- Tiến hành thực nghiệm, sử dụng phương pháp quy hoạch thực nhiệm khảo sátảnh hưởng và tìm ra mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và các thông số công nghệ của phương pháp bôi trơn tối thiểu
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Quá trình tiện trong gia công cắt gọt
Tiện là một quá trình gia công trong đó dụng cụ cắt đơn điểm sẽ loại bỏ vật liệu khỏi bề mặt của phôi quay Chuyển động chính trong phương pháp tiện là chuyển động quay của phôi và chuyển động chạy dao được thực hiện bởi dụng cụ cắt di chuyển chậm theo hướng song song với trục quay của phôi gia công
Hình 2.1 Minh họa cho phương pháp tiện Có rất nhiều phương pháp có thể thực hiện bằng gia công tiện điển hình như
Tiện mặt đầu: Dụng cụ cắt được đưa theo phương hướng kính vào phần cuối của chi tiết gia công để tạo mặt phẳng
Tiện côn: Dụng cụ cắt di chuyển theo một góc so với trục quay của phôi thay vì song song, do đó tạo ra hình trụ côn hoặc hình nón
Tiện bao hình: Dụng cụ cắt di chuyển theo một đường cong thay vì song song với trục quay của phôi, do đó tạo ra một biên dạng tròn xoay
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 20 Tiện định hình: Trong nguyên công này, đôi khi được gọi là tạo hình, dụng cụ cắt có hình dạng tương ứng với chi tiết
Vát mép: Các cạnh cắt của công cụ được sử dụng để cắt một góc trên góc của phôi trụ, tạo thành một cái gọi là mép vát
Cắt đứt: Dụng cụ cắt được đưa theo phương hướng kính vào phôi đang quay ở một vài vị trí dọc theo chiều dài của phôi để cắt đứt phôi
Gia công ren: Dụng cụ cắt di chuyển bên ngoài bề mặt phôi quay theo hướng song song với trục quay với lượng chạy dao đủ lớn để tạo ren trên bề mặt trụ
Gia công lỗ: Dụng cụ cắt di chuyển theo phương song song với trục quay và nằm bên trong lỗ có sẵn trên phôi
Khoan: Nguyên công khoan có thể được thực hiện trên máy tiện bằng cách mũi khoan sẽ ăn theo dọc chiều dài của phôi Khoét cũng có thể thực hiện tương tự như vậy
Lăn khía nhám: Đây không phải là một hoạt động gia công vì nó không liên quan đến việc loại bỏ vật liệu khỏi phôi Thay vào đó, nó là một hoạt động tạo hình kim loại được sử dụng để tạo ra một mặt nhám thông thường trên bề mặt chi tiết a) b) c) d)
Hình 2.2 Các chu trình gia công trong phương pháp tiện: a) Tiện mặt đầu; b) Tiện côn; c) Tiện bao hình; d) Tiện định hình; e) Vát mép; f) Cắt đứt; g) Tiện ren;
Dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt
2.2.1 Mục tiêu cơ bản của dung dịch trơn nguội
Dung dịch trơn nguội đã được sử dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt để đạt được các kết quả sau:
– Giảm ma sát và mài mòn, do đó cải thiện tuổi thọ dụng cụ và chất lượng bề mặt chi tiết
– Làm mát vùng cắt, do đó cải thiện tuổi thọ dụng cụ, giảm nhiệt độ và biến dạng nhiệt của phôi
– Giảm lực cắt và tiêu thụ năng lượng
– Đẩy sạch phoi khỏi vùng cắt, do đó ngăn cản sự tác động của phoi vào quá trình cắt, đặc biệt như trong khoan và taro
– Bảo vệ bề mặt gia công khỏi sự ăn mòn của môi trường
