Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới độ nhám bề mặt

Tống quan về công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểuKhái niệm về bôi trơn với lượng toi thiếu: Bôi trơn tôi thiểu MinimumQuantity Lubrication - MQL là quá trình làm mát khi cắt got trong

NGUYEN THANH SON

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa-DHQG-HCMCán bộ hướng dân khoa học: PGS.TS Trân Thiên Phúc - <<<<<

Cán bộ cham nhận xét 1: PGS.TS Thái Thị Thu Hà 2-2-2 2s 22252:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

PGS.TS Trần Doãn Sơn PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên:Nguyễn Thanh Sơn - 5-5 2 + s+s+s+es£ MSHV:7140915 Ngày, tháng, năm sinh: 22/09/1987 2< ss2 Nơi sinh: Phú Thọ Chuyên ngành: Kỹ thuật co khí - ¿5 ss+x+x+x+x+xeEsesese Mã số: 60520103 I TEN DE TÀI: NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA BOI TRON LAM NGUOI

Il NHIỆM VU VA NỘI DUNG:: woiiccccccccccscscsesscscscscscscecesscssscssssssscseasscscscscavevsnseensThực nghiệm trên thép SKD 11 oc cceccsssssssssceeeeeeeceeeesseseesssseeeeaeeeeeeeeeeeeeeeeseeeeaaasTôi uu hóa các thông sô: Góc của dau phun so với hướng cat, khoảng cach từ dauvòi phun tới vùng cat, ti lệ emulsive trong NƯỚC << c1 EEeeessessssssaIH NGÀY GIAO NHIỆM VU : 16/1/2017 5E tt EềEềESESESEEEEEEEEkEkekrkrkrkreesIV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 18/6/2017 - 5 sex ‡EeEekekekeeceesV CAN BO HUONG DAN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): - 5 s+cscsssescsePGS.TS Trần Thiên Phúc -¿- + + SE+k*E# E111 1111151511111 11111111 1xx

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

(Ho tên va chữ ky) (Ho tên và chữ ky)

LOI CAM ON

Lời đầu tiên tôi xin cam ơn Thay PGS.TS Trần Thiên Phúc đã giúp đỡ, hướngdẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này Trong thời gian thựchiện luận văn, Thầy đã cố vấn cho tôi những những lời khuyên thiết thực giúp tôitháo gỡ những khó khăn trong quá trình nghiên cứu dé kịp thời hoàn thành luận vănnày đúng thời hạn.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy/Cô trong xưởng Cl, các thầy côtrong bộ môn thiết kế máy đã luôn giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thínghiệm.

Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn quý Thay/Cé trong khoa Cơ Khí đã tham giagiảng dạy chương trình Thạc sĩ trong thời gian tôi theo hoc ở trường Thầy/Cô đãtrang bị cho tôi những kiến thức dé tôi có thé hoàn thành luận văn của mình

Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong giađình, bạn bè, đồng nghiệp (nơi tôi đang làm việc) đã luôn thông cảm, giúp đỡ, tạođiều kiện và động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường đại họcBách khoa TP.HCM

Tôi xin chân thành cảm on!

Tp Hỗ Chí Minh, 11 tháng 7 năm 2017

Học viên

Nguyễn Thanh Sơn

TÓM TAT

Trong gia công cơ khí, công nghệ bôi trơn tối thiểu(Minimum QuantityLubrication: MQL) đang ngày càng trở nên phố biến Công nghệ này không chimang lại lợi ích về môi trường (giảm dau thải bôi trơn) và kinh tế (tiết kiệm chi phídầu bôi trơn, chỉ phí xử lý chất thải ) mà còn có những lợi thế về khả năng giacông mà các phương pháp truyền thông trước kia không có được Nhưng những ảnhhưởng của các thông số công nghệ của MQL thì chưa được dé dàng Các nghiêncứu về khoảng cách vòi phun, góc của vòi phun so với hướng cắt, cũng như tỉ lệemulsive ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chỉ tiết trong gia công tinh biên dạngngoai hầu như chưa được quan tâm ở nước ta Trong nghiên cứu nay sẽ tập trungtim ra các thông số tối ưu về vị fri voi phun so với hướng cốt, khoảng cách từ dauvoi phun đến vùng cắt và tỉ lệ emulsive tác động đến độ nhám bề mặt khi gia côngtinh biên dạng ngoài (outside) thép hop kim SKD 11 bang dao phay ngón Kết quacủa nghiên cứu này có thể được sử dụng để giúp tăng hiệu quả bôi trơn và làmnguội trong công nghệ bôi trơn tối thiểu, nhằm tăng độ nhăn bóng bề mặt khi giacông tinh biên dạng ngoai mà trước đây các thông số ké trên được điều chỉnh mộtcách ngẫu nhiên

Từ khóa: Đồi tron tối thiếu, gia công tinh, vi trí vòi phun, phay biên dangngoài, độ nhám bê mặt

ABSTRACTThis paper presents the selection of minimum lubrication optimal technologyparameters (nozzle direction in relation to feed direction, distance from the nozzletip to the cutting zone) on the outside milling by End milling of a steel SKDI1 Theprocess of analyzing the effects of technological parameters is based onmathematical models, experimental models and assay results The results obtainedin this paper can be used to determine optimal conditions for milling outside ofsteel SKD 11 under MOL conditions.

