:

(1-24)Trong đó: Q là lượng mòn trên một đơn vị chiều dài quãng đường trượt [khốilượng/chiều dài]

k - là xác suất của một tiếp xúc tạo ra một hạt mòn.

σ là giới hạn bền của vật liệu mềm hơn

* Mòn do mỏi

Theo Bayer mòn do mỏi xảy ra vùng gần bề mặt do vật liệu chịu ứng suấtbiến đổi theo chu kỳ Các vết nứt về mỏi xuất hiện, phát triển từ bề mặt và tự cắtnhau tạo nên các hạt mòn Hiện tượng này xảy ra chủ yếu khi hai bề mặt lăn và vachạm đối với nhau Halling cho rằng khi các đỉnh nhấp nhô không bị dính hoặc mòn

do hạt mài thì sẽ bị biến dạng dẻo Sau một số lần tiếp xúc đủ lớn nhấp nhô có thể

bị phá huỷ do mỏi tạo nên hạt mòn Lý thuyết mòn do dính không giải thích đượctại sao các hạt mòn rời lại được tạo ra, đặc biệt là hạt mòn từ bề mặt cứng hơn.Nhưng lại có thể giải thích bằng quá trình mòn do mỏi Vì thế Armarego cho rằnghai cơ chế mòn do mỏi và dính đều là bộ phận của một quá trình mòn

* Mòn do hạt mài

Trong nhiều trường hợp mòn bắt đầu do dính tạo nên các hạt mòn ở vùngtiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá biến cứng và tích tụ lại lànguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật, trong một số trường hợp hạt cứng sinh ra

và đưa vào hệ thống trượt từ môi trường Vật liệu tách khỏi bề mặt thông qua biếndạng dẻo trong quá trình mòn do cào xước có thể xảy ra theo vài chế độ

Cày là hiện tượng tạo rãnh do hạt mài cứng trượt và gây ra biến dạng dẻo củavật liệu mềm hơn Khi các nhấp nhô của bề mặt cứng và ráp hoặc các hạt cứng trượttrên bề mặt mềm hơn và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng biến dạng dẻo hoặcnứt tách, trong trường hợp vật đối tiếp là vật liệu dẻo có độ dai va đập cao, đỉnh cácnhấp nhô cứng hoặc các hạt cứng sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơntrong cả trường hợp tải nhẹ nhất, trong trường hợp vật liệu giòn có độ dai va đậpthấp mòn xảy ra do nứt tách

Mòn dụng cụ cắt do hạt mài có nguồn gốc từ các tạp chất cứng trong vật liệugia công như oxides và nitrides hoặc những hạt các bít của vật liệu gia công trongvùng tiếp xúc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công tạo nên các vết cào xướctrên bề mặt dụng cụ

Hình 1.8: Sơ đồ thể hiện các khả năng tương tác của hạt mài với bề mặt

của vật liệu, vết mòn và mặt cắt ngang của nó.

* Mòn do khuếch tán

Nhiệt độ cao phát triển trong dụng cụ đặc biệt là trên mặt trước khi cắt tạophoi dây là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tán giữa vật liệu dụng cụ vàvật liệu gia công Colwell đã đưa ra nghiên cứu của Takeyama cho rằng có sự tăngđột ngột của tốc độ mòn tại nhiệt độ 9300C khi cắt bằng dao hợp kim cứng Điềunày liên quan đến một cơ chế mòn khác đó là hiện tượng mòn do khuếch tán, ôxyhoá hoặc sự phân rã hoá học của vật liệu dụng cụ ở các lớp bề mặt Theo Brierley

và Siekman hiện nay mòn do khuếch tán đã được chấp nhận rộng rãi như một dạngmòn quan trọng ở chế độ cắt cao, họ chỉ ra các quan sát của Opitz cho thấy trongcấu trúc tế vi của các lớp dưới của phoi thép cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiềucác bon hơn so với phôi

Điều đó chứng tỏ rằng các bon từ các bít volfram đã hợp kim hoá hoặckhuếch tán vào phoi làm tăng thành phần các bon của các lớp này