Tùy thuộc vào phương pháp gia công, dung dịch trơn nguội cần thiết có thể là chất làm nguội, chất bôi trơn, hoặc cả hai Hiệu quả của dung dịch trơn nguội phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như phương pháp gia công, vật liệu phôi và dụng cụ, vận tốc cắt, và phương pháp áp dụng Nước là một chất làm mát rất tốt và có thể làm giảm nhiệt độ cao sinh ra trong vùng cắt một cách hiệu quả Tuy nhiên, nước
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 22 không phải là chất bôi trơn có hiệu quả; do đó, nó không làm giảm ma sát Hơn nữa, nó có thể gây ra sự oxy hóa (rỉ sét) phôi và các bộ phận máy công cụ
2.2.2 Phân loại dung dịch trơn nguội Phổ biến, có bốn loại dung dịch trơn nguội cơ bản:
– Dầu nguyên chất được sử dụng không pha loãng và thường là dầu khoáng, nhưng chúng thường bao gồm các chất bôi trơn khác như chất béo, dầu thực vật và este, cùng với các hợp chất chịu áp lực cao dựa trên chlorine, lưu huỳnh và photpho để cải thiện độ bôi trơn và các chất khác để cải thiện khả năng chống mòn, ăn mòn, bền và khuynh hướng tạo bọt Các dung dịch trơn nguội sử dụng dầu nguyên chất cho độ bôi trơn tuyệt vời nhưng làm mát tương đối kém Hiện nay, chủ yếu là dầu khoáng (khoảng 90%) được sử dụng
– Các loại dầu khoáng hòa tan (nhũ tương) có chứa dầu với chất nhũ hoá cho phép dầu phân tán trong nước trước khi sử dụng Những loại dầu này được sử dụng ở dạng pha loãng, với nồng độ điển hình 315% Lượng chất nhũ hoá xác định kích thước của các giọt dầu, thường khoảng từ 1 đến 10 μm Những chất lỏng này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và nói chung là những dung dịch trơn nguội sẵn có rẻ nhất Lượng nước cao (lên đến 99%) cho hiệu ứng làm mát tốt, nhưng phần gia công ướt bị ăn mòn Hiệu quả chính dẫn đến dung dịch trơn nguội lão hóa sớm do nước bị ô nhiễm vi sinh, dẫn đến sự ăn mòn của vi khuẩn đối với các bộ phận máy công cụ và gây mùi khó chịu
– Dung dịch trơn nguội bán tổng hợp là sự kết hợp chủ yếu của dầu dầu tổng hợp và hòa tan, và kết quả là mang đặc tính của cả hai loại hợp chất Chúng bao gồm các chất nhũ hoá tự nhiên và tổng hợp, các giọt dầu và nhũ tương Chúng có khả năng chống ăn mòn tốt, bôi trơn và chịu được sự nhiễm bẩn Định nghĩa bán tổng hợp có thể gây ra một số khó khăn, nhưng định nghĩa tốt nhất là: “Một bán tổng hợp tạo thành một nhũ tương mờ và chứa dầu khoáng”
– Dung dịch trơn nguội tổng hợp, là các dung dịch không chứa dầu, được hình thành từ các hợp chất vô cơ và hữu cơ kiềm, thường bổ sung các chất cản trở ăn mòn
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 23 Trước khi sử dụng, chúng được pha loãng với nước, với nồng độ từ 3% đến 10%
Theo thực tế công nghiệp, dung dịch trơn nguội này thường cung cấp hiệu suất làm mát tốt nhất Cần lưu ý rằng nồng độ dung dịch trơn nguội có thể thay đổi đáng kể trong thời gian sử dụng (thậm chí vài phần trăm một tuần) do sự bốc hơi nước ở nhiệt độ cao (ví dụ như vào mùa hè hoặc khi các giọt dầu dính vào phoi hoặc bề mặt phôi) Điều này dẫn đến việc xả liên tục phần dầu của dung dịch trơn nguội được sử dụng
2.2.3 Các phương pháp tưới nguội Có bốn phương pháp cơ bản để ứng dụng dung dịch trơn nguội trong gia công