Keywords: Minimum quantity lubrication, machining, nozzle position, outsidemilling, surface roughness.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên : Nguyễn Thanh SơnMSHV: 7140915

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại hoc,Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài“Nghiên cứu anh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu đến độ nhám bề mặt ”dưới sự hướng dẫn của Thay PGS.TS Trần Thiên Phúc

Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp cao học của riêng tôi, số liệu trongluận văn là thực Tôi đã thực hiên luận văn đúng theo quy định của phòng Đào tạosau đại học và theo hướng dẫn của Thay PGS.TS Trần Thiên Phúc

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên

Tp Hỗ Chí Minh, 11 tháng 7 năm 2017

Học viên

Nguyễn Thanh Sơn

MỤC LỤC

¡18019000 7DANH MỤC CÁC HINH VẼ 6 222221 2x2221221221211211221211111211111 1xx 9DANH MỤC CÁC KY HIỆU VA CÁC TU VIET TẮTT -:-++c+ccsce: 14Chương 1 TONG QUAN DE TÀI -G-G- S131 SE ST ng ng ng rreg 151.1 _ Tổng quan về công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu 151.2 _ Tình hình nghiên cứu ứng dụng bôi tron tối thiểu trên thé giới 191.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bôi tron tối thiểu trong nước 221.4 Khuyết điểm va hạn chẾ: - ¿c6 k+k+E*E#E+E#ESEEEkEkEkckrkekekekrkrkeered 231.5 Tính cấp thiết của đề tài ch EE SE HH 241.6 Mục tiêu luận văn -ccĂ c1 SH HH HH ve 261.7 Ý nghĩa khoa học của luận văn + << EEeEeEeEererrerees 2618 Y nghĩa thực tiễn của luận văn «+ x3 kg vn rrea 26Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYÊT - - - - SE SESE*EEEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEETkrkrkei 282.1 Gia công cắt gọt khi phay - «sex BE Egggr reo 282.1.1 Khái niệm chung c1 1111111111 111151898233 3111111111 re rre 282.1.2 Phân loại dao phay 01010103 10111111111 111111882331 111111111 re rre 292.1.3 Vật liệu chế tạo dao phạy sen 302.1.4 Các thông số hình học của dao phay ngón -ccc«e- 302.1.5 Các yếu tố của lỚP CẶT - G311 119191515 1 11111 1 111 xxx ekrki 322.1.6 Quá trình hình thành phoI 5-5 552222222 3333335566555555Exxsrrree 322.1.7 Cac loại phoi cơ bản trong quá trình gia cÔng 555++<++++2 332.1.8 Lực cắt khi phayy - << csStShnvnt v11 111151511 11111 gen 342.1.9 Độ mòn va tuổi bền của dao phay - - + E+EsEsEeEeEkvkrkrkeeeeeed 352.2 Boi trơn làm nguội khi phay 5555552 *22555555555eesseres 362.2.1 Các phương pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 362.3 Bôi trơn và làm nguội tối thiỀU «<< SE EEEEeEeEerrererees 382.3.1 Khái niệm vỀ IMQL, + + EEESESE2E2ESESESESEEEEEEEEEEEEkrkrkrkeesesees 382.3.2 Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi phay biên dạng ngoài bang dao phay12k 0) | 382.3.3 Các loại dung dich được sử dụng trong bôi tron làm nguội tối thiéu 392.3.4 Các phương pháp bô tri vòi phun trong công nghệ bôi trơn và làmnguội tối thiểu(MQ(L,) - - + E3 EEEEEESESEEEESEEkEkrkrkrkrkekeed 392.3.5 Anh hưởng của các thông số công nghệ MQL đến quá trình gia công 412.4 Chất lượng bề mặt gia công - - cv EEEEEESESEExrkrkrkrerees 43Z.A.L G0 na 432.4.2 Các dạng bể mặt gia cÔng - - k1 5 5E gxggtnntgngcưyg 432.4.3 Nhám bể mặt -¿52-5t 2x2 12E1221121122121121121121111211111111 1 xe 442.4.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặtt 2-2 +s+x+xsxẻ 462.4.5 Đường cong của phan vật liệu «+ se #EEEeEeEsrerrerees 47Chương 3: TIEN TRÌNH THỰC HIỆN THỰC NGHIỆM - 2 2 5c: 483.1 _ Phân tích và chọn thông số thí nghiệm (cơ sở toán học) -. - 483.2 KẾtluận 2L 2t H2 HH H2 2121.211211112121 re 55

