Nghiên ứu ảnh hưởng ủa hế độ ắt đến độ nhám bề mặt khi tiện ứng

Nhám bề mặt và ảnh hởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi tiện cứng ………... Nhám bề mặt và ảnh hởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện cứng 1.3.1.. Khái quát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Vũ thị huệ

Nghiên cứu ảnh hởng của chế độ cắt

đến độ nhám chi tiết khi tiện cứng

Chuyên ngành: công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ngành: công nghệ cơ khí

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Trần đức quý

HÀ NỘI - 2010

Mục lục Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục 01

Một số ký hiệu dùng trong luận Văn ……… 04

Danh mục các bảng 05

Danh mục các hình vẽ, đồ thị………… 06

Mở đầu ……… ……… ………… ………… ………… 08

Chơng 1: kháI niệm khi tiện cứng và ảnh hởng của chế độ công nghệ đến nhám bề mặt khi tiện cứng 11 1.1 Tiện cứng và các đặc điểm cơ bản 11

1.2 Ảnh hởng của chế độ cắt đến các thông số vật lý của quá trình cắt khi tiện cứng……… …

1.3 Nhám bề mặt và ảnh hởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt chi tiết khi tiện cứng ………

1.3.1 Khái quát về chất lợng bề mặt………

1.3.2 ảnh hởng của vận tốc cắt v đến độ nhám bề mặt…………

1.3.3 ảnh hởng của lợng tiến dao S đến độ nhám bề mặt……

1.3.4 ảnh hởng của chiều sâu cắt t đến độ nhám bề mặt………

14 21 21 24 25 28 1.4 Ảnh hởng của chế độ bôi trơn làm mát đến nhám bề mặt chi tiết- khi tiện cứng ……… 28

1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc……… …… 30

Kết luận chơng 1:……… … 36

Chơng 2: phơng pháp bôI tối thiểu khi tiện cứng……… 37

2.1 Tổng quan về các phơng pháp bôi trơn……… 37 2.1.1 Các vấn đề của phơng pháp tới dung dịch trơn nguội hiện

nay……… ……… 37

2.1.2 Công nghệ gia công khô……… 39

2.1.3 Công nghệ dùng nitơ lỏng……… ……… 42

2.1.4 Công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu MQL……… 43

2.2 Giới thiệu phơng pháp bôi trơn tối thiểu… ……… 44

2.2.1 Giới thiệu chung……… 44

2.2.2 Giới thiệu các hệ thống MQL trên thế giới ………… 49

2.2.2.1 Sử dụng MQL ở SKF……… 49

2.2.2.2 Giới thiệu một số hệ thống MQL……… 52

2.3 Thiêt kế đầu phun bôi trơn tối thiểu……… 54

2.3.1 Nguyên lý làm việc……… ……… ………… 54

2.3.2 Kết cấu hệ thống MQL……… 58

2.3.3 Đờng cong đặc tuyến tính của chuyển đổi khí nén… 58

2.3.4 Các thông số cơ bản của đầu phung tối thiểu MQL 62

2.4 Mô hình thực nghiệm……

Kết kuận chơng 2:………

63 64 Chơng 3: Trang thiết bị thực nghiệm….……… 65

3.1 Sơ đồ thực nghiệm tổng thể 65

3.2 Trang thiết bị thực nghiệm 66

3.2.1 Dụng cụ cắt 66

3.2.2 Máy thực nghiệm…… ………… ………… 67

3.2.3 Mẫu thực nghiệm……… ………

3.3 Đầu phun tối thiểu MQL

3.4 Thiết bị đo nhám SJ 400 Mitutotyo -

3.5 Thiết bị đo cứng HH – 140 Mitutotyo

Kết luận chơng 3:

Chơng 4: nghiên cứ thực nghiệm ảnh hởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng

68

68

69

70

70

71

4.1 Các nội dung thực nghiệm của luận văn

4.2 Trình tự thực nghiệm

4.3 Chế độ cắt và chế độ bôi trơn trối thiểu MQL

4.3.1 Chế độ cắt

4.3.2 Chế độ bôi trơn tối thiểu MQL

4.3.2.1 Dung dịch tới MQL

4.3.2.2 Chế độ tới MQL

4.4 Lu giữ và sử lý số liệu thực nghiệm

4.5 Kết quả thực nghiệm ảnh hởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện cứng

4.5.1 Ảnh hưởng của chế độ ắt đến độ c nhỏm bề mặt chi tiết khi tiện cứng

4.5.2 So sỏnh độ nhỏm bề mặt chi tiết khi tiện cứng s d ử ụng MQL v i t i Emunxi và gia cụng khụ ớ ướ Kết luận chơng 4:

KếT LUậN chung

Hớng nghiên cứu tiếp theo

Tài liệu tham khảo

71

72

72

72

73

73

74

74

74

74

77

79

80

81

82

MỘT SỐ KÍ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN

n: Tốc độ quay của trục chính (vg/ph)

t: Chiều sâu c t (mm) ắ

s: Lợng tiến dao (mm/vòng)

v: Vận tốc chi tiết (m/ph)

T: Thời gian cắt (phỳt)

ϕ và ϕ1: óc nghiêng lỡi cắt chính của dao G

p: á suất dòng khí ở miệng ra của đầu đo (bar) p

Ra;Rz: Độ nhám bề mặt gia công ( m)à

A: Hệ số quan hệ;

Y: Hàm chuyển đổi của các chuyển đổi khí nén;

d1: Đường kớnh đầu vào c a vũi phun; ủ

d2: Đường kớnh đầu ra c a vũi phun; ủ

Danh môc c¸c b¶ng T rang

(b) v i thớ ời gian gia công và dưới điều ki n gia công khô và MQL ệ

Nhiệt độ trên dao với các phương pháp bôi trơn làm nguội khác

B«i tr¬n vïng ngoµi cho c¸c hÖ thèng LubriLean DigitalSuper /

Đồ th ị so sánh độ nhám Rz khi gia công MQL s d ng d u l c, ử ụ ầ ạ

MQL s d ng d u Emusi và gia công khô……….ử ụ ầ

78

Hình

4.4:

Đồ th ị so sánh độ nhám Ra khi gia công MQL s d ng d u l c, ử ụ ầ ạ

MQL s d ng d u Emusi và gia công khô ử ụ ầ 79

MỞ ĐẦU

1. Tờn đề tài

“Nghiờn c u nh h ng c a ch c t n nhỏm chi ti t khi tiứ ả ưở ủ ế độ ắ đế độ ế ện cứng”

2. Cơ sở khoa h c và th c tiọ ự ễn của đề tài

Ngày nay ngành công nghiệp đang phải đối đầu với những thách thức to lớn

và cạnh tranh quyết liệt Nh chúng ta biết, Việt Nam đã gia nhập tổ chức thơng mại mậu dịch thế giới (WTO), vì vậy, đòi hỏi phải đa ra chiến lợc phát triển công nghệ và khoa học k ỹ thuật để có thể cạnh tranh với các nớc trên thế giới

Các nhà sản xuất phải tìm cách giảm thời gian chế tạo, tăng chất lợng sản phẩm, nâng cao sản xuất và linh hoạt hoá sản xuất bằng việc tăng cờng áp dụng tự

động hoá với các phơng pháp tiên tiến Ngày nay, ở nớc ta đang có xu hớng đa công nghệ cao tới từng các doanh nghiệp vừa và nhỏ

Cùng với sự phát triển của xã hội, việc nghiên cứu khoa học trên các máy CNC ngày càng đợc chú trọng nhằm đạt đợc năng suất gia công cao nhất và chất lợng gia công tốt nhất Vì vậy việc nghiên cứu và tìm quy luật các mối liên hệ của các yếu tố trong quá trình gia công là hết sức cần thiết Muốn đạt đợc những kết quả đó cần phải đầu t thiết bị, thời gian và công sức

Gia cụng tinh là một giai đoạn quan tr ng c a quỏ trỡnh cụng ngh gia cụng ọ ủ ệ

cỏc sản phẩm cơ khớ Gia cụng tinh cho phộp đỏp ứng đũi hỏ i ch t lư ng ngày càng ấ ợ

cao c a cỏc lo i mỏy và thi t bủ ạ ế ị ện đạ hi i Vỡ v y, ngoài cỏc biậ ện phỏp như sử ụ d ng

vật liệu mới, thiết kế ết cấu tối ưu, việc nghiờn cứu hoàn t ện cỏc phương phỏp k hi

gia cụng tinh cú ý nghĩa kinh tế ỹ, k thu t to l n ậ ớ

Trước đõy,những chi t ếtnhư v n ổ ăn, v i p un và n ững chi tết của hệ

thống h y ực sau k i nhiệt luyện ph i qua cụ g đoạ mài mài k ụn. Tuy vậy, mài

là m t quỏ trỡnh rộ ấ t ph c tạp ứ , chi phớ c o, ch t thải ra k i mài ngàyc ng gõyụ

nhiễm mụitrườn Vỡvậ n ày nay c c nhà sản x ấttrỏn k õu màitron quy rỡnh

lạihiệu qu c o à iện cứng

Tiện c ng cú nhi u l i th so v i mài, m t vài l i th ứ ề ợ ế ớ ộ ợ ế đú là kết qu tr c ti p ả ự ế

của cỏch búc vật liệu khi tiện cứng Lợi thế đỏng kể nhất của tiện cứng là cú thể

dựng cựng m t d ng c mà vộ ụ ụ ẫn gia cụng được nhi u chi ti t cú hỡnh dỏng khỏc ề ế

nhau bằng cỏch thay đổ đười ng chạy dao Trong khi đú muốn mài được hỡnh dạng

chi ti t khỏc thỡ phế ải sử ại đỏ hoặc thay đỏ khỏc Đặa l c bi t tiệ ện cứng cú thể gia cụng được biờn d ng ph c t p mà mài khú cú th th c hiạ ứ ạ ể ự ện được