– Tưới tràn Đây là phương pháp phổ biến nhất (Hình 22.12 cho thấy việc ứng dụng tưới tràn) Tốc độ dòng chảy thường dao động từ 10 l/phút cho các dụng cụ đơn điểm đến 225 l/phút trên một lưỡi cắt cho dụng cụ cắt nhiều lưỡi, như phay Trong một số phương pháp gia công, chẳng hạn như khoan và phay, áp suất chất lỏng trong khoảng 700 đến 14.000 kPa được sử dụng để đẩy phoi, ngăn chặn phoi ảnh hưởng đến quá trình gia công
– Sương mù Loại dung dịch trơn nguội này cung cấp chất lỏng cho các khu vực không thể tiếp cận, theo cách thức tương tự như sử dụng bình xịt và cho chất lượng chi tiết được gia công tốt hơn (so với làm mát bằng tưới tràn) Phương pháp này đặc biệt hiệu quả với dung dịch trơn nguội thành phần nước là chủ yếu và ở áp suất dao động từ 70 đến 600 kPa Tuy nhiên, vùng làm mát hạn chế Việc sử dụng sương mù đòi hỏi phải có sự thông gió để ngăn chặn việc hít phải các hạt chất lỏng trong không khí bởi người điều khiển máy và những người khác ở gần đó
– Hệ thống áp suất cao Với tốc độ ngày càng tăng và sức mạnh của các máy công cụ hiện đại, nhiệt sinh ra trong gia công đã trở thành một nhân tố quan trọng
Hiệu quả đặc biệt là việc sử dụng các hệ thống làm mát có áp suất cao làm tăng tỷ lệ thoát nhiệt từ vùng cắt Áp suất cao cũng được sử dụng trong việc cung cấp dung dịch trơn nguội thông qua các vòi phun được thiết kế đặc biệt, nhằm mục đích cho tia chất lỏng bắn vào mặt sau của dụng cụ cắt
Hình 2.3 Các phương pháp tưới tràn Áp lực được sử dụng, thường trong khoảng từ 5,5 đến 35 MPa, đóng vai trò là cơ cấu bẻ phoi trong trường hợp phoi sinh ra dài và liên tục, gây trở ngại cho hoạt động cắt Để tránh làm hỏng bề mặt phôi bởi tác động từ các hạt trong tia áp lực cao, kích thước hạt trong chất làm mát không được vượt quá 20 μm Việc lọc dung dịch trơn nguội liên tục cũng rất cần thiết để duy trì chất lượng
Hình 2.4 Đặc trưng hình học của dụng cụ cắt
– Thông qua dụng cụ cắt Để cung cấp dung dịch trơn nguội vào vùng cắt hiệu quả hơn, một kênh dẫn hẹp được chế tạo trong bản thân dụng cụ cắt cũng như trong các bộ phận gá dụng cụ, qua đó có thể cung cấp dung dịch trơn nguội dưới áp suất cao Ví dụ như khoan nòng súng, với một lỗ nhỏ dài, nhỏ xuyên qua thân của khoan,
Hình 2.5 Khoan nòng súng và dao tiện lỗ, nơi có lỗ dài thông qua thân dao cho đến vị trí mảnh insert được kẹp Các thiết kế tương tự đã được phát triển cho các dụng cụ cắt và các dụng cụ chèn và cho việc vận chuyển dung dịch trơn nguội qua trục chính của máy
Nhám bề mặt
Bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những nhấp nhô Những nhấp nhô này là kết quả của quá trình biến dạng dẻo của lớp cắt bề mặt chi tiết khi cắt gọt lớp kim loại, là ảnh hưởng của chấn động khi cắt, là vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công và của nhiều nguyên nhân khác nữa…
2.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt a Chiều cao nhỏm trung bỡnh theo mười điểm: Rz (àm) Chiều cao nhám trung bình theo 10 điểm Rz là chiều cao trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của nhám tính trong phạm vi chiều dài chuẩn
Chiều dài chuẩn l là chiều dài của phần bề mặt được chọn để đo độ nhám bề mặt, không tính đến những dạng mấp mô khác có bước lớn hơn l (sóng bề mặt chẳng hạn) b Sai lệch trung bình số học của prôfin : Ra (m)