3.3 Mơ tả các thơng số thí nghiệm - 6k +kSEEE£ESESESESEEEkEkrkrkrkcees 553.3.1 Ảnh hưởng của gĩc xoay của dau vịi phun so với hướng cat tới độnhám bề mặt khi gia cơng tinh biên dạng ngồi + 66s zx+x+xexd 553.3.2 Ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu vịi phun tới vùng gia cơng đến độnhám bề mặt khi gia cơng tinh biên dạng ngồi + 66s zx+x+xexd 563.4 Mơ hình thí nghiệm GG E1 0000011111199 11 11111111 ng 57“ăn Z 573.4.2 D6 ga và các thiết bị ỔO tt H11 11 1xx 583.4.3 Hệ thống bơi tron làm nguội tối thiỀu - - SE +e‡EsEsEsrsrererees 623.4.4 Hiệu chỉnh và duy trì các thơng số khơng khảo sát 5 643.4.5 Phương pháp O 00000011 111111111 g0 0111111 1 kh re 673.4.6 Phơi, chất bơi trơn làm mát, đầu dao colect và dao phay ngĩn 673.4.6.1 Phơi thép thí nghiệm - G5 SE E2 223113111138863661651 11111111 srrrree 673.4.6.2 Chất bơi trơn làm mátt ¿ c¿+-++£x++rxttrttErtsrttrrtrtrrrrrrrrrrre 683.4.6.3 Đầu dao €ỌeCf 5 Set 1EE T111 1111111511111 11111111 693.4.6.4 Dao phay nBĨN 01H00 000 1 1 khe 703.4.7 Phương pháp gá đặt -GG G0111 11111111111 9001111111 1v ve 703.4.8 Chế độ bơi trơn va làm mát tối thiểu -¿-c++ccc+cxsrresrrrsrred 713.5 Phương pháp phân tích kết quả -¿- - + +E+E+EsEeEEEE+E+E+E+kekeeeeeeeree 743.6 Cơ sở lý thuyết của quy hoạch thực nghiệm bậc 2 cho 3 nhân tơ dạng 3k

— 753.6.1 Các bước xây dựng phương trình hồi quy - - s cscscscecee: 763.6.2 Xác định số thí nghiệm lặp lại cho mỗi mức thí nghiệm 76Chương 4: KET QUÁ THUC NGHIỆM VÀ DANH GIÁ KET QUÁ 774.1 Két quả thực nghiệm don yếu t6 vcs seseescsesesesscscececsssssssvevereveteeeee 774.1.1 Anh hưởng của gĩc của vịi phun so với hướng cắt đến độ nhám bề mặtkhi gia cơng tỉnh biên dạng ngồi phang thép hợp kim SKDII 774.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ dầu emulsive tới độ nhám bề mặt khi gia cơngtỉnh biên dạng ngồi phắng thép hợp kim SKDII . 25s s+s+<sse: 784.1.3 Ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu phun tới vùng gia cơng đến độnhám bề mặt khi gia cơng tinh biên dạng ngồi phăng thép hop kim SKD11

HH 794.2 Kết quả thực nghiệm tồn phan ba yếu tỐ - - 5s +EsE+EsEsEsEererees 804.2.1 Kiểm tra mức ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi quy 824.2.2 Kiểm tra tinh thích hợp của phương trình hồi quy « 854.3 Đồ thị biểu thị sự tương quan của hàm mục tiêu với từng yếu tố ảnhu50 874.4 Kết quả tối ưu hĩa các thơng $6 vo cesesseseesssesesescscscscssessssveveveverseeen 93Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HUONG PHAT TRIEN DE TÀI - 5c: 955.l KẾt luận: 2L 2 t2 2 22 2 211221211211 955.2 _ Hướng tương Ïal Ă S220 00 0v vn ng 95TÀI LIEU THAM KHHẢO - 52-522 22t2EEEE221221211211121121211211 112111 96LY LICH TRÍCH NGANG - 52522212212 221221221121121121211211211 11c 100