3 Mục đớch của đề tài:

- Nghiờn c u t ng quan v ti n cứ ổ ề ệ ứng

- Nghiờn cứ ảnh hưởng của cỏc yếu tố cụng nghệ đến độ nhỏm bều mặt khi

ti n c ng T ệ ứ ừ đú xõy dựng được mối quan h gi a ch cệ ữ ế độ ắt và độ nhỏm b m t chi ề ặ

tiết cho cỏc trường h p gia cụng c th ợ ụ ể (đồ ị th )

- Xõy dựng hệ thống trang thiết bị thớ nghiệm: mỏy tiện, dao, mỏy đo độ

nhỏm…

viờn v ề ảnh hởng của các yếu tố công nghệ đến tiện cứng.

- Kết quả nghiờn gúp phần nõng cao năng suất, chất lượng chi tiết gia cụng và

h giỏ thành sạ ản phẩm trong sản xuất

4 N i dung c ộ ủa đề tài, cỏc vấ n đ ề cần giải quyết:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết v tiện cứng ề

- Nghiên cứu phơng pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu MQL

- Xõy dựng hệ ống trang thiết bị ực nghiệ th th m (mỏy tiện 1K62, dao, mỏy đo

độ nhỏm…)

Sau một thời gian làm luận văn cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Trầ Đứn c Quý luận văn đã cơ bản hoàn thành tuy vậy sẽ không tránh khỏi những thiết sót, kính mong đợc các thầy, cô xem xét bổ xung để luận văn đợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà ội, ngày N 20 tháng 10 năm 2010

Học viên

Vũ Thị Huệ

Chơng 1: Khái niệm về tiện cứng và ảnh hởng của chế

độ công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện cứng

1.1 Tiện cứng và đặc điểm cơ bản

Trước đõy, những chi tiết như vũng bi, ổ lăn, vũi phun, và những chi ti t c a ế ủ

h thệ ống thủy lực sau khi nhiệt luyện phải qua cụng đoạn mài, mài khụn Những cụng đoạn này thi u tớnh linh ho t và t n nhi u th i gian M t h n ch n a là chi ế ạ ố ề ờ ộ ạ ế ữphớ cho dung dịch trơn nguộ ủi c a cỏc cụng đoạn mài khỏ cao Nh ng lý do trờn làm ữtăng chi phớ cho cỏc cụng đoạn gia cụng chớnh xỏc M t khỏc ch t th i ra khi mài ặ ấ ảngày càng gõy ụ nhiễm mụi trường, thỳc đẩy cỏc nhà sản xuất lo i d n khõu mài ạ ầtrong quy trỡnh cụng ngh gia cụng chi ti t ệ ế

Tiện cứng là phương phỏp tiện sử ụng dao bằng vật liệu siờu cứng CBN d(Cubic Boron Nitride), PCBN, PCD hoặc ceramic tổng h p thay thợ ế cho mài để gia cụng thộp đó tụi (cú độ ứ c ng lớn hơn 45HRC) Phương phỏp này cú thể gia cụng khụ và hoàn thành chi ti t trong cựng m t l n gỏ C p chớnh xỏc khi ti n cế ộ ầ ấ ệ ứng đạt IT6 và độ búng b m t (Rz = 2 4 micromet), cú thề ặ ữ ể so sỏnh v i ch t ớ ấ lượng khi mài

Để ự th c hiện được cụng vi c ti n c ng, mỏy ti n ph i c ng vệ ệ ứ ệ ả ứ ững, cú đủ ố t c đ ộquay tr c chớnh và cụng su t ụ ấ phự hợp Rung động là k thự tẻ ồi tệ nh t c a dao CBN ấ ủMỏy tiện CNC được đ ngh thề ị ực hi n cụng vi c ti n cệ ệ ệ ứng Nhưng mỏy tiện điều

khiển bằng tay cũng có thể được sử ụng hiệu quả Một máy tiện điều khiển bằ d ng tay ph i trong tình tr ng t t và có r t ít khe h ả ở ạ ố ấ ở trên bàn trượt ngang và sau ụ

Các mảnh hợp kim CBN thường s d ng cho ti n c ng là CNGA, DNGA, ử ụ ệ ứVNGA, CNMP và TNG Các m nh hả ợp kim cương được sử ụ d ng cho ti n c ng là ệ ứCCMT, CPGM, và DCMT Nói chung các m nh hả ợp kim sử ụ d ng cho tiện cứng chứa kho ng 50% CBN tùy nhà ch t o M t khác, lo i ch a hàm lượng CBN cao ả ế ạ ặ ạ ứhơn sử ụng cho phương d pháp ti n truy n thệ ề ống để gia công các v t li u mậ ệ ềm hơn như kim loạ ội b t, gang và m t vài hộ ợp kim đặc bi t ệ

(t 4 -

So với mảnh carbide thì các mảnh CBN đắt hơn đáng kể ừ 5 lần), nhưng dao CBN chế ạo đượ t c nhi u s n phề ả ẩm hơn Chi phí dao cụ ẽ không đáng kể s khi tính đến vi c lo i nguyên công mài tinh Nhiệ ạ ều xưởng s n xu t còn nh n th y r ng ả ấ ậ ấ ằ

việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô bù đắp lượng chi phí cao hơn vềdao

Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim c ng b m t stellites Vi c h p kim stellites có th ứ ề ặ ệ ợ ểgia công b ng ti n cằ ệ ứng đã mở ộ r ng khả năng của tiện cứng kể ả c công việc sửa chữa V t liậ ệu được ti n c ng là thép 5120 (62HRC), 1050 (62HRC), 9310 ệ ứ(60HRC) và 4320 (60¸ 62HRC)

thKhi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ ấp hơn tốc đ quy định, mảnh CBN sẽộmòn nhanh chóng và hư hỏng

So sánh tiện cứng vớ i ti n thư ng và mài:Ti ệ ờ ện cứng có những khác ệbi t đáng kể so v i ti n truy n th ng v t li u m m B i vì v t li u trong ti n cớ ệ ề ố ậ ệ ề ở ậ ệ ệ ứng có độ

cứng cao hơn nên lực cắt sinh ra khi tiện cứng cũng lớn hơn Vì thế lượng ăn dao khi ti n c ng phệ ứ ải được gi i h n Trong hớ ạ ầu hết các trường h p, m nh h p kim tiợ ả ợ ện

c nứ g phải có các thông số hình học âm Góc trước âm tạo điều kiện cắt gọt tốt cho lưỡ ắi c t vì t c đ càng cao và chi u sâu cố ộ ề ắt tương đối nh t p trung l c ỏ ậ ự ở đó Tuy nhiên, đôi khi doa lỗ thì góc trước dương là tốt nhất Tương tự như vậy, để ả b o v ệlưỡ ắi c t không b m , trên m nh hị ẻ ả ợp kim người ta vát mép các lưỡ ắi c t ho c bo tròn ặ

Tiện thông thường bị giới hạn bởi độ ứng của vật liệu Trong khi đó dải vật c

liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió, và h p kim c ng bợ ứ ề ặ m t stellites Việc hợp kim stellites có thể được gia công b ng ti n cằ ệ ứng đã mở ộng khả năng của tiệ r n c ng k c công viứ ể ả ệc sửa chữa Nhiệt sinh ra trong vùng cắt gọt khi tiện cứng khá cao, có thể lên đến khoảng

930oC và vì thông thường người ta ti n c ng mà không dùng dung dệ ứ ịch trơn nguội nên bề ặt đã tiệ m n cứng có thể ị hư hạ b i do nhi t C u trúc vi mô cệ ấ ủa lớp bề ặ m t bị thay đổi và t n t i ng suồ ạ ứ ất dư kéo trên lớp b m t ề ặ

Tiện cứng có nhiều lợi thế so với mài, một vài lợi thế đó là kết quả ực tiếp tr

của cách bóc vật liệu khi tiện cứng Lợi thế đáng kể nhất của tiện cứng là có thểdùng cùng m t d ng c mà vộ ụ ụ ẫn gia công được nhi u chi ti t có hình dáng khác nhau ề ếbằng cách thay đổi đường chạy dao Trong khi đó muốn mài được hình dạng chi tiết khác thì phả ửa lại đá hoặc thay đá khác Đặi s c bi t tiệ ện cứng có thể gia công được biên d ng phạ ức tạp mà mài khó có th th c hiể ự ện được