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 27 Sai lệch trung bình số học của prôfin Ra là trị số trung bình của khoảng cách từ các điểm trên đường nhấp nhô đến đường trung bình OO’ Các khoảng cách ấy là y1,y2,y3…yn và chỉ lấy giá trị tuyệt đối
2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt trong gia công a Đặc trưng hình học của dụng cụ cắt
Qua thực nghiệm, người ta đã xác định mối quan hê giữa các thông số: độ nhấp nhô tế vi Rz, lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất có thể cắt được hmin Tùy theo giá trị thực tế của lượng chạy dao S mà ta có thể xác định mối quan hệ trên như sau:
Ở đây hmin phụ thuộc bán kính r của mũi dao:
+ Nếu mài lưỡi cắt bằng đá kim cương mịn, lúc đó r = 10 μm thì hmin = 4 μm
+ Mài dao hợp kim cứng bằng đá thường nếu r = 40 μm thì hmin > 20 μm
– Khi S quá nhỏ (< 0,03 mm/vg) thì trị số của Rz lại tăng, tức là khi gia công tinh với S quá nhỏ sẽ không cổ ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết vì xẩy ra hiện tượng trượt mà không tạo thành phoi
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 28 Hình 2.7 Sự ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết khi tiện
Các thông số hình học của lưỡi cắt, đặc biệt là góc trước γ và độ mòn có ảnh hưởng đến Rz Khi góc γ tăng thì Rz giảm, độ mòn dụng cụ tăng thì Rz tăng
Ngoài ảnh hưởng đến nhám bề mặt, hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt cũng ảnh hưởng đến lớp biến cứng bề mặt và được tính đến qua hệ số hiệu chỉnh b Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo của lớp bề mặt Khi gia công vật liêu dẻo, bề mặt ngoài sẽ biến dạng rất nhiều làm cho cấu trúc của nó thay đổi Khi đó, hình dạng hình học và độ nhấp nhô đều thay đổi Khi gia công vật liêu giòn, có một số phần nhỏ lại phá vỡ, làm tăng độ nhấp nhô bề mặt
Tốc độ cắt V là yếu tố cơ bản nhất, ảnh hưởng tới sự phát triển của biến dạng dẻo khi tiện:
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 29 – Khi cắt thép Cacbon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vây độ nhám bề mặt thấp Khi tăng vân tốc cắt đến khoảng V = 20÷40 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công Nếu tiếp tục tăng vân tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao biến mất khi vân tốc cắt khoảng V = 30÷60 m/ph) Với vận tốc cắt V > 60 m/ph thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn tăng
– Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không có thứ tự làm tăng độ nhấp nhô tế vi bề mặt Tăng vân tốc cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm giảm độ nhám bề mặt
Hình 2.8 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám tế vi Rz Lượng chạy dao S là thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh hưởng nhiều đến chiều cao nhấp nhô Rz Điều đó không những do liên quan về hình học của dao mà còn do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi của lớp bề mặt
Khi gia công thép cacbon, với giá trị lượng chạy dao S = 0,02÷0,15 mm/vg thì mặt gia công có đô nhấp nhô tế vi thấp nhất Nếu giảm S < 0,02 mm/vg thì đô nhấp nhô tế giảm vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vg thì biến dạng đàn hổi sẽ ảnh hưởng đến sự