Min và Youzhen đã phát hiện hiện tượng khuếch tán khi phay hợp kim titanbằng dao phay gắn mảnh hợp kim cứng ở vận tốc cắt 200m/phút Họ đã quan sátmột lớp giàu các bon dọc theo mặt tiếp xúc giữa bề mặt dụng cụ và vật liệu giacông, dưới bề mặt dụng cụ xuất hiện một lớp thiếu các bon

* Mòn do ôxy hoá

Dưới tác dụng của tải trọng nhỏ, các vết mòn kim loại trông nhẵn và sáng.Mòn xảy ra với tốc độ thấp và các hạt mòn ôxits nhỏ được hình thành Bản chất của

cơ chế mòn này là sự bong ra của các lớp ôxy hoá khi đỉnh các nhấp nhô trượt lênnhau Sau khi lớp ôxy hoá bị bong ra thì lớp khác lại được hình thành theo một quátrình kế tiếp nhau liên tục Tuy nhiên theo Halling lớp màng ôxits và các sản phẩmcủa tương tác hoá học với môi trường trên bề mặt tiếp xúc có khả năng ngăn ngừahiện tượng dính của đỉnh các nhấp nhô

Khi đôi ma sát trượt làm việc trong môi trường chân không thì mòn do dínhxảy ra mạnh do lớp màng ôxits không thể hình thành được

Phần cắt của dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mòn theo các dạng:

- Mòn theo mặt sau, hình 1.8 (a)

- Mòn theo mặt trước, hình 1.8 (b)

- Mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau, hình 1.8 (c)

- Mòn tù lưỡi cắt, hình 1.8 (d)

Hình 1.9: Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ

Mòn mặt trước và mặt sau là hai dạng mòn thường gặp nhất trong cắt kimloại Loladez cho rằng cơ chế hình thành vùng mòn mặt trước của dao hợp kimcứng khác với dao thép gió Bởi theo ông do hợp kim cứng có độ cứng nóng caođến hàng nghìn độ C nên hiện tượng khuếch tán ở trạng thái rắn gây mòn với tốc độcao xảy ra trên mặt trước từ vùng có nhiệt độ cao nhất

Như vậy mòn mặt trước có nguồn gốc do nhiệt

* Cách xác định mòn

Hình 1.10: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau

Mòn mặt trước và mặt sau của dụng cụ có thể tính toán gần đúng như sau:

(1-25)Trong đó: V Bave là chiều cao trung bình của vùng Thể tích mòn mặt trước:

(1-26)Kích thước dùng để xác định mòn trên hình 1.9 có thể đo bằng kính hiển vidụng cụ hoặc thiết bị quang học khác hoặc bằng phương pháp chụp ảnh

1.2.4 Quy luật mòn của dụng cụ cắt

Hình 1.11 Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao

Hình 1.11 là quan hệ phụ thuộc giữa độ mòn δ của dụng cụ cắt và thời gian làm việc của nó τ (gọi là đường cong mòn)

Đường cong mòn có thể chia làm ba phần:

- Phần 1: Mòn ban đầu với khoảng thời gian không lớn Trong giai đoạn này,mòn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mòn các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụngcụ

- Phần 2: Mòn bình thường Giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiềucao nhấp nhô có giá trị rất nhỏ Ở giai đoạn này, độ mòn gần như tăng tỉ lệ tuyếntính với thời gian làm việc của dụng cụ Đây là giai đoạn có thời gian làm việc lớnnhất của dụng cụ

- Phần 3: mòn kịch liệt Ở giai đoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bịgãy đầu dao Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao tiếp tục làm việc, có nghĩa làcần phải mài lại dao hoặc thay dao mới

Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỚI CÁC

THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH PHAY 2.1 Sơ lược về bôi trơn làm nguội khi gia công cắt gọt