Ngoài những ưu điểm đã nêu ở các phần trên, việc áp dụng công nghệ ện ti

cứng để gia công l n cuầ ối các chi tiết còn mang l i nh ng l i ích sau: ạ ữ ợ

* Gi m th i gian chu k gia công m t s n ph m ả ờ ỳ ộ ả ẩ

* Giảm chi phí đầu tư thiế ịt b

* Tăng độ chính xác

* Đạt độ bóng b m t cao ề ặ

* Cho phép nâng cao tốc đ ộbóc v t li u (tậ ệ ừ 2 - 4 lần), nâng cao năng suất gia công

* Gia công được các contour phức tạp

* Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá

* Có thể chọn gia công có hoặc không có dung dịch trơn nguội Gia công khô tránh được chi phí dung dịch trơn nguội và không có ch t th i l ng ấ ả ỏ ra môi trường Tuy nhiên ti n cệ ứng cũng có một số ạn chế h nh : ư

- Dao cụ : Dao cắt CBN (dùng phổ ến trong tiện cứng) thường đắt gấp 3 4 bi lần so với dao carbide Dao ceramic giá ngang với carbide nhưng thường không

-dùng được v i các ng d ng có ph m vi dung sai nh hơn 0.0254mm Ceramic ớ ứ ụ ạ ỏcũng hoạt động không hi u qu khi nhi t đ ệ ả ệ ộ gia công quá cao, nên thường gia công

với tưới ngu i ộ

- Hiện tượng “trắng bề mặt”: Bề ặt sau khi tiện cứng thường bị m hiện tượng

ph mủ ột lớp trắng với độ ầy 1micro met Lớp phủ này không nhìn được bằng mắt d thường mà ph i ki m tra b ng thi t b m i thả ể ằ ế ị ớ ấy Đây cũng là hiện tượng thường

-th y trong các ng d ng mài ấ ứ ụ

- Đòi hỏ ội đ cứng vững của hệ ống công nghệ cao: từ độ ứng vững của dao th c

cụ, đồ gá cặp đến độ ứ c ng v ng cữ ủa bản thân máy gia công

1.2 Ảnh hưởng củ đ ều kiện cắt đến a i các thông s v t lý khi tiố ậ ện cứng

Theo các kết qu th c nghi m ả ự ệ [16] tiến hành ti n phôi thép AISI 1060 dài 760 ệ

mm, đường kính 125mm b ng máy ti n công su t l n (Lehman Machine Company, ằ ệ ấ ớUSA, 15 hp) ở ậ v n tốc cắt (Vc) và bước ti n (So) khác nhau, b ng gia công khô vàế ằlàm nguội tối thi u (ể MQL) s dử ụng dầu thực vật, để ấy đượ th c vai trò c a MQủ L đối

v i các tính chớ ất gia công như : lực cắt, nhi t c t, mòn dao và nh p nhô b m t ệ ắ ấ ề ặCác điều ki n thí nghi m trong b ng 1.1 ệ ệ ả :

- V ận tốc cắt Vc và bước tiến So được ch n d a theo khuy n cáo c a nhà s n ọ ự ế ủ ả

xu t và th c ti n ấ ự ễ

- Chi u sâu c t t là tham s quan trề ắ ố ọng được giữ nguyên

MQL c n cung cầ ấ ởp áp suất cao và tốc đ ộ cao vào vùng c t thông qua vòi ắphun L ng dung d ch tr n ngu i MQL nượ ị ơ ộ h ỏ nhưng có vận tốc lớn, được đưa t i ớcác góc cắ ủt c a dao (hình 1.1) g n sát v i m nh c t (chip) và các b m t làm vi c ầ ớ ả ắ ề ặ ệ

Lượng dung dịch trơn nguội MQL được phun chủ ếu vào bề y mặt góc nghiêng và

b m t sau cề ặ ủa dao, để ả b o v góc sau ph và ệ ụ đạt độ chính xác cao hơn

Bôi trơn tối thi u s d ng d u th c v t giúp quá trình c t t t h n thông qua ể ử ụ ầ ự ậ ắ ố ơ

việc giảm nhiệt cắ Dhar and Islam (Dhar and Islam,t 2005) đã sử ụ d ng cặp nhiệt điện để đo nhiệt đ c t trung bình trong su t các quá trình ti n Vc và So khác ộ ắ ố ệ ởnhau, k t h p vế ợ ới mũi dao không ph ủ cacbit, dưới điều ki n gia công khô và MQL ệ

Công vi c hi n nay là xem xét nhi t c t, mòn dao, chệ ệ ệ ắ ất lượng bề mặt và độchính xác gia công để nghiên c u vai trò c a MQL ứ ủ

245

φ125 mm x 760 mm Không mạ cacbit, TTS, SNMM

120408 PSBNR 2525M12 -6 0

D u thầ ực vật food-grade

Độ nh t 84cP 20ớ ở 0c Điểm cháy 3400C Khí nén: 7 Bar, tốc đ ộ dòng chảy 60ml/h ( thông qua bình phun )

Khô và MQL

Hình 1.1: Ảnh thí nghiệm

Mảnh hợp kim cắt được mài ở những khoảng liên tục đ nghiên cứu biên dạể ng

và độ mòn c a m t sau chính và phủ ặ ụ Độ ộ r ng trung bình c a mòn góc nghiêng ủchính Vb và góc nghiêng phụ Vs được đo sử ụng thước hiển vi đơn vị ối thiể d t u

1µm(Carl Zesis, 351396, Germany) Độ bóng b m t sau m i lát cề ặ ỗ ắt được đo bằng

1 máy đo profin Talysurf (Surtronic 3+ Roughness Checker, Taylor Hobson, UK)

so chính xác, được đặt song song v i trớ ục của phôi T i lát c t cu i, m nh h p kim ạ ắ ố ả ợđược kiểm tra dưới máy quét hiển vi điện t ử (Hitachi, S 2600N SEM, Japan) Các -thành ph n chính ho c ti p tuy n Pz và trầ ặ ế ế ục hoặc thành phần bước tiến Px được đo

b ng 1 lằ ực kế 3D

Kết quả thí nghiệm và thảo luận

1, Ảnh hưởng củ đ ều kiện cắ đến lực cắt và nhiệ ắa i t t c t khi tiện cứng.

Chất lượng gia công được đánh giá bằng nhiệt cắt, nhiệt cắ ảnh hưởng đết n chất lượng s n phả ẩm và năng suấ ắt c t, mô hình và d ng c u tạ ấ ạo phoi, độ ớ l n c a lực ủ

cắt sự dao động và chính xác kích thước, chất lượng bề ặt, mòn dao và tuổi ề m b n

d ng c ụ ụ

Trong các quá trình gia công v t liậ ệu dẻo, nhiệt được tạo ra t i : ạ (1) vùng biến

dạng cơ sở do biến dạng dẻo và biến dạng cắt, (2) tương tác dụng cụ phoi do trượt -

và biến dạng lần 2, (3) b mề ặt dụng cụ làm việc do ma sát Tất cả các nguồn nhiệt sinh ra nhiệt độ ực đại tại bề ặ ụ c m t d ng c ụ ảnh hưởng lớn đến dạng hình thành phoi,

lực cắt và tu i b n d ng cổ ề ụ ụ Do đó phải làm gi m nhiả ệt độ ắ c t

Ứng d ng dung d ch c t thônụ ị ắ g thường được s d ng trong m t s ử ụ ộ ố trường h p, ợlàm mát d ng c và phôi vụ ụ ới lượng lớn, nhưng không để dùng để làm mát và bôi trơn một cách hi u qu tệ ả ại tương tác dụng c - ụ phoi, nơi nhiệt độ ắ c t là l n nh t ớ ấTuy nhiên, đã quan sát thấy r ng MQL dùng vòi phun d u th c v t có th làm ằ ầ ự ậ ể

giảm nhiệt độ ắt trung bình từ c 5- 12%, và phụ thuộc vào các thông số Vc và So Lượng gi m nh c a nhi t cả ỏ ủ ệ ắt cũng đã tạo nên nh ng ữ ảnh hưởng có l i cho ch t ợ ấlượng gia công

Thường thì khi tăng Vc và So thì nhiệ ắt tăng, ặt c m c dù nh ng cở ữ ấp độ khác nhau, ho c là nhiặ ệt cắt tăng do tăng năng lượng đầu vào, người ta mong đợi rằng MQL sử ụ d ng dầu thực vậ ẽt s có nhi u hiệề u quả hơn ở giá trị Vc và So cao hơn Nhưng thự ế ại đi theo chiều hước t l ng khác như bảng 1.2