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 30 hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học làm cho đô nhám bề mặt tăng lên nhiều
Hình 2.9 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám tế vi Rz
Như vây, để đảm bảo đạt đô nhẵn bóng bề mặt và năng suất cao nên chọn giá tri lượng chạy dao S = 0,05÷0,12 mm/vg đối với thép Carbon
Chiều sâu cắt t cũng có ảnh hưởng tương tự như lượng chạy dao S đến đô nhám bề mặt gia công, nhưng trong thực tế, người ta thường bỏ qua ảnh hưởng này Vì vậy, trong quá trình gia công người ta chọn trước chiều sâu cắt t
Ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong bôi trơn tối thiểu đến quá trình gia công
2.4.1 Ảnh hưởng của áp suất dòng khí Áp suất của dòng khí là một trong những thông số quan trong của hệ thống MQL Nó có một vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các hạt sương của dung dịch bôi trơn tới vùng gia công Khi tăng áp suất của vòi phun sẽ làm tăng vận tốc phun của dầu tưới nguội, vận tốc cao này tạo điều kiện thâm nhập tốt hơn vào mặt dưới của phoi, giảm ma sát tiếp xúc giữa dao-phoi, làm giảm lực cắt, giảm mòn dao
Hơn nữa, áp suất không khí cao hơn giúp đẩy phoi ra khỏi vùng gia công và làm giảm bám dính phoi lên phôi và dao từ đó giúp tăng chất lượng bề mặt
Mặt khác, theo như khuyến cáo của nhà sản xuất vòi phun, áp suất phun khí là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến kích thước giọt dầu, việc tăng áp lực sẽ làm giảm góc côn phun và kích thước giọt nhỏ hơn, vì vậy có thể dễ dàng hơn để thâm nhập bôi trơn một cách hiệu quả
Bảng 2.1 Kích thước giọt dầu ứng với các mức áp suất khác nhau [19]
10 psi (0.7 bar) 40 psi (2.8 bar) 100 psi (7 bar) Capacity VMD Capacity VMD Capacity VMD gpm Lpm microns gpm Lpm microns gpm Lpm microns
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 32 Hollow
*VMD: volume median diameter Áp suất dòng khí cũng quan hệ chặt chẽ với khoảng cách từ đầu vòi phun tới vùng cắt Vì trong quá trình gia công thực tế, đặc biệt cho việc khoan, doa cắt các rãnh sâu, vòi phun không thể được đặt quá gần vùng gia công vì vòi phun có thể tiếp xúc với phôi và các phoi gây ra va đập trong quá trình gia công, vì vậy mức cao của áp suất nên được sử dụng ưu tiên để đạt được khoảng cách hiệu quả lớn hơn từ đầu vòi phun tới vùng cắt
2.4.2 Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch bôi trơn Lưu lượng dầu (dung dịch bôi trơn) cần thiết cho hệ thống MQL phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dụng cụ cắt, diện tích tiếp xúc giữa dao và phoi Lưu lượng cấp vào ảnh hưởng rất lớn đến kích thước hạt, việc dùng vừa đủ lượng giúp cho việc tạo hạt sương có kích thước nhỏ tốt hơn, nâng cao hiểu quả của việc tiếp cận và bôi trơn trong quá trình cắt gọt
2.4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ Emulsive trong nước (nồng độ dung dịch) Độ nhớt và đường kính của hạt bôi trơn làm nguội có ảnh hưởng lớn đến trạng thái ổn định của quá trình cắt gọt, để cho các hạt bôi trơn đi vào vùng cắt tốt nhất thì hạt bôi trơn (hay nhũ tương hay hạt emulsive) phải có kích thước phù hợp, hơn nữa việc này sự kết hợp giữa nước và chất hòa tan do đó phải có một tỉ lệ hòa tan nhất định (tỉ lệ emulsive trong nước) vì tỉ lệ này có ảnh hưởng lớn tới độ nhớt động học và sức căng bề mặt của các hạt sương (ảnh hưởng lớn đến đường kính hạt) [20]