DANH MỤC CÁC HINH VE

Hình 1 1: Gia công bằng phương bôi trơn tối thiỂu + 2 25s +s+E+E+£s£erezxd 16Hình 1 2: Bôi trơn tối thiểu bên ngoài esesesescecscecessssssveversesestsesseeneen l6Hình 1 3: Hệ thống bôi trơn tối thiểu bên trong ¿+2 +2 s+£+Ee£e+k+xexsrerered 17Hình 1 4: Dau bôi trơn - làm mát ¿55+ +5+t2cxt2Exttrttsrrtrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrreg 18Hình 1 5: Vòi phun và van điều chỉnh hệ thông bôi trơn tối thiểu 18Hình 1 6: Hệ thống bôi trơn tối thiỀU - + 2 2E S‡E+ESEEEE+E£ESEEEEEErErEererererered 18Hình 1 7: Hệ thống bôi tron tối thiểu khi lap đặt lên máy phay - 19Hình 2 1: Phay mặt và phay biên dạng ngoài << ssseeeesss 28Hình 2 2: Các loại dao: a) dao phay tru, b)dao phay đĩa và dao phay rãnh, c)daophay ngón, d,e)dao phay mặt đầu, g)dao phay định hình, h)dao phay cắt đứt 29Hình 2 3: Dao phay nØÓñn - 5 3 0002222211101 101101111 1111111111 110002231111 1k kh rrg 30Hình 2 4: Các thành phần cơ bản của một dao tiện << << << << << s2 30Hình 2 5: Các thông số hình học của phan cắt - ¿2-2 +x+E+E+Ee+E+k+EeEsrrered 31Hình 2 6: Các yếu tố của lướp Cate cccececececesesscssesesesscscsestsessscsvsvsesssscavecenensseees 32Hình 2 7: Quá trình hình thành phOI - << 555555222233 333333335555555555xrreres 32Hình 2 §: PholI VỤ - ccc G1101 ng và 3308x00: 27a a 33Hình 2 10: Phoi dây có leo aO (<< << 11000 0111111111111118823331 1111111111 re 34Hình 2 11: Phoi XẾp G3311 EE91915E513 11111 1 1 1 1111111111111 111gr 34Hình 2 12: Các lực tác động khi phay(a: lực tác động lên phoi, b: lực tác động lên(6-10) Ồ DO” 34Hình 2 13: Mối quan hệ gitta CAC ÏỰC cc 11110100111 111198633631 1111111 tre, 35Hình 2 14: Mòn hốc và mòn cạnh đao - ¿+ te S33 SeESESEEEE+ESEEEESE+EEEEsErEreeserez 35Hình 2 15: Hệ thống phun theo kiểu venturi - 2s +s+E+EE+E+E+E+EeEerezxeesreee 43Hình 2 16: Các dạng bề mặt gia cÔng - - «tk EEEESESEEEEkrkrkrererees 44Hình 2 17 Bề mặt cong của chỉ tiết sau gia cÔng - - se sveEeEsrsrerererees 47Hình 3 1: Quỹ đạo của hạt bôi trơn khi được phun vào vùng cắt : 53Hình 3 2: Một hệ thống phun theo kiỂU V€nUFI :- cac SE se EsEeErkrererererred 54

Hình 3 3: Biểu đồ thực nghiệm thé hiện mối liên hệ giữa lượng lưu lượng nhũtương và khoảng cách vòi phun đến đường kính hat nhũ tương - 5-5: 55Hình 3 4: Góc xoay vòi phun ở các vị trí khác nhau so với hướng cắt 56Hình 3 5: Khoảng cách từ đâu vòi phun tới vùng cắt và góc cao của đầu vòi phun ¬— AA.AAA 56Hình 3 6: Khoảng cách từ đầu vòi phun tới vùng cat ở các vị trí khác nhau 57Hình 3 7: Máy phay PREJOTH có hiệu số FBM-300VFT 2-5- 25s s55: 57Hình 3 8: Gia công chỉ tiết cần cố định và chia góc - 5-52 25s se+x+x+zsrerered 58Hình 3 9: Gia công tắm chia dO - - + k1 81115151 115111 xr 58Hình 3 10: Gia công tắm gan đầu phun c6 + ‡E#E#E#ESESESEEEkrkrkrkrecees 58Hình 3 11: Đồ gá cố định tâm gắn đầu phun va vòi phun - 55s se: 59Hình 3 12: Cụm vòi phun ( a:Vòi phun Air Atom mã hiệu BSPT-S sản xuất bởiSpraying Systems; b:Các dang nắp phun)) - «+ se xxx #EEEeEeEersrerreree 59Hình 3 13: Đồ ga khi được lắp đặt trên máy phayy - - 5 + +e+x+esesrsrererees 59Hình 3 14: Chạy rà xác định vị trí đồ gá vòi phun song song với trục X của máyphay bằng đồng hồ so Mitutoyo mã hiệu SXX490 độ chính xác 0.01 mm 60Hình 3 15: Thiết bị đo độ nhám MarSurf PSI có day đo -0.02032~0.01524 mm 60Hình 3 16: Master Refractometer Manual c c1 gu 61Hình 3 17: Thước cặp điện tử Motutoyo cc cccccccsssssssccceeeeeceeeeeessesssssnaeeeeeeeeees 61Hình 3 18: Thước đo góc điện tử 82305 woo eccccccssssssccceeeeecceeessesesssssnseeeeeeseeees 62Hình 3 19: D6 ga ga phôi và thiết bị đo độ nhám 2-5 + 2 2 2+s+E+E+£sEerezxd 62Hình 3 20: Hệ thống bôi tron làm nguội tối thiểu được lắp đặt trên máy phay 63Hình 3 21: Sơ đồ hệ thống bôi trơn làm nguội tối thiểu 5-5 2 +cs£s+s+x2 63Hình 3 22: Bình áp và bình đo thể tích: a)Bình đo thể tích b)Bình áp có chia vạchthé chứa dung dịch bôi trơn làm nguội .- - ¿+ EE+E+E#E#E+EsEeEEeEererveerees 63Hình 3 23: Vị trí vít tiết lưu điều chỉnh lưu lượng trên vòi phun -: 64Hình 3 24: Xác định vận tốc của trục chính máy phay trong các thí nghiệm băngthiết bị SKF Optical Tachometer TMOT6 với sai số 0,001 vòng/phút 65Hình 3 25: Thực nghiệm khảo sát so sánh 3 phương pháp a) Gia công khô; b) Giacông tưới tràn; c) Gia công băng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu 65