Dưới điều ki n MQL, nhi t c t gi m dệ ệ ắ ả ần trong điều kiện Vc tăng nhiều ho c ít ặ

với tất cả các giá trị ủa So khi tiện thép Khi tăng Vc thì phoi tạo ra và tiếp xúc c

với dụng cụ càng nhiều, làm giảm lượng dung dịch tới mảnh hợp kim SNMM Để

giảm chiều dài tiếp xúc giữa dụng cụ và phoi chỉ có thể dùng đầu phun MQL phun

dọc theo các cạnh cắt phụ, như ậy có thể v giảm nhiệt độ ại một số vùng đặc biệt tkhi v n t c phoi cao do v n tậ ố ậ ốc Vc cao

B ng 1.2: Gi m lả ả ực và θavg do s dử ụng bôi trơn tối thi u dùng d u thể ầ ực vật

3.77 2.41 4.07 2.12 3.95 6.56 5.03 4.15 4.44 6.76 9.12 4.72 7.05 5.79 5.08 1.49

7.10 8.57 8.08 5.96 7.48 6.66 7.80 8.86 9.33 11.11 13.37 12.07 8.97 10.06 10.97 11.76

Hiệu quả ủa MQL sử ụng dầu thực vật giảm khi ta tăng So c d Biểu diễn trên

b ng 1.2ả Khi tăng So, chiều dài tiếp xúc ữa dụng cụ và phoi hường tăng, tuy gi tnhiên đường cong c a các rãnh thì song song và g n v i các c nh c t c a m nh h p ủ ầ ớ ạ ắ ủ ả ợkim do đó làm giảm chi u dài ti p xúc nên nhiề ế ệt độ ắ c t trên b m t c a d ng c - ề ặ ủ ụ ụphoi gi m ả

2, Ảnh hưởng củ đ ều kiện cắ đếa i t n mòn khi tiện cứng.

Trong các máy gia công ắt gọc t (nhất là trong quá trình hình thành phoi liên

t c) ụ như tiệ mòn dụng cụ ắt phụn, c thuộc vào nhiều yếu tố nh ư mài mòn, độ bám dính, sự khuếch tán, ăn mòn hóa học, hoạt động điện, vật li u dệ ụng cụ và điều kiện gia công

Dụng cụ ắt thườ c ng hỏng sớm do biến dạng dẻo dưới những điều kiện có hại gây ra b i áp suở ất lớn, nhiệt độ và tải trọng động h c tạọ i đầu của dụng cụ ắ c t, nếu

vật liệu dao thiếu độ ề b n và độ ứng nóng Nhưng những khảo sát cho thấy rằ c ng

hỏng chủ ếu do mòn Các dạng hình học của mòn dao khi tiện được biểu diễn trên yhình 1.2

Hình 1.2 : Dạng hình học của mòn dao tiện

không ổn định dẫn đến chất lượng b mề ặt xấu và không chính xác k ch thước í(Lugscheider et al., 1997) Sự phát triển của mòn mặt sau phụ trung bình Vs với thời gian gia công dưới điều kiện gia công khô và MQL được biểu diễn trên hình 1.3b Sự phát triển của Vs phù hợp với Vb Gia công sử ụng MQL làm giảm Vs, d

và cho chất lượng b m t cùng về ặ ới độ chính xác kích thước cao hơn

Hình 1.3 : Sự phát triển của mòn mặt sau chính Vb (a) và mòn mặt sau

phụ Vs (b) với thời gian gia công và dưới điều kiện gia công khô và MQL sử

dụng dầu thực vật

Những hình ảnh SEM của mòn ngoài mảnh hợp kim cắt khi gia công khoảng

45 phút được bi u diể ễn trên hình 1.4 Dướ ấ ả các môi trười t t c ng, các v t mài mòn ếđánh dấu xu t hi n trên m t sau Ki m tra các v t lõm ch ấ ệ ặ ể ế ỉ ra được đ sâu c a các ộ ủ

vết xước phía sau của chip trên mặt nghiêng của dụng cụ Có một vài dấu hiệu vềmòn bám dính trên m nh h p kim M t sả ợ ộ ố ế bi n d ng dạ ẻo và các vết nứ ế t t vi x y ra ảdưới gia công khô Mòn rãnh nghiêm trọng và mòn khía được tìm th y m t sau ấ ở ặ

của mảnh hợp kim dưới điều kiện gia công khô Mòn khía trên lưỡi cắt chính là chủ

yếu bởi vì sự oxi hóa và mòn hóa học và độ dốc áp lực nhiệt cơ cũng rất cao Mòn khía trên lưỡ ắi c t ph ụ cũng phát triển ch y u vì nhủ ế ững tác động c a nó v i nh ng ủ ớ ữ

c nh không c t cạ ắ ủa bề ặ m t

Điều khi n nhi t hi u qu b ng MQL dựng d u th c v t làm gi m s mài ể ệ ệ ả ằ ầ ự ậ ả ựmũn khớa và mài mũn rónh trờn lưỡ ắt chớnh Nú cũng cú thểi c làm gi m mũn khớa ảlưỡ ắi c t ph Hỡnh 1.4 th hi n rừ s gi m mũn m t sau, mũn m t sau ph trung ụ ể ệ ự ả ặ ặ ụbỡnh và mũn lừm dưới điều ki n gia cụng MQL s d ng d u th c v t ệ ử ụ ầ ự ậ

Hỡnh 1.4 : Hỡnh ảnh của mũn ngoài mảnh hợp kim sau 45 phỳt gia cụng

dưới điều kiện khụ và MQL sử dụng dầu thực vật

1.3 Nhám bề mặt và ảnh hởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện cứng

1.3 1 Khái quát về chất lợng bề mặt

Chất lợng bề mặt chi tiết gia công là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt nh hình dạng lớp bề mặt (độ nhám và độ sóng bề mặt), trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu lớp biến cứng, ứng suất d ) và phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trờng làm việc (tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hoá học, độ bền mỏi )

Nếu dùng kính hiển vi phóng đại lớp bề mặt lên hoặc dùng một dụng cụ có tên

là "thiết bị dò profile" để chép lại profile bề mặt gia công thì độ nhấp nhô bề mặt gia công có dạng nh hình 1.5, nó là hình dạng hình học quan trọng và rất cần thiết trong thực tế

Dạng của profile cũng nh hình dạng của nó (gọi là chiều cao thực tế và dạng thực tế) Chiều cao của các nhấp nhô có thể đợc đo nhờ kính hiển vị, kính lúp hay các thiết chuyên dùng, khác và lớn hơn nhiều so với tính toán Nhám bề mặt là tập hợp những nhấp nhô trên bề mặt đợc xét Nhám bề mặt có ảnh hởng đến chất

lợng sản phẩm Các bề mặt càng nhẵn thì chi tiết càng ít ma sát nên càng ít mòn, hiệu suất hoạt động càng lớn, bền và chống ăn mòn tốt hơn, hình dạng ngoài đẹp hơn

Hình 1.6: Sự liên hệ giữa độ chính xác gia công và độ nhám bề mặt với chi phí

chế tạo chi tiết

Dạng của profile cũng nh hình dạng của nó (gọi là chiều cao thực tế và dạng thực tế) Chiều cao của các nhấp nhô có thể đợc đo nhờ kính hiển vi, kính lúp hay

các thiết chuyên dùng, khác và lớn hơn nhiều so với tính toán, chúng còn đợc gọi là nhám bề mặt Nhám bề mặt là tập hợp những nhấp nhô trên bề mặt đợc xét Nhám

bề mặt còn ảnh hởng tới độ kín khít khi lắp ghép các chi tiết Để chọn độ nhám bề mặt cho chi tiết khi thiết kế cũng nh khi gia công cần phải tính đến giá thành chế tạo chúng Thực tế chứng minh giá thành tăng nhiều nếu độ chính xác gia công càng cao và độ nhám bề mặt càng nhỏ

Trong một vùng hẹp, với chiều dài vùng đo chuẩn là l, độ nhấp nhô tế vi đợc

đánh giá theo 2 chỉ tiêu cơ bản là nhấp nhô Ra hoặc Rz , chúng đợc thể hiện bằng trị số nhám theo GOST 2789 73 (bảng - 1-3 )

Chỉ tiêu Ra là sai lệch trung bình số học của prôfin bề mặt Chỉ tiêu Rz là chiều cao nhấp nhô trung bình của 10 điểm Trị số của Ra và Rz đo bằng micrômét Theo ý nghĩa vật lý, thì chỉ tiêu Ra nêu lên đặc tính chiều cao của tất cả các nhấp nhô của prôfile, còn chỉ tiêu Rz nêu lên đặc tính chiều cao của những nhấp nhô lớn nhất của prôfile

Ra = y dx

l

1 l 0

∫ (1.1)

Hoặc gần đúng: Ra= ∑

=

n 1 n

i

ny

Còn: Rz =

5

)h

hh()h

hh( 1 + 3 + + 5 − 2 + 4 + + 10

(1.2) Chất lợng bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và điều kiện gia công cụ thể nh:

+ Phụ thuộc vào vật liệu gia công: tính dẻo, độ cứng, độ bền phá huỷ của vật liệu

+ Phụ thuộc vào phơng pháp gia công: gia công bằng hình thức nào

+ Phụ thuộc vào tình trạng máy: độ cứng vững của máy, trạng thái mòn + Phụ thuộc vào dụng cụ cắt: hình dáng hình học đầu dao, góc độ dao, vật liệu làm dao, độ mòn dao