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 33 2.4.4 Ảnh hưởng của vị trí vòi phun trong công nghệ bôi trơn tối thiểu Để đạt được hiệu quả cao trong phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó phương pháp bố trí vòi phun đóng vai trò quan trọng Việc bố trí vị trí vòi phun cũng ảnh hưởng lớn đến độ nhớt và đường kính của hạt sương MQL Theo nghiên cứu của Kajaria Saurabh [21] Những hạt sương được phun từ vòi phun vào vùng cắt sẽ có quỹ đạo có thể được mô tả như bên dưới:
Hình 2.10 Quỹ đạo của hạt bôi trơn được phun vào vùng gia công [21]
Các hạt theo hướng dương so với trục x và vận tốc VF vận tốc ban đầu V0 tương ứng với góc phun θ0 so với trục x Do kích thước hạt sương là rất nhỏ và nó có dạng hình cầu, vì vậy các lực tác động lên hạt được áp dụng theo các công thức của Stokes
Các lực tác dụng lên các hạt theo phương ‘X’ và ‘Y’ có thể giải được, để có quỹ đạo của hạt tương ứng là các tọa độ xpn và ypn theo phương trình sau: [21]
Trong đó: xpn : Vị trí hạt tiếp xúc bề mặt dụng cụ theo phương X (m)
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 34 ypn : Vị trí hạt tiếp xúc bề mặt dụng cụ theo phương Y (m) t : Thời gian Vf : Vận tốc của hạt α =3à π D à : độ nhớt tuyệt đối của hạt (Pa.s) D : Đường kính của hạt (m)
M : Khối lượng của hạt V0 : Độ lớn vận tốc ban đầu của hạt θ0 = góc nghiêng của đầu phun Từ (2.25) và (2.26) chúng ta có thể suy ra:
Từ các phương trình trên chúng ta có thể thấy sự liên hệ giữa vị trí và góc phun θ0 có ảnh hưởng tới độ nhớt và đường kính của hạt
Trong thực tế chúng ta có một số phương pháp bố trí vòi phun khi tiện: a Bố trí vòi phun bằng cách phun vào mặt trước của dao
Hình 2.11 Dung dịch được phun lên mặt trước của dao
Dễ bố trí vòi phun
Dễ điều chỉnh hướng của vòi phun
Phoi được đẩy ra theo hướng thuận lợi nhất bởi áp lực khí và áp lực khí và áp lực dầu bôi trơn
Hiệu quả bôi trơn làm nguội vùng ma sát mặt trước với phoi là lớn nhất khi góc trước dao hợp lý
Khó xâm nhập vào vùng cắt và lưu lượng phun đòi hỏi lớn
Việc bôi trơn và làm nguội gặp khó khăn ở vùng ma sát mặt sau dao với chi tiết
Phương pháp này hoàn toàn không thực hiện được khi tiện cắt rãnh và cắt đứt b Bố trí vòi phun bằng cách phun vào mặt sau của dao
Hình 2.12 Dung dịch được phun lên mặt sau của dao
Nhiệt độ giảm nhanh chóng
Tăng tuổi bền dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt Dung dich được đưa vào tất cả vùng cắt
Khó khăn trong việc bố trí và điều chỉnh vòi phun
Khó đảm bảo được hướng phun khi sản xuất thực tế Cần phải lắp đặt thêm thiết bị chuyên dụng
Phoi sẽ bị dòng khí đẩy theo chiều không mong muốn
NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM
Phân tích và chọn thông số thí nghiệm
Như đã trình bày ở phần trước, các nhân tố của hệ thống bôi trơn tối thiểu được lựa chọn để làm thực nghiệm nghiên cứu bao gồm: áp suất khí, nồng độ % của emulsive trong dung dịch và góc cao của vòi phun lên mặt trước của dao