Sự trượt trực tiếp phoi trên mặt trước và phôi trên mặt sau của dụng cụ là các

bề mặt rắn trượt trên nhau sinh ra nhiệt và mòn khốc liệt Hiện tượng nhiệt và mònphụ thuộc vào tính chất cơ, lý, hoá của hai bề mặt tiếp xúc Sự hấp thụ và hìnhthành các lớp màng trong môi trường không khí là nguyên nhân giảm ma sát vàmòn Tuy nhiên không có gì đảm bảo cho sự tồn tại lâu dài các lớp màng này trongquá trình phoi và phôi liên tục trượt trên dao làm cho lớp màng không kịp tạo ra.Vậy chất bôi trơn – làm nguội sẽ vào vùng tiếp xúc chung giữa hai bề mặt để tạo racác màng chất lỏng làm giảm ma sát và mòn

Lớp màng mỏng được tạo ra khi dẫn dung dịch trơn nguội trực tiếp vào vùngcắt là tác nhân tích cực làm giảm ma sát Lớp màng tạo thành giữa hai bề mặt đốitiếp sẽ là mặt phân cách ngăn tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt rắn trượt trên nhau,nhờ vậy mà giữa hai bề mặt này hệ số ma sát giảm xuống (0,001  0,003) và loạitrừ mòn [21]

Ta thấy rằng khả năng cắt của vật liệu dụng cụ cắt phụ thuộc rất lớn nhiệt độvùng cắt, đặc biệt là vật liệu thép các bon dụng cụ và thép gió Quá trình trao đổinhiệt của dung dịch trơn nguội trong cắt gọt sẽ đảm bảo cho nhiệt độ vùng cắt luônnằm trong giới hạn làm việc tốt của vật liệu dụng cụ

Quá trình bôi trơn – làm nguội còn có tác dụng giúp tải phoi ra khỏi vùng giacông

Các nguyên tố có mặt trong dung dịch như phốt pho, lưu huỳnh, Clo là tácnhân làm tăng tính gia công của vật liệu

2.2 Dung dịch bôi trơn làm nguội quá trình cắt gọt kim loại

2.2.1 Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội

+ Có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát tốt ứng với từng vật liệu gia công và vật liệu làm dao, và điều kiện cắt cụ thể có chất bôi trơn phù hợp, cho hệ số ma sát nhỏ

+ Có tác dụng làm nguội tốt Dung dịch trơn nguội phải có độ dẫn nhiệt và tỉnhiệt cao Trong thực tế phải lựa chọn các dung dịch bôi trơn - làm lạnh phù hợp.Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà dùng tác dụng bôi trơn là chủ yếu, làm nguội là thứyếu và ngược lại.

+ Không bị phân huỷ dưới sự tác động của nhiệt độ cao, sử dụng được lâudài

+ Phải là tác nhân có lợi cho máy, chi tiết, dụng cụ bảo vệ chúng không bịtác động của môi trường như gỉ sét, ôxy hoá,

+ Không gây độc hại cho công nhân và không gây ô nhiễm môi trường.+ Đảm bảo tính kinh tế, dễ tìm, giá cả phù hợp

+ Áp suất và nhiệt độ khi cắt kim loại rất cao, do đó dung dịch cần tạo đượcmàng dầu bôi trơn chịu áp lực và nhiệt độ cao

2.2.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội dùng trong gia công cắt gọt

Để có loại dung dịch bôi trơn – làm nguội phù hợp với phương pháp giacông bằng trộn lẫn các thành phần: Dầu mỏ, mỡ động vật, dầu thực vật, các nguyên

tố hoá học (lưu huỳnh, clo, phốt pho), Emusil (nhũ tương), chất khí, các loại chấtrắn (than chì, bột tan, ) vào nhau với tỷ lệ hợp lý phụ thuộc vào lượng chất hoà tantrong dung môi, khả năng hoà tan được của chất hoà tan trong môi trường dungmôi, sau gia công cắt gọt chúng tồn tại dưới dạng nào

1 Dung dịch thực: Là dung dịch trong suốt, có thể có màu, bao gồm các

chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước, thể hiện ở (hình 2.1) Các chất hoà tan phân bốngẫu nhiên trong môi trường nước, loại dung dịch này có sức căng bề mặt cao hơnnước nguyên chất, chúng được sử dụng trong làm mát hoặc làm sạch

Hình 2.1 Các phần tử hoà tan trong nước.