+ Phụ thuộc vào lực căt, nhiệt căt

+ Phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ

+ Phụ thuộc vào chế độ cắt: Vận tốc cắt, chiều sâu cắt, bớc tiến dao

Trong các yếu tố kể trên thì ảnh hởng của chế độ cắt mang tính chất bao trùm hơn cả vì chính chế độ cắt còn chi phối cả sự phát sinh nhiệt cắt, lực cắt, phoi bám (lẹo dao), rung động của hệ thống công nghệ Ngo i ra chế độ tới nguội cũng là àyếu tố có ảnh hởng lớn tới chất lợng chi tiết Chính vì vậy, ngoài việc nghiên cứu yếu tố chế độ cắt ảnh hởng nh thế nào đến độ nhám bề mặt, luận văn còn nghiên cứu ảnh hởng của chế độ tới nguội tới độ nhám bề mặt khi tiện cứng

1.3.2 Sự ảnh hởng của vận tốc cắt v đến độ nhám bề mặt

Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hởng đến độ nhấp nhô bề mặt Trong khi nghiên cứu mối quan hệ giữa vận tốc cắt và độ nhám bề mặt thì thấy rằng: khi cắt thép Cacbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt không cao, kim loại dễ tách, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy chất lợng bề mặt gia công thấp, độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt tăng không đáng kể

Khi tăng vận tốc cắt đến khoảng 15 ữ 20 m/ph thì nhiệt cắt và lực cắt đều tăng, gây ra biến dạng dẻo mạnh và trong điều kiện nh vậy rất dễ hình thành phoi bám

do đó độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt tăng lên Khi cắt với tốc độ cắt từ 30m/phút trở lên thì khó hình thành phoi bám, do đó chiều cao nhấp nhô tế vi Rz giảm Với vận tốc cắt từ 100m/phút trở lên, khi đó nhiệt cắt cao, kim loại dễ biến dạng, lớp kim loại nằm giữa mặt trớc của dao và phoi bị nóng chảy làm giảm ma sát, giảm lực cắt, khó hình thành phoi bám, do đó chiều cao nhấp nhô tế vi lớp bề mặt giảm, độ nhẵn bề mặt tăng (hình 1 ) 7

phạm vi vận tốc cắt từ 80m/phút đến 200m/phút thì độ nhám bề mặt thay đổi không

đáng kể

1.3.3 Sự ảnh hởng của lợng tiến dao s đến độ nhám bề mặt

Phơng thức gia công tiện là phơng thức tạo hình theo vết Bề mặt chi tiết gia công đợc tạo thành do vết của dao để lại trên bề mặt Chính vì lẽ đó, ợng tiến dao l

Hình 1.7: Mối quan hệ giữa vận tốc cắt với

độ nhám

S trong quá trình gia công có ảnh hởng tơng đối lớn đến độ nhám bề mặt Theo tài liệu Công nghệ chế tạo máy thì chiều cao nhấp nhô tế vi Ra tỷ lệ thuận với lợng tiến dao Có nghĩa là khi tăng lợng tiến dao thì chiều cao nhấp nhô tế vi Ra tăng, chất lợng bề mặt gia công giảm Về mặt hình học ta có thể chứng minh mối quan

hệ giữa lợng chạy dao và độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt nh sau:

+

= (1.3 )

Trong đó ϕ và ϕ1là góc nghiêng lỡi cắt chính của dao, S là lợng tiến dao Nhìn vào công thức ta thấy khi S tăng thì Rz tăng và ngợc lại Tuy nhiên không phải trong mọi trờng hợp đều nh vậy Thực nghiệm cho thấy khi cắt với lợng chạy dao nhỏ (S < 0,03) thì chiều cao nhấp nhô tế vi Rz lại tăng lên Vấn đề ở

đây là gì? Ta hãy xét thực tế yếu tố hình học của dao liên quan với lợng chạy dao Nếu bán kính lỡi dao r = 0 (Hình 1 a) thì dao dễ thâm nhập vào vùng cắt Nhng 8 thực tế r luôn khác 0 Bán kính này có đợc là do kết quả của việc mài dao trên thiết bị và đá mài khác nhau Nếu mài dao trên đá thông thờng thì r = 40àm, nếu mài trên đá kim cơng thì r = 10àm Bán kính r càng lớn thì khả năng thâm nhập vào cùng cắt của dao càng khó Nhìn vào hình vẽ ta thấy, khi lợng tiến dao nhỏ, tức

là chiều dày cắt h nhỏ hơn hoặc bằng bán kính mũi dao r thì dao không thể thâm nhập vào vùng cắt, xảy ra hiện tợng trợt dao ( không cắt đợc – hình 1 b) 8

a b

dao đến quá trình cắt

Khi xảy ra hiện tợng trợt dao thì lực dọc trục tăng, áp lực của dao vào vật tăng lên Đến một điều kiện nào đó, sự trợt bị mất, dao lại cắt gọt đợc Hiện tợng

đó lặp đi lặp lại, việc cắt gọt gián đoạn gây ra rung động cục bộ, bớc tiến dao thực

tế không là hằng số, đó chính là nguyên nhân gây ra độ nhám bề mặt giảm sút Khi

đó mối quan hệ giữa Rz và và bớc tiến dao, bán kính mũi dao là

2.8

2

2 min min

S

hrh

r

S

Rz= + + (1.4)

Có thể thấy rằng, bán kính mũi dao r càng lớn thì khi cắt với bớc tiến nhỏ thì

Rz tăng Vì vậy đối với phơng pháp tiện, trong điều kiện thực tế thì chỉ nên sử dụng lợng tiến dao từ 0,05 mm/vòng trở lên thì mới thực sự có ý nghĩa đến độ nhám bề mặt nói riêng và chất lợng gia công nói chung

S

O

Ra

Hình 1.9: M i quan h gi aố ệ ữ lợng tiến dao v i ớ ộ đ nhám

Lợng tiến dao S ngoài việc ảnh hởng mang tính chất hình học nh trên nó còn

có ảnh hởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công Khi cắt thép cácbon với lợng tiến dao S = 0,02 ữ 0,15mm/vòng thì bề mặt gia công có chất lợng thấp, chiều cao nhấp nhô Rz tỷ lệ thuận với lợng tiến dao và nó chịu ảnh hởng lớn của biến dạng đàn hồi Khi cắt với lợng tiến dao nhỏ hơn 0,02 thì nhấp nhô tế vi tăng lên vì nó chịu ảnh hởng của biến dạng dẻo lớn hơn của yếu

tố hình học Khi cắt với lợng tiến dao lớn hơn 0,15mm/vòng thì ảnh hởng của biến dạng đàn hồi và yếu tố hình học là lớn nhất

Mối quan hệ giữa lợng tiến dao S với độ nhấp nhô tế vi bề mặt Ra là một hàm phi tuyến:

Ra = C2.Sb (1 )5

1.3.4 Sự ảnh hởng của chiều sâu cắt t đến độ nhám bề mặt

Chiều sâu cắt là yếu tố có ảnh hởng ít nhất đến độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt khi gia công Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng, khi thay đổi chiều sâu cắt thì lực cắt đơn vị thay đổi Sự thay đổi lực cắt làm ảnh hởng đến độ cứng vững của hệ thống công nghệ, do đó làm cho chất lợng bề mặt gia công giảm trong đó ảnh hởng đến chiều cao sóng và bớc sóng bề mặt là chủ yếu Cần chú ý rằng, khi cắt với chiều sâu cắt quá bé thì cũng xảy ra hiện tợng trợt dao nh khi cắt với lợng tiến dao nhỏ Thực nghiệm cho thấy khi cắt với chiều sâu cắt t = 0,02 ữ0,03mm thờng xảy ra hiện tợng trựơt dao Khi đó kim loại chủ yếu bị nén chặt làm cho chiều cao nhấp nhô tế vi tăng lên và lớp bề mặt bị biến cứng, gây khó khăn cho lần gia công tiếp theo

Mối quan hệ giữa chiều sâu cắt t với độ nhấp nhô tế vi bề mặt Ra là một hàm phi tuyến:

Ra = C3.tc (1 ) 6

Khi thay đổi chiều sâu cắt từ 0,1mm đến 2mm thì độ nhấp nhô tế vi Ra tăng lên ít

1.4 ảnh hởng của chế độ bôi t rơn – làm nguội đến nhám bề mặt chi tiết.