Hình 3 26: Biểu đồ ảnh hưởng của bước tiễn dao đến độ nhăn bóng bề mặt 66Hình 3 27: Thiết lập tọa độ khi gia công với bề rộng cắt b = 0.2 mm 67Hình 3 28: Cách do mẫu thí nghiệm sau gia công trên đồ gá 55-5: 67Hình 3 29: Phôi thép SKD ÏÏ SG 110113911139 111 9 1111 01111 vn 68Hình 3 30: Dầu bôi tron BlaSer ¿- + 25 S2 SE£E£EEEE£EEEEEEEEEEEEEE E111 cke, 68Hình 3 31: Hình ảnh dầu khi đã pha nước theo ty lỆ - - 2c +e+cs£sEererxe 69Hình 3 32: Đầu dao colect loại colect ER 25 ¿S2 + se se ESESEEESEsErerssserez 70Hình 3 33: Dao endmill 12 V7plus Á - 7555532233 22235666655111Ersserres 70Hình 3 34: Cách ga dat phôi trên máy khi gia công << << << << <2 70Hình 3 35: Biểu đồ thé hiện ảnh hưởng của lưu lượng emulsive đến độ nhám bé018521820: 20017777 ‹”°^”Ý'Ý£ 71Hình 3 36: Biểu đồ thé hiện ảnh hưởng của góc cao của đầu vòi phun tới độ nhám.

Hình 3 37: Biéu đỗ thé hiện ảnh hưởng của tỉ lệ emulsive tới độ nhám 72Hình 3 38: Biểu đồ thé hiện ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu vòi phun tới vùngcắt đến độ nhám bể mặt gia cÔng - ¿- - - k9 SESEExExScc cv ng gerreg 73Hình 3 39: Biểu đồ thé hiện ảnh hưởng của góc xoay của đầu vòi phun so vớihướng cat đến độ nhám bé mặt gia côÔng - kk+k+k#E#E#E#ESESESEEEkrkrkrkrkckes 73Hình 4 1: Biéu đồ thực nghiệm đơn yếu tô ảnh hưởng của góc xoay của dau vòiphun so với hướng cắt đến độ nhám - + E*ESE#E#E#E#ESESEEEEkrkrkrererees 78Hình 4 2: Biéu đồ thực nghiệm đơn yếu tô ảnh hưởng của tỉ lệ emulsion đến độ

Hình 4 3: Biểu đồ thực nghiệm đơn yếu tô ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu vòiphun tới vùng cắt đến độ nhám - - - + E331 EE9E9E5 1115215 80Hình 4 4: Biéu đồ thé hiện ảnh hưởng của góc xoay va tỉ lệ emulsion đến độ nhámbề mặt khi gia công tinh biên dạng ngoài phăng thép SKDII ¿5-5-5 88Hình 4 5: Biéu đồ thé hiện ảnh hưởng của góc xoay va khoảng cách đến độ nhámbề mặt khi gia công biên dạng ngoai phang thép SKDI Ì - «<< + sec: 89Hình 4 6: Biéu đồ thé hiện ảnh hưởng của khoảng cách va tỉ lệ emulsion đến độnhám bề mặt khi gia công biên dạng ngoài phăng thép SKDII - - s: 90

Hình 4 7: Biéu đồ thé hiện ảnh hưởng của góc xoay va tỉ lệ emulsion đến độ nhámbề mặt khi gia công biên dạng ngoài phăng thép SKDII - 2 2 cs+s+s2 91Hình 4 8: Biểu đồ thé hiện ảnh hưởng của góc xoay và khoảng cách đến độ nhámbề mặt khi gia công biên dạng ngoài phăng thép SKDII - 5-5-5 2 scs+s+s2 92Hình 4 9: Biéu đồ thé hiện ảnh hưởng của khoảng cách va tỉ lệ emulsion đến độnhám bề mặt khi gia công biên dạng ngoài phăng thép SKDII - - s: 92