2 Dung dịch có các ion tương tác: Là dung dịch kiểu có các ion dương và

ion âm, chúng là các tác nhân tích cực tạo thành khối tích tụ trên bề mặt dung dịch,chúng tạo thành chất keo phủ lên toàn bộ bề mặt chi tiết sau khi gia công Loại dungdịch này có sức căng bề mặt thấp hơn nước nguyên chất Trong dung dịch này cónhóm các phần tử hoạt động được phân bố như trên (hình 2.2) Loại dung dịch nàytương đối sạch và có khả năng bôi trơn tốt, nếu bổ sung thêm các chất phụ trợ như:Clo, lưu huỳnh, phốt pho thì khả năng bôi trơn – làm nguội sẽ tốt hơn

Hình 2.2 Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước.

3 Dạng Emusil: Là loại dung dịch có các giọt dầu nằm lơ lửng trong nước,

như dầu khoáng, parafin hoặc dầu thô Dung dịch này tạo ra bằng cách pha dầu

khoáng với các tác nhân Emusil và các chất khác để tạo các giọt dầu nhỏ đến 0.08 0.003 m (hình 2.3).

Hình 2.3 Các phân tử hoà tan dưới dạng thể sữa.

Dung dịch có khả năng bôi trơn tốt hơn nếu bổ sung thêm các chất phụ trợnhư dầu thực vật, mỡ động vật hoặc các sản phẩm este khác, nếu bổ sung thêm cácthành phần như: Lưu huỳnh, phốt pho hay Clo thì khả năng bôi trơn – làm nguội sẽtốt hơn Loại này vừa có tác dụng bôi trơn vừa có tác dụng làm nguội

4 Dung dịch tạo thành từ các thành phần hoá học: Dung dịch này là sự

kết hợp của ba loại ở trên, nhưng có các đặc điểm khác sau dây:

+ Lượng dầu hoà tan ít hơn từ 5  45% so với loại 2

+ Lượng Emusil và các phân tử hoạt động trên bề mặt cao hơn so với loại 2,điều này cho ta thấy kích thước khối cầu nhỏ hơn so với loại 3 Khi dùng loại dầunày sẽ giúp quá trình tách phoi tốt, khả năng thâm nhập vùng cắt để bôi trơn làmnguội tốt

Hình 2.4 Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học.

5 Dung dịch được tạo thành từ các thành phần dầu: Được lấy từ dầu thô,

dầu thực vật, mỡ động vật, chúng có thể ở thể đơn hoặc dưới dạng pha trộn Dầu thô

có nhiều nguồn khác nhau như dầu mỏ, parafin, độ nhớt của chúng cũng khác nhauphụ thuộc vào các thành phần pha trộn Nếu bổ sung thêm dầu thực vật sẽ làm tăngkhả năng dính ướt của dung dịch và cải thiện khả năng bôi trơn, đặc biệt ở nhiệt độcao Cũng có thể cho thêm các chất như phốt pho, lưu huỳnh, Clo, làm tăng thêmkhả năng bôi trơn – làm nguội của dung dịch

Hình 2.5 Các phần tử hoà tan trong hợp chất dầu.

6 Tuỳ theo tác dụng bôi trơn hoặc làm nguội là chủ yếu dung dịch trơn

nguội được phân loại như sau:

* Nhóm có tác dụng làm nguội là chủ yếu: Những loại dung dịch này sử dụng khi

mục đích giảm nhiệt độ là chủ yếu Nó được dùng cho các quá trình cắt mà ở đónhiệt lượng phát sinh lớn, cần được dẫn khỏi vùng cắt nhanh, giảm tác động xấu củanhiệt độ đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và quá trình mòn của dụng

cụ cắt

* Nhóm có tác động bôi trơn là chủ yếu: Những dung dịch loại này có tác dụng

bôi trơn là chủ yếu, mục đích là giảm ma sát, mục tiêu giảm nhiệt độ vùng cắt là thứyếu (dùng ở các dạng gia công với V cắt nhỏ) Loại này sử dụng khi gia công tinhlần cuối, dung dịch bôi trơn làm giảm lực nói chung, đặc biệt là giảm ma sát giữamặt sau của dao cụ với bề mặt đã gia công Kết quả là dung dịch bôi trơn góp phầnlàm tăng độ chính xác gia công và giảm độ nhấp nhô bề mặt gia công