Độ nhỏm b m t là m t trong nh ng y u t quan tr ng c a gia cụng, nh ề ặ ộ ữ ế ố ọ ủ ảhưởng l n bớ ởi mụi trường gia cụng và s h t h p t c đ - ự ế ợ ố ộ bước ti n, d ng c - phụi ế ụ ụ

S biự ến thiờn của đ nhỏm bề ặt được theo dừi trong tiến độ gia cụng thộp bằộ m ng

mảnh hợ kim, tại một chế độ ận tốc cắt (Vc), bước tiến dao (So), chiều sõu cắt (t) p vriờng biệt, dưới điều kiện gia cụng ướt, khụ, bụi trơn tối thi u (MQL) (hỡnh 1.ể 10) MQL làm gi m mũn m t sau phả ặ ụ trung bỡnh và mũn xước trờn lưỡi c t phắ ụ, độ nhỏm bề mặt cũng phỏt ểtri n rất chậm dưới điều kiện MQL Ứng d ng dung dụ ịch cắt thụng thường khụng làm giảm mũn dụng cụ, so sỏnh với gia cụng khụ Nhưng

khô, có thể là do tương tác điện hóa giữa mảnh hợp kim v i v t th Hình 1.ớ ậ ể 10 th ể

hiện sự phát triển rất nhanh của đ nhám bề ặt dưới gia công khô, do nhiệt độ cao ộ m

và áp lực mạnh u dụở đầ ng cụ ắ c t, MQL xu t hi n nhấ ệ ững ảnh hưởng làm giảm độ nhám bề ặt Tuy nhiên, nó là điề m u hi n nhiên r ng MQL c i thiể ằ ả ện chất lượng bề

mặt dựa trên vật liệu dụng cụ phôi và chủ ếu thông qua điều khiển sự suy giảm - y

của lưỡ ắi c t ph bụ ởi mòn, phoi bám và hình thành lưỡi cu n ộ

Hình 1.10: Độ nhám bề mặt theo thời gian gia công dưới điều kiện khô,

ướt và MQL

Hình 1.11: Độ nhám bề mặt với thời gian gia công dưới điều kiện khô và MQL

sử dụng dầu thực vật

Hình 1.12 thể hiện sự biến thiên của đ ộ nhám bề mặt v i th i gian gia công ớ ờdưới điều ki n gia công khô và MQL s d ng d u th c v t MQL làm gi m mòn ệ ử ụ ầ ự ậ ả

mặt sau phụ trung bình và mòn khía trên lưỡi cắt phụ, độ nhám bề ặt cũng phát mtriển rất chậm Độ nhám bề ặt phát triển nhanh khi gia công khô do nhiệt độ và áp m

lực lớn tại đầu mũi dao, MQL dùng dầu thực vật có hiệu quả trong việc giảm độnhám b m t ề ặ

Tuy nhiên, bôi trơn tố ểu bằ ầu thực vật cải thiện độ bóng bề ặt phụthuộc vào vật liệu dụng cụ và chủ ếu thông qua việc kiểm soát sự hư hại của lưỡi y

c t ph do mài mòn, tróc l p và hình thành mép cu n ắ ụ ớ ộ

1.5 T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông tiÖn cøng trong vµ ngoµi níc

Tình h nh nghiên cứu ở nước ngoì ài: Hiện nay có nhiều nghiên cứu về ện ti

cứng về chế độ ắt, nhiệt cắt và mài mòn dụng cụ ắt.v.v Tuy nhiên các nghiên c c

cứu thường g n vắ ới các điều ki n c th ệ ụ ể

Gia công thép chế độ cao gây ra nhiệt độ vùng c t lắ ớn Nhiệt độcao là nguyên nhân gây ra dung sai kích thước và và h ng d ng c c t Nó làm gi m s nguyên ỏ ụ ụ ắ ả ự

vẹn bề ặt sản phẩm do ứng suất dư của bề ặt và các vết nứt tế vi, do đó làm cho m mdung d ch oxy hóa nhanh và mòn nhanh ị

cao, Trong gia công tốc độ ứng dụng dung dịch cắt thông thường làm cho nhiệt thấm qua dụng cụ phoi do đó không thể- loại bỏ nhiệt 1 cách hiệu quả Sựthêm vào các ch t b sung áp su t cấ ổ ấ ực đại trong dung d ch cị ắt không đảm b o sả ự

thấm qua của dung dịch bôi trơn ở ề ặt dụng cụ phoi để bôi trơn và làm mát b m - Tuy nhiên nh ng dòng d u hòa tan áp su t cao, khi ng dữ ầ ấ ứ ụng b mở ề ặt d ng cụ ụ chip

có th ể làm giảm nhiệt độ ắt và tăng tuổ c i th cọ ủa dao đến 1 giới hạn nào đó

Tuy nhiên những thuận l i c a dung dợ ủ ịch cắt được đưa ra một cách mu n ộmàng, do đó chúng gây ra một vài ảnh hưởng x u Khi sấ ử lý không đúng, chúng có

th ể phá hủy nguồn nước và đất đai, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

Do đó việc x lý và tiêu h y các dung d ch c t ph i tuân theo các lu t l b o v môi ử ủ ị ắ ả ậ ệ ả ệtrường Những người v n hành có th có vậ ể ấn đề ề v da và hô h p do dung d ch c t ấ ị ắgây ra

Đối v i nhiớ ều công ty, chi phí liên quan đến dung d ch c t chiị ắ ếm lượng l n ớtrong t ng chi phí gia công Nh ng nhà nghiên c u nói rổ ữ ứ ằng, chi phí liên quan đến dung d ch cị ắt cao hơn chi phí cho ụ d ng c cụ ắt Do đó khuyến khích vi c giệ ảm lượng dung dịch bôi trơn, có thể là m t sộ ự ế ti t kiệm đáng kể Nh ng nữ ỗ ự l c to lớn để làm

giảm hoặc loại bỏ việc sử ụng dầu bôi trơn trong việc cắt kim loại, với các mục dđích : kinh tế, sinh thái và s c kh e con nứ ỏ gười Công ngh gia công khô và MQL có ệ

b ộ phun tốt, do đó có thể thay thế các phương pháp bôi trơn hiện nay Tuy nhiên chúng chỉ được chấp nhận trong điều ki n thay th thành công các nhi m vệ ế ệ ụ chính

c a dung dủ ịch tưới ngu i trong quá trình gia công ộ

Gia công khô hiện nay được quan tâm rất lớn, nó thành công trong lĩnh vực

sản xuất thân thiện với môi trường Tuy nhiên, trên thực tế ỉnh thoảng chúng đạt th

hiệu quả ấp khi mà hiệu suất gia công cao hơn, chất lượng bề ặt tốt hơn và đáp th mứng các điều ki n c t đ t ra Nhệ ắ ặ ững trường h p này, gia công bán khô s d ng ợ ử ụlượng bôi trơn rất nh ỏ và được k v ng tr thành m t công c h u hi u, trên th c t ỳ ọ ở ộ ụ ữ ệ ự ếchúng đã đóng một vai trò quan tr ng trong nh ng ng d ng th c tọ ữ ứ ụ ự ế MQL đề ậ c p

đến vi c s dệ ử ụng lượng dung d ch c t t ị ắ ừ 50 đến 500ml/h trong 1 phút Khái ni m ệMQL, đôi khí được xem như bôi trơn khô hoặc bôi trơn micro, được đưa ra cách đây 1 thập kỷ, như 1 phương tiện để ả gi i quy t các vế ấn đề môi trường và các r i ro ủngh nghiề ệp với các hạt dung dịch cắt airborne trong nhà máy Sử ụng lượng dung d

dịch tối thiểu dẫn đến lợi nhuận kinh tế trong việc tiết kiệm chi phí dầu bôi trơn và làm s ch phôi/d ng c /máy Tuy nhiên có r t ít sạ ụ ụ ấ ự khảo sát v dung dề ịch cắt sử

dụng trong gia công MQL Những dung dịch không được áp dụng cho MQL là nước tr n v i dộ ớ ầu bôi trơn và sản phẩm cô đặc c a chúng, dủ ầu bôi trơn có chứa clo

hữu cơ hoặc kẽm phải được kiểm định theo Decree on Hazardous Material và sảs n xuất dựa trên lượng dầu khoáng chất cơ bản có trong dung d ch ị tưới ngu i > 3x10ộ -6

benzpyrene

1, Các phân tử dài, nặng, tính lưỡng cực tạo ra một màng bôi trơn vững

chắc và đồng nh t làm cho d u có kh ấ ầ ả năng hấp th l n ụ ớ

2, Những lớp màng bôi trơn được cung cấp bởi dầu thực vật, độ nhớt cao,

c i thi n chả ệ ất lượng s n phả ẩm và năng suất, gi m ma sát và nhi t ả ệ

3, Giảm tỷ ệ ự ại bỏ kim loại như là kết quả ủa việc hình thành khói l s lo c

và nguy hi m cháy n ể ổ

4, Điểm sôi cao hơn và khối lượng phân tử ầu thực vật lớn hơn làm giảm d

đáng kể lượng d u m t mát do bầ ấ ốc hơi và phun sương

5, Các loại dầu thực vật không độc hại đối với môi trường và sinh học, nó

không gây nên các b nh nghiêm trệ ọng và tác động độc hại

6, Không có d u hi u b nh c p và mãn tính do ti p xúc v i d u thấ ệ ệ ấ ế ớ ầ ực vật