Chế độ cắt sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm Trong phần tác giả đã nghiên cứu và tìm hiểu, chế độ cắt có ảnh hưởng không nhỏ tới lực cắt Tuy nhiên, trong nghiên cứu này tác giả sẽ sử dụng một bộ thông số về chế độ cắt (V,s,t) do nhà sản xuất dụng cụ cắt khuyến cáo kết hợp với thông số hoạt động của máy tiện sử dụng Trên cơ sở ở chế độ cắt này, đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố của MQL đã lựa chọn tới đối tượng nghiên cứu
Bảng 3.1 Chế độ cắt sử dụng trong nghiên cứu
Lượng tiến dao s (mm/vg) 0.12
* Các thông số của chế độ bôi trơn tối thiểu a Lưu lượng
Công việc xác định lưu lượng phù hợp cho công nghệ bôi trơn tối thiểu là một không hề dễ dàng Lượng dung dịch sử dụng phụ thuộc nhiều vào kich thước của dụng cụ và diện tích tiếp xúc giữ phoi và dụng cụ Giá trị lưu lượng phù hợp là bao nhiều phụ thuộc vào đối tượng khảo sát, theo tiêu chuẩn DIN của Đức giá trị này vào khoảng 50ml/giờ, và có một vài trường hợp lên tới 150ml/giờ; có nghiên cứu, lưu lượng lên tới 500ml/giờ Bài toán của công nghệ bôi trơn tối thiểu là làm sao sử dụng lượng dung dịch ít nhất mà mang lại hiệu quả cao nhất Theo như khuyến cáo của
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 38 Unist [22] với những dụng cụ có kích thước < 40mm đường kính, lưu lượng được sử dụng khoảng 80ml/giờ Theo các nghiên cứu được khảo sát bỏi Sharma [23] trong gia công vật liệu thép cacbon trung bình, lưu lượng thường được sử dụng trong khoảng 100-200ml/giờ Ở nghiên cứu này, tác giả sẽ sử dụng thống nhất một khoảng lưu lượng để khảo sát 120ml/giờ b Áp suất khí Giá trị của áp suất khi được lựa chọn khảo sát trong thực nghiệm dưa trên cơ sở khuyến cáo của nhà sản xuất vòi phun và thừa kế việc khảo sát và tổng hợp các nghiên cứu của các tác giả khác Trong nghiên cứu này tác giả chọn khoảng khảo sát của của áp suất khí là 2-7 kg/cm 2 c Tỉ lệ emulsive trong nước Theo như khuyến cáo của nhà sản xuất (cung cấp) dung dịch bôi trơn giá trị nồng độ thường được sủ dụng trong điều kiện gia công thông thường: 6-8%
Tuy nhiên để mở rộng khảo sát, nhóm nghiên cứu sẽ thực hiện khảo sát với dung dịch bôi trơn có nồng độ từ 6-10% d Góc phun Đối với việc gia công trên máy tiện, bên cạnh việc ảnh hưởng tới đường kính hạt sương, góc phun sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng tiếp cận của chất bôi trơn đên bề mặt tiếp xúc của phoi và dao, bên cạnh đó nhân tố này còn ảnh hưởng tới khả năng đẩy phoi ra khỏi vùng gia công Ở nghiên cứu này, do đặc điểm của dụng cụ căt, tác giả sẽ khảo sát các giá trị của góc cao trong khoảng 15-25 0
Mô hình thí nghiệm
3.2.1 Hệ thống công nghệ a Máy tiện
Quá trình thí nghiệm được thực hiện trên máy tiện Mascut MA1880 đặt tại xưởng cơ khí của Trường ĐH Trần Đại Nghĩa Với công suất 7.5 Hp; tốc độ trục chính 39-2800 vg/ph (18 cấp tốc độ)
Hình 3.1 Máy tiện dùng trong thực nghiệm b Dụng cụ cắt
Dụng cụ cắt được sử dụng trong quá trình tiện là dao tiện có gắn mảnh hợp kim