DANH MỤC BANG

Bảng 1 1: Ưu và nhược điểm của hệ thống bôi trơn tối thiểu bên ngoài: 17

Bảng 1.2: Ưu và nhược điểm của hệ thống bôi trơn bên trong: - - +: 17

Bảng 3 1: Thanh phần hóa học của thép SKDII 5-5 5£ +E+E+EeEsEsEerererees 67Bảng 3 2: Điều kiện xử lý nhhiỆP (+ S1 E111 11511 reo 68Bảng 3 3: Chế độ bôi trơn tối thiỀU - «+ s31 9E SEEEEkvkrrererees 74Bảng 3 4: Số thí nghiệm và số hệ số với dạng 3k - - - c+xsx+EeEsEsrerererees 74Bảng 3 5: Quy hoạch thực nghiệm 3 nhân tỐ - - - Ex+E+E£E£E£EeEeEsEerererees 75Bảng 4 1: Chế độ bôi trơn làm nguội tôi thiểu khi thay đối góc xoay 77

Bang 4 2: Giá tri độ nhám ở mỗi thi nghiệm khi thay đổi góc xoay - 77

Bang 4 3: Chế độ bôi trơn làm nguội tối thiểu khi thay đổi tỉ lệ emulsive 78

Bang 4 4: Giá trị độ nhám ở mỗi thí nghiệm khi thay đổi tỉ lệ emulsion 79

Bảng 4 5: Chế độ bôi trơn làm nguội tối thiểu khi thay đổi tỉ lệ emulsive 79

Bang 4 6: Giá trị độ nhám ở mỗi thí nghiệm khi thay doi khoảng cách từ đầu vòiphun r0 ccccssssesecscscscsececscscscscsssvevevevsvsesesesscecscssasasavevevsnseststsesseseeen 80Bang 4 7: Két quả thực nghiệm mã hóa 27 thí nghiệm theo dang thực nghiệm 3k¬ 81Bảng 4 8: Giá tri 2 lẦn điO - - c1 S1 119151513 1111101 1 11H g1 0 ro 83Bảng 4 9: Các hệ SỐ TTỈ -G- tt E119 515 1111111 1 1111111101111 1111111 nreg 84Bảng 4.10: Các hệ số hồi quy b có ý nghĩa trong phương trình hồi quy 85Bảng 4 11: Dữ liệu dé tính phương sai tái hiện - 5-5 6E ‡E‡EeEsEsEerererees 86Bang 4 12: Bảng giá trị độ nhám khi 2 thông số A và R thay đối, d ở mức cơ sở .88Bang 4 13: Bảng giá trị độ nhám khi 2 thông số A va d thay đổi, R ở mức cơ sở .89Bang 4 14: Bang giá trị độ nhám khi 2 thông số d và R thay đối, A ở mức cơ sở .90

A: Số lượng mao mạch (đặc trưng của biến dạng hạt) À=n/ct1: Thời gian

Xpn : Vị tri hạt tiếp xúc bê mặt dung cụ theo phương X (m)Ypn : Vị trí hạt tiếp xúc bê mặt dụng cụ theo phương Y (m)t: Thời gian

Vr: Vận tốc của hatœ =3 7D

u : độ nhớt tuyệt đôi của hạt (Pa.s)D : Đường kính của hạt (m)

M: Khối lượng của hạtVo : Độ lớn vận tốc ban dau của hạt

00 = góc nghiêng của đâu phunL khoảng cách từ dau vòi phun tới vùng cắt.A góc xoay cua dau vòi phun so với hướng cat

Chương 1 TONG QUAN DE TÀI

1.1 Tống quan về công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểuKhái niệm về bôi trơn với lượng toi thiếu: Bôi trơn tôi thiểu (MinimumQuantity Lubrication - MQL) là quá trình làm mát khi cắt got trong gia công cơ khí(gồm dao cắt, phôi, phoi, máy) bằng cách sử dụng dòng khí áp lực cao trộn với thểtích dung dịch bôi trơn phun với lượng nhỏ vào vùng xuất hiện nhiệt cắt, nhằm bôitrơn và ngăn lượng nhiệt sinh ra tích tụ vào dao và phôi.