Tiến bộ đáng kể trong gia công khô và bán khô, gia công MQL là mộ ứng t dụng bán khô thành công vì những tính chất của nó không ảnh hưởng đến môi trường Công ngh này mang l i nhi u k t qu t t, ệ ạ ề ế ả ố Lugscheider (1997) đã sử ụ d ng

k thuỹ ật này trong quá trình khoan, doa của gang xám (GG25) và hợp kim nhôm (AlSI12) với dụng cụ ạ cacbit và kết luận rằng nó là nguyên nhân làm giảm mòn m

dụng cụ khi so sánh với quá trình khô hoàn toàn, kêt quả là một sự ải thiện trong cchất lượng b m t c a lỗề ặ ủ Quá trình khoan h p kim nhôm là quá trình c t khô có th ợ ắ ể

áp d ng, do tính d o cao cụ ẻ ủa vậ ệt li u phôi Nếu không có quá trình bôi trơn làm mát thì phoi sẽ bám vào dụng c và phá hụ ủy dụng c trong 1 th i gian r t ngụ ờ ấ ắn Machado và Wallbank (1997) đã tiến hành các thí nghi m trong ti n thép cacbon ệ ệtrung bình (AISI1040) sử ụ d ng mộ ống Venturi để ột tr n l n không khí nén (áp suẫ ất khoảng 2,3 bar ) với lượng chất bôi trơn nhỏ , nước hoặc dầu hoà tan được (tốc độdòng ch y trung bình tả ừ 3 đến 5 ml/ phút) H n hỗ ợp được dẫn t i bớ ề mặt nghiêng

của dụng cụ cacbit để ngăn cản dòng chảy phoi Ứng dụng của hỗn hợp khí và dầu hòa tan là có thể ả gi m m c tiêu thứ ụ ủ c a dung d ch cị ắt, nhưng nó gây nên những vấn

đề ề v mùi, n m và vi khuấ ẩn Vì lý do này, ưu tiên sử ụ d ng h n hỗ ợp khí và nước, tuy nhiên nếu đạ ết k t quả thuận lợi cũng cần phải cải thiện để đạt được những hi u quệ ả trong giới hạ ực cắt, nhiệt độn l ,tu i th dổ ọ ụng cụ và chất lượng b m t ề ặ

Varadarajan đã phát triển các thi t b ki m tra cho s phun nhiên li u Thi t b ế ị ể ự ệ ế ị

kiểm tra bao gồm 1 máy bơm nhiên liệu thường sử ụng cho động cơ diesel trong d

xe tải và cơ cấu điều khiển điện bi n thiên M t bu ng trế ộ ồ ộn điệ ốn t c đ cao tộ ạo điều

kiện nhũ hóa hoàn toàn Thiệt bị ểm tra cho phép sự ến thiên độc lập của áp suất ki biphun, t n su t phun và tầ ấ ỷ ệ l phun Những sự khảo sát được ti n hành theo các giế ả thiết rằng dung dịch bôi trơn giàu chất làm mát (60%) các chất phụ gia là công thức

lý tưởng

Trong quá trình tiện cứng thép AISI 4340 [18] độ ứ c ng 46 HRC (460 HV), các

mức tối ưu cho các thông số phân tán dung dịch là : 2ml/phut, áp suất 20 Mpa và 1

t l s ỷ ệ ự phát xung cao 600 pulse/phut Trong khi đó, đối với các đi u kiện cắt tương ề

tự, với cắt khô và cắt ướt, phương pháp bôi tr¬n tối thiểu đã dẫn đến lực cắt và nhiệt

độ ấp hơn, chất lượ th ng b m t tề ặ ốt hơn,tăng tuổi th d ng c Ngoài ra phoi cu n ọ ụ ụ ộđược hình thành trong quá trình tiện ướt và gia công t i thi u, trong khi phoi dây ố ểhình thành trong tiện khô Lượng dung dịch sử ụ d ng trong gia công t i thi u chố ể ỉ bằng 0,05% trong tiện ướt Lượng lớn dung dịch bay hơi trong quá trình gia công

t i thi u, ch ố ể ỉ còn mộ lượt ng r t nh còn l i thấ ỏ ạ ải ra môi trường

Klocke and Eisenblätter (1997a) đã làm các kiểm tra trên máy khoan s d ng ử ụ

h th ng làm mát t i thi u, và dung dệ ố ố ể ịch được phun tr c ti p vào vùng c t ự ế ắ

Lượng nh dỏ ầu bôi trơn,khoảng t 10-ừ 50ml/h, được tr n v i khí néộ ớ n để cung câp cho mi n ngoài qua vòi phun và mi n trong qua tr c chính và d ng cề ề ụ ụ ụ ắ c t Miền trong phun hỗn hợp g n tầ ới điểm gia công và k t quế ả là chất lượng bề ặ m t chi tiết

tốt và tăng tuổi th cọ ủa dụng c ụ

Lahres et al (1999) gi i thi u s gia công cớ ệ ự ủa những hình côn đồng bộ hóa cho các ứng d ng t ụ ự động V t li u làm viậ ệ ệc là thép 22Mn6 austenitic Bước đ u ầtiên là so sánh giữa gia công khô và gia công có tưới ngu i v i hộ ớ ệ ống bôi trơn tố th i thiểu Hệ ống bôi trơn tối thiểu sử ụng loại dầu đặc biệt T ể tích khí là khoả th d h ng 50L/phút và th tích d u là 20ml/phút, phoi t o ra thì khô ngay sau khi r i khể ầ ạ ờ ỏi vùng c t V i th tích dòng dắ ớ ể ầu như vậy, 1 phoi có thể mang 1 lượng d u l n nhầ ớ ất

là 1 ml Do đó phoi có thể tái ch l i mà không c n x ế ạ ầ ử lý thêm Đó là ộ ưu điểm t m

c a công ngh ủ ệ bôi trơn tối thi u và gia công khô ể

Phương pháp MQL có thể gia công đạt độmòn dao ch m trong khi v n duy trì ậ ẫđược mức năng lượng/l c c t h p lý M c tiêu chính c a công vi c hi n nay là ự ắ ợ ụ ủ ệ ệnghiên cứu các thí nghiệm v ề ảnh hưởng c a MQL khi dùng d u thủ ầ ực vật đến nhi t ệ

độ ề ặ ự b m t, l c cắt, mòn dao và độ nh p nhô b m t khi ti n thép h p kim (thép AISI ấ ề ặ ệ ợ1060) sử ụ d ng d ng c không m cacbit (SNMM 20408 TTS) ụ ụ ạ ở những v n tậ ốc cắt

và bước tiến khác nhau, để so sánh v i gia công khô ớ

Trong quá trình gia công các lo i h p kim này, các công cạ ợ ụ gia công đều bị mòn nhanh chóng bởi nhiệt độ cao khi c t và ma sát mắ ạnh giữa dụng cụ ớ v i các chất này do kh ả năng dẫn nhi t kém và d ph n ng c a chúng Chính vì v y, trong ệ ễ ả ứ ủ ậquá trình gia công, người ta phải tưới một lượng l n dung d ch c t vào v trí ti n ớ ị ắ ị ếhành cắt để giúp tản nhiệ ễ dàng hơn.t d

Tuy nhiên, nh ng dung d ch c t này l i có quá nhiữ ị ắ ạ ề ảnh hưởu ng b t l i Rấ ợ ất nhiều dung dịch cắt, vốn được sử ụng để bôi trơn trong quá trình tạo hình hay chế dtác, lại chứa những thành phần độc hại đ i với môi trườố ng hoặc là những thành

phần hóa học có khả năng gây tổn hại Nhưng chất này vừa khó để tiêu hủy lại còn

tốn kém trong tái sử ụng, chưa kể ới khả năng gây bệnh về da và bệnh phổi tớ d t i

những người tiếp xúc vớ nó cũng như nguy cơ làm ô nhiễm không khí Đồng thời i,

những quy định ngày càng nghiêm ngặt hơn về tiêu chuẩn môi trường cùng với sức

ép c a nhủ ững quy định này càng lúc lại càng đặt chúng ta trước nh ng ràng buữ ộc và

hạn chế trong sử ụng các loại dung dị h cắt Trong khi các nhà sản suất dung dịch d ccắt đang tìm cách phát triển những công thức mới, chẳng hạn như dung dịch không

có thành ph n chì (Pb), hoầ ặc lưu huỳnh (S), ho c clo (Cl), nhặ ằm cải thiện khả năng gia công nhưng không gây độc h i cho s c kh e thạ ứ ỏ eo quan điểm thân thi n v i môi ệ ớtrường Cho t i ngày các dung d ch cớ ị ắt được xem như hoàn toàn vô hại và được chấp nh n r ng rãi, v n còn c m t chậ ộ ẫ ả ộ ặng đường quá dài Chi phí để ử ụng đượ s d c các loại chất lưu này được ư c tính s lên t i hàng t ớ ẽ ớ ỷ đô la một năm B i vậở y, lo i ạ