Hình 3.2 Dao tiện được sử dụng trong thí nghiệm Mảnh hợp kim sử dụng là mảnh hợp kim của hãng Duracarb có mã số: CNMG 120408 52 DC7010; với góc trước α 0 và bán kính mũi dao r =0.8 mm c Phôi Phôi được sử dụng trong quá trình thí nghiệm là phôi trụ với kích thước ϕ 50 x 250 mm, với vật liệu thép C45 theo tiêu chuẩn TCVN 1766-75
Bảng 3.2 Thành phần của thép C45 theo TCVN 1766-75
Cr max Mo max Ni max 0.42-0.5 0,17 – 0,37 0.5-0.8 0.04 0.04 0.25 0.1 0.25
Bảng 3.3 Cơ tính của thép C45 theo TCVN 1766-75
Giới hạn chảy, Sch Độ bền kéo, Sb Độ dãn dài tương đối d5 Độ thắt tương đối y Độ dai va đập Độ cứng kg/mm2 (%) kgm/cm2 (HRC)
C45 36 61 16 40 5 23-25 d Đồ gá Đồ gá được sử dụng để định vị và kẹp chặt trong quá trình gia công: mâm cặp 3 chấu và mũi chống tâm nhằm nâng cao độ cứng vững cho hệ thống công nghệ
3.2.2 Hệ thống bôi trơn tối thiểu a Xây dựng hệ thống MQL
Hệ thống MQL được xây dựng theo phương pháp dùng bình áp suất để cấp dung dịch và áp dụng kỹ thuật phun sương bên ngoài (không tích hợp với dụng cụ cắt) có tính linh hoạt cao
Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống MQL được xây dựng và sử dụng b Máy nén khí
Máy nén khí Fusheng TA100 (12Hp) được sử dụng có áp suất làm việc 8 kg/cm 2 Với dung tích 304 lít
Hình 3.4 Máy nén khí Fusheng c Vòi phun và đồ gá chia góc cao
Vòi phun sử dụng là vòi phun Air atomizing kết hợp với ống coaxial nối dài của hãng Spraying system, với loại đầu phun sương trộn bên trong (internal mixed nozzle) a Vòi phun b Đồ gá vòi phun
Hình 3.5 Vòi phun và đồ gá chia góc phun d Dung dịch bôi trơn
Chất bôi trơn làm mát được sử dụng trong nghiên cứu là dầu blasocut 2000 universal, xuất xứ thụy sỹ Đây là loại dầu cắt tổng hợp được ứng dụng trong gia công các loại vật liệu khác nhau như (gang, thép, nhôm )
Hình 3.6 Chất bôi trơn blasocut 2000 universal Đặc tính của sản phẩm:
Không hại sức khỏe và da
Khối lượng riêng tại 20 o c: 0.96 g/ cm3
Giá trị PH: 8.3-9.2 Tỷ lệ thường sử dụng: Thành phần thay đổi từ 5 đến 20%
3.2.3 Thiết bị đo và kiểm tra a Thiết bị đo kích thước
HVTH: PHẠM TUẤN NGHĨA 43 Thước cặp cơ khí Mitutoyo 505-745 D30TX có dải đo từ 0-300mm, độ chia 0.02mm
Hình 3.7 Thước cặp Mitutoyo b Thiết bị đo độ nhám
Sử dụng thiết bị đo độ nhám Mitutoyo SJ-210 để đo độ nhám các mẫu sau khi gia công
Hình 3.8 Thiết bị đo độ nhám bề mặt c Thiết bị đo tỉ lệ emulsive Đo tỉ lệ emulsive trong nước bằng thiết bị Refractometer RHB 32 của hãng ATC, khoảng đo từ 0-32%
Hình 3.9 Máy đo tỉ lệ emulsive trong dung dịch.
Phương pháp phân tích kết quả
Từ phân tích đã nêu ở trên và tham khảo các nghiên cứu tác giả quyết định chọn 3 thông số của chế độ bôi trơn với các mức như sau để nghiên cứu, đó là:
Bảng 3.4 Bảng ký hiệu và các mức của các nhân tố
Nhân tố Mức nhân tố
Tên Ký hiệu Cao nhất
Cơ sở Tự nhiên Mã hóa Áp suất khí p (kgf/cm 2 ) p x1 7 3 5 2
Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc 2 đa nhân tố để nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố đến hàm mục tiêu là độ nhám bề mặt (Ra)
Bảng 3.5 Bảng ma trận mã hóa các nhân tố
Xây dựng phương trình hồi quy thể hiện ảnh hưởng của các nhân tố nghiên cứu đến độ nhám bề mặt
Bước 1: Xác định hệ số các phương trình hồi quy
Bước 2: Kiểm tra tính thích hợp của các hệ số
Bước 3: Kiểm tra tính thích hợp của phương trình hồi quy