2.2.3 Cách sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay

Dung dịch trơn nguội chủ yếu dùng để làm giảm nhiệt độ ở vùng cắt, do đótuổi bền của dao và chất lượng gia công tăng lên Đồng thời dung dịch trơn nguộicũng giữ cho dụng cụ và chi tiết gia công khỏi bị ôxi hoá Ngoài ra dung dịch trơnnguội không được gây ảnh hưởng xấu đến lớp sơn bảo vệ máy, trong quá trình làmviệc không được tan thành các thể riêng biệt, dung dịch đòi hỏi phải ổn định, Gầnđây người ta đã chế tạo các dung dịch đáp ứng được những yêu cầu trên

- Tưới dung dịch trơn nguội bằng cách sử dụng hai vòi để dẫn trực tiếp dung dịch vào vùng cắt theo hai mặt bên của dao: Sử dụng tốt nhất khi gia công những

bề mặt có chiều rộng cắt không lớn

Đây là phương pháp có cách bố trí thiết bị dẫn dung dịch rất đơn giản và dễđiều chỉnh lượng dung dịch theo yêu cầu trong khi đang gia công

Hình 2.6 Dẫn dung dịch vào hai mặt bên dao phay.

- Tưới dung dịch trơn nguội bằng cách sử dụng hai vòi dẫn trực tiếp vào mặt trước và mặt sau dao: Thực hiện hiệu quả nhất trên dao phay khi gia công các bề

mặt rộng, thường sử dụng khi gia công mặt phẳng Phương pháp có hệ thống vòitưới phức tạp, phải bố trí vòi di chuyển cùng trục chính máy, trong quá trình cắt nếucần điều chỉnh vòi thì hết sức khó khăn (hình 2.7)

Hình 2.7 Dẫn dung dịch vào mặt trước và mặt sau dao phay

- Tưới dung dịch trơn nguội bằng cách dùng thiết bị vòi dẫn dung dịch vào tất

cả các lưỡi cắt: Phương pháp này hiệu quả tưới cao, thường sử dụng cho các loại

dụng cụ như dao phay ngón Nhược điểm chính là gián tiếp dẫn dung dịch vào vùngcắt, chỉ sử dụng cho các dụng cụ cắt có kích thước đường kính giới hạn (hình 2.8).

Hình 2.8 Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt.

Sử dụng dung dịch trơn nguội một cách hợp lý có thể tăng tuổi bền từ 1,5  4lần Dung dịch trơn nguội và cách sử dụng nó có hiệu quả tốt với loại vật liệu vàphương pháp gia công này, nhưng có thể ít hiệu quả đến loại vật liệu và phươngpháp gia công khác, thậm chí trong một số trường hợp lại gây ảnh hưởng xấu Mỗimột tổ hợp: vật liệu gia công – phương pháp gia công - vật liệu làm dụng cụ cắt -chế độ cắt chỉ thích hợp với một loại dung dịch trơn nguội nhất định

Trong bảng dưới đây đã chỉ rõ các loại dung dịch trơn nguội và cách sử dụngdung dịch trơn nguội khi phay [7]:

TT Vật liệu gia công Mã hiệu dung dịch trơn nguội

1 Thép các bon kết cấu 3% Ucơrinon – 1.

5 8 % P3 – COЖ – 8

TT Vật liệu gia công Mã hiệu dung dịch trơn nguội

5 8 % P3 – COЖ – 8

5 Thép độ bền cao và thép chịu lửa MP – 1

2.3 Các phương pháp bôi trơn – làm nguội

2.3.1 Phương pháp bôi trơn – làm nguội tưới tràn

Là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay Phương pháp mà dungdịch được dẫn tự do vào vùng cắt thông qua hiện tượng mao dẫn và các thiết bị cầnthiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thông nhau

* Ưu điểm:

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

- Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định

- Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng

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

* Nhược điểm:

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