b ỏ được việc phải sử ụng các chất lưu, nếu như làm được, có thể được xem như d

một động l c kinh t m nh m ự ế ạ ẽ

Căn cứ vào hàng lo t nhạ ững tác động tiêu c c, th i gian gự ờ ần đây, người ta đã làm r t nhiấ ều để ả gi m thiểu, th m chí là loậ ại bỏ hoàn toàn vai trò c a dung d ch củ ị ắt Trong ti n trình ti p c n kế ế ậ ỹ thuật gia công khô, kỹ thuật “gia công bán khô” (semi-dry operations) trong đó sử ụ d ng một lượng r t nh dung d ch c t có th ấ ỏ ị ắ ể xem như

một hướng tiếp cận mới, được kỳ ọng trở thành một công cụ đầy sức mạnh Chất vbôi trơn tối thi u (Minimum quantity lubrication - ể MQL) hướng t i vi c s d ng ớ ệ ử ụdung d ch cị ắt với một lượng r t nhấ ỏ thườ - ng chỉ là m t dòng nhộ ỏ ớ v i tốc đ ch y ộ ảkhoảng 50 500 ml/h, thấp hơn 4 đến 5 lần so với lượng phải dùng trong điều k ện – ilàm mát thông thường MQL trong quá trình gia công ch tác là m t gi i pháp thay ế ộ ả

th ế cho hệ thống gia công khô tuyệt đối cũng như hệ thống bôi trơn bằng nước (flood lubricating system), đó cũng chính là kỹ thuật được xem như giải pháp nh m ằgiảm bớt lượng dầu bôi trơn, hướng tới mục tiêu môi trường, tiết kiệm và kéo dài

bọc kín Người ta đã quan sát thấy rằng hao mòn của dụng cụ đã giảm đi rõ rệt,

đồng th i, chờ ất lượng b m t l khoan l i đư c c i thiề ặ ỗ ạ ợ ả ện đáng kể khi s d ng k ử ụ ỹthuật MQL khi đem so sánh ới phương pháp cắt khô Dhar et al (2006) đã sửv

dụng kỹ thuật MQL để cuộn thép AISI 1040 và kết quả thu được đã ch ra một cách ỉ

rõ ràng r ng hằ ợp chất khí và dầu máy th i ra c a quá trình gia công tả ủ ốt hơn rất nhiều

so v i h th ng làm mát bớ ệ ố ằng nước truy n th ng ề ố

Hỡnh 1.12: Những ưu điểm của gia cụng MQL

Tỡnh h nh nghiờn cứu ở trong nước: Tiỡ ện cứng cú nhiều ý nghĩa về mặt kinh t so vế ới phương phỏp tiện thụng thường do thay th cho quỏ trỡnh mài thế ời gian mài lớn, năng suất th p và giỏ thành quỏ ấ cao Hiện cú rất ớ c c nghiờn cứu về

t ện cứng và b i rơn ối thiểu (MQL)

K t luế ận ch ương 1:

- Tiện cứng là phương phỏp gia cụng hữu hiệu mà cỏc nhà sản xuất hiện nay đang nghiờn cứu để đưa vào sử ụ d ng thay cho mài trong một số trờng hợpđể gia cụng thộp đó tụi

- Chế độ cắt ảnh hởng lớn tới chất lợng bề mặt chi tiết đặc biệt là nhám bề mặt Việc nghiên cứu ảnh hởng của yếu tố chế độ cắt tới nhám bề mặt khi tiện cứng giúp nâng cao chất lợng sản phẩm và tăng năng suất lao động

- Phương pháp bôi trơn – làm mát rất quan trọng v i phương pháp ti n c ng, ớ ệ ứphương pháp bôi trơn – làm mát t i thi u (MQL) ố ể được s d ng hi u qu trong quá ử ụ ệ ảtrình gia công:

1, Hi u quệ ả ắ ủ c t c a gia công MQL tốt hơn gia công khô bởi vì MQL làm gi m ảnhi t c t, c i thiệ ắ ả ện tương tác dụng c - phoi và gi nguyên hình dụ ữ ạng của lưỡ ắi c t

2, Đầu phun MQL làm gi m mòn dao, c i thi n tu i th dao và chả ả ệ ổ ọ ất lượng b ề

m t tặ ốt hơn so với gia công khô

3, Chất lượng bề ặ m t và độ chính xác kích thước được c i thi n do MQL làm ả ệ

giảm mòn và phá hủ đầu dụng cụ Giảm mòn dụng cụ, tăng tuổi thọ ụng cụy d hoặc năng suất, cho phép v n t c cậ ố ắt và bước tiến cao hơn

4, MQL sử ụ d ng d u thầ ực vật làm giảm lực cắ ừt t 15% ÷ 5% (Px tăng nhiều hơn Pz) Thay đổi có l i trong s ợ ự tương tác dụng c - ụ phoi và duy trì độ ắ s c c nh do ạ

gi m nhiả ệt độ vùng cắt, mà lý do đằng sau là gi m lả ực cắt

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN TRONG GIA CÔNG CẮT

Dung dịch trơn nguội thường được sử ụ d ng trong quá trình c t g t Chúng làm ắ ọ

giảm sự mài mòn dao, xua tan nhiệt từ chi tiết gia công, dao và máy, giúp quá trình thoát phoi d dàng và giễ ả ứm ng su t c t sinh ra trong chi ti t gia công, d ng cấ ắ ế ụ ụ và thiết bị Tuy nhiên việc sử ụng dung dịch trơn nguội đã làm gia tăng đáng kể d chi phí gia công Chi phí cho dung dịch trơn nguội có thể ừ t 7-17% chi phí s n xuả ất Bên cạnh đó dung dịch trơn nguội làm ảnh hưởng đến s c khứ ỏe người v n hành ậmáy Khi lo i b dung dạ ỏ ịch trơn nguội đã qua sử ụ d ng thì chúng l i gây ô nhiạ ễm môi trường

Hình 2.1: Nhiệt độ trên dao với các phương pháp bôi trơn làm nguội khác

nhau

Do đó tối thi u hóa vi c s dể ệ ử ụng lượng dung dịch trơn nguội ho c hoàn toàn ặ

loại bỏ nó trong gia công có ý nghĩa hết sức quan trọng và nó là mục tiêu kinh tế và môi trường trong tương lai

Nếu không sử ụng dung dịch trơn nguội thì các tính năng của dung dịch trơn d

không còn được bôi trơn và làm nguộ ữa, quá trình thoát phoi cũng khó khăn hơn i nCác phương pháp thay thế cho dung dịch trơn nguội được đưa ra là:

• Làm nguội bằng khí nén (compressed air)

• S d ng ử ụ phuơng pháp “bôi trơn sương mù tối thiểu” (minimum mist lubrication-MML)

Khí nén v i áp suớ ất khoảng 6 bar có th thay thể ế phần nào dung dịch trơn nguội và nó cũng giúp tống phoi ra khỏi khu vực cắt gọt Trong bôi trơn sương mù

tối thiểu, một lượng nhỏ chất bôi trơn hiệu suất cao được thêm vào khí nén trong

một hệ thống hòa trộn Mặc dù chỉ hiện diện với một lượng rất nhỏ (khoảng 550ml/h) nhưng các chất này có th ể ngăn cản quá trình t o c u hàn khu ch tán c a ạ ầ ế ủdao đối v i v t li u cớ ậ ệ ắt, đặc bi t là trong tệ rường h p gia công nhôm ợ Ở bôi trơn sương mù tối thi u thì ma sát gi a dao và chi tiể ữ ết gia công cũng như phoi cũng giảm

-do đó làm giảm nhi t sinh ra trên dao Hình 2.1 trình bày k t qu ệ ế ả đo nhiệt trên mũi khoan xo n ru t gà b ng carbide khi gia công v t li u Ck45 ắ ộ ằ ậ ệ ứng với ba trường hợp: gia công khô (Dry), bôi trơn sương mù tối thi u (MML) và dùng dung dể ịch trơn ngu i (Coolant) ộ

2.1.2.Công ngh gia công khô ệ

dTrong một số trường hợp thì việc sử ụng dung dịch trơn nguội sẽ gây nên

hiện tượng sốc nhiệt cho lưỡi cắt của dao Khi xén mặt đầu với tốc đ quay không ộ

đổi, vì dao ti n t ngoài vào trong nên nhiế ừ ệt độ trên lưỡ ắi c t gi m do gi m t c đ ả ả ố ộ

cắt Dao nở ra và co lại và chịu đ ng sự thay đổi lặp đi lặp lại của trạng thái ứng ự

suất của nó Hậu quả là trên lưỡi cắt sinh ra các vết nứt do nhiệt, có thể gây tróc và

sớm làm hỏng dao Các mảnh hợp kim khi cắt có thể chịu một lượng sốc nhiệt lớn khi dùng dung dịch trơn nguội, sẽ gia tăng sự mài mòn các lưỡ ắi c t Sự gia tăng mài mòn theo mặt trước của dao có thể bình thường nhưng sự gia tăng mài mòn mặt sau ảnh hưởng đáng kể đế n tu i b n c a dao V i gia công khô thì hiổ ề ủ ớ ện tượng này b ị

loại bỏ hoàn toàn Tiện khô với chế độ ắt thích hợp có thể nâng cao tuổi bền của cdao