Các thông số đặc trưng cho MQL bao gồm: Thanh phan dung dịch, nồng độdung dịch, độ nhớt của chất bôi trơn, áp suất dòng khí và lưu lượng dung dịch, gócđộ vòi phun so với hướng cắt, góc cao của vòi phun, khoảng cách từ đầu vòi phuntới vung gia công

Dung dịch được phun vao vùng gia công với một áp suất nhất định, chuyểnmột lượng nhỏ dung dịch vao vùng cat với một tốc độ cao (250~300 m/phut), chúngcó tác dụng bôi trơn và làm nguội rất hiệu quả

Tác dụng hút nhiệt của phương pháp bôi trơn và làm nguội tối thiểu là rất cao,dùng phương pháp nay cho phép nâng cao tuổi bền của dao thép gió và dao hợp kimcứng từ 1.5 lần so với phương pháp tưới tran Phương pháp này có các ưu điểm,nhược điểm sau: [1]

*Ưu điểm:

> Lượng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20 % so với lượngdung dich sử dụng theo phương pháp tưới tràn, do đó giảm chi phí chếtạo chất bôi trơn làm nguội

> Hiệu quả bôi trơn, làm nguội cao nên giảm lực, giảm nhiệt dẫn đếnnâng cao chất lượng sản phẩm

Tiết kiệm dung dịch trơn nguội, giảm ô nhiễm môi trường.Đảm bảo tuôi bền của dụng cụ cắt

Phoi sạch, không gây ô nhiễm môi trường

VV V WV Không gian làm việc sạch.

* Nhược điểm:

> Khó vận chuyền phoi ra khỏi vùng cắt.> Nhiệt độ chỉ tiết cao

Hình 1 1: Gia công bằng phương bôi trơn toi thiểu

*Phân loại hệ thống bôi trơn tối thiểu:> Hệ thống bôi trơn tối thiểu bên ngoài:

Loại này phù hợp cho việc trang bị thêm các công cụ máy, bời vì yêu cầu vòiphun thì dễ dàng cài đặt trên trục chính máy, hệ thống máy này phù hợp cho các quátrình tiêu chuẩn đơn giản như: Tiện, phay, khoan, cưa , loại này bị giới hạn bởichiều dài và đường kính dao khác nhau, cũng như là là khả năng tiếp cận hạn chếvới cạnh dụng cụ cất (khi khoan lỗ sâu) [1]

†lÌ

Hình 1 2: Boi trơn toi thiểu bên ngoài

Bảng 1 1: Ưu và nhược điểm cua hệ thông bôi tron toi thiếu bên ngoài:

Ưu điểm Nhược điểme Thich ứng đơn giản e Bị hạn chế khi điều chỉnh vòie_ Chi phí dau tư thấp phun đối với dao có đường kính

e ft công việc cần thiết khi trang bị và chiều dài khác nhau.

thêm các thiết bị e Ảnh hưởng việc bị che khuất vòie Đặc tính thích ứng nhanh phun có thé xay ra trong khi giae Không đòi hỏi các công cụ đặc công

biệt.

> Hệ thống bôi trơn tối thiểu bên trong:Việc sử dụng hệ thống bôi trơn tôi thiểu bên trong cho phép cung cấp chínhxác dầu bôi trơn tới điểm tiếp xúc của dụng cụ cắt, dầu tưới nguội liên tục có sẵn tạinhững vùng quan trong trong suất quá trình gia công [1]

Hình 1 3: Hệ thong bôi trơn toi thiểu bên trong

Bảng 1 2: Uu và nhược điểm của hệ thong bôi trơn bên trong:Ưu điểm Nhược điểme Tưới nguôi tối ưu các điểm của e Doi hỏi dao đặc biét

dụng cụ cất (ngay cả những điểm e Chi phí dau tư cao.khó tiép xúc) e Doi hỏi máy gia công phải phùe Khong bị tán xạ hoặc lãng phi hợp.

e Lượng bôi trơn tối ưu cho mỗiloại dao.

*Một số hình anh của phương pháp bôi tron tối thiểu:

Hình 1 4: Dầu bôi trơn - làm mát

Hình 1 5: Vòi phun và van điều chỉnh hệ thông bôi trơn toi thiếu

Hình 1 7: Hệ thống bôi trơn toi thiếu khi lap đặt lên máy phay.1.2 Tinh hình nghiên cứu ứng dụng bôi trơn tối thiểu trên thé giớiVới những lợi thế và những ưu điểm nhất nhất định ( giảm thiểu các vấn đề vềmôi trường và các bệnh nghề nghiệp, giảm thiểu các dung dịch tưới nguội sẽ làmtăng lợi ích kinh tế bằng cách tiết kiệm chỉ phí bôi trơn, giảm thời gian ở các côngđoạn làm sạch may và các công cụ) (Autret & Liang, 2003) [2], thì công nghệ bôitrơn tối thiểu (MQL) đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thếĐIỚI.

Theo kết quả các cuộc khảo sát, các ngành công nghiệp ô tô châu Au, chi phíphát sinh về chất bôi trơn bao gồm gần 20% trong tổng chi phí sản xuất (Brockhoff& Walter, 1998) Các chi phí của các công cụ cắt là chỉ có 7,5% trong tổng chi phí.Do đó, chi phí làm mát là cao hơn đáng ké (Autret & Liang, 2003) [2] Điều đó chothấy cần thiết phải giảm cắt giảm lượng dung dịch tưới nguội khi gia công Khiphân tích các tác động bất lợi do sự phát thải của khói và các hạt aerosol đến môitrường do việc bôi trơn, một số chương trình nghiên cứu đã chứng minh rang cácyếu tố trên cũng góp phan phá hủy tầng ozone va sự nóng lên toàn cầu Ví du, ởNhật Bản, các quy định mới bao gồm luật môi trường đánh giá tác động xả chất thải(PRTR), và đối với dioxin

Theo cục quản lý an toàn lao động và Sức khỏe của Mỹ (OSHA) (Aronson,1995) và các Viện Quốc gia Hoa Kỳ về An toan và Sức Khỏe Lao Động (NIOSH)

mức độ phơi nhiễm cho phép (PEL) cho kim loại làm việc với bình phun chất lỏnglà 5 mg/m? va 0,5 mg/m? tương ứng (NIOSH bản, 1998) Mức sương dau tronghàng phụ tùng ô tô cơ sở sản xuất đã được ước tính là 20-90 mg / m với việc sửdụng dầu bôi trơn thông thường bang cách tưới (Bennett & Bennett, 1985) Việctiếp xúc với hỗn hợp kim loại chất lỏng có thể gây ra các tác hại cho sức khỏe vàvan dé an toàn, trong đó có độc tính, viêm da, rỗi loạn hô hấp và ung thư Trongnước làm mát thông thường phoi ướt phải được làm khô trước khi nấu chảy điềunày làm tăng chi phí Nhưng MQL đảm bảo phoi khô, vì vậy chi phí của say phôigiảm đáng ké (Filipovic & Stephenson, 2006) [3].

Năm 1992, Tổng công ty Horkos phát triển gia công bán khô các bộ phận banggang băng cách kết hợp các vòi phun bên ngoài Nghiên cứu được tiễn hành đối vớicác ứng dụng để gia công phôi cứng Vẫn đề đã được khắc phục bằng cách cải tiếntrang thiết bị Gia công bán khô đã được phát triển để bôi trơn số lượng tối thiểu(www.horkos.co.jp) Một số quy trình gia công lỗ đã được thực hiện bằng MQLnhư khoan, khoan sâu, tarô, đánh bóng lễ khoan (www.horkos.co.jp) Tổng công tyHorkos đã nhận được giải thưởng Onizuka Invention lần thứ 23, Giải thưởng củaTổng thư ký của Cơ quan Khoa học và Công nghệ trong các giải thưởng dịch vụ 19.Xúc tiễn Khoa học và Công nghệ Nhật Bản (Horkos Corp, 2008)

Năm 1998, hệ thống loại bỏ phoi khác nhau trong phương pháp MQL đượcphát triển bằng cách kết hợp của các phương pháp trọng lực và chân không (phươngpháp hút) (www.horkos.co.jp) & (EMO) MQL thường sử dung dau thực vật hoặcdầu ester như chất lỏng cắt Những loại dầu thực vật có khả năng bôi trơn tuyệt vờivà đặc tính hòa tan tự nhiên cao Hơn nữa, dầu thực vật rất thân thiện với môitrường (www.horkos.co.Jp).

Một số các công trình nghiên cứu điền hình gan đây:1- Anh hưởng của các thông SỐ công nghệ trong bôi trơn toi thiểu tới độ mondao và độ nhám bê mặt trong Phay thép rèn Trường Cơ khí va Tự động hóa, Daihọc Beihang, Bắc Kinh, Trung Quốc( tháng 12/2011) [4]

Trong nghiên cứu này, các tác động của chế độ khác nhau của dầu bôi trơn, tứclà, cách sử dụng tưới tràn thông thường, cắt khô và sử dụng kỹ thuật bôi trơn số

lượng tối thiểu (MQL) sử dụng dao Endmill phay thép rèn (50CrMnMo), đượcnghiên cứu Sự ảnh hưởng của các thông số MQL tới mài mòn dụng dao và độnhám bé mặt cũng được thảo luận Thông số MQL bao gồm: hướng vòi phun so vớihướng cắt, góc cao đầu phun, khoảng cách từ đầu vòi phun tới vùng cắt, áp suất khívà tốc độ dòng chất bôi trơn Các kết quả điều tra cho thấy răng kỹ thuật MQL làmgiảm sự hao mòn dao và giảm giá trị độ nhám bé mặt so với những điều kiện tướitràn thông thường và cắt khô Dựa trên các cuộc điều tra hình thái phoi và mau sặc,kỹ thuật MQL làm giảm nhiệt độ cắt đến một mức độ nào Vị trí tương đối của đầuvòi phun so với hướng cất là 120 °, độ cao góc 60 ° và khoảng cách từ đầu vòi phuntới vùng cắt là 20 mm, giúp kéo dai tuổi thọ dao và giảm giá trị độ nhám bẻ mặt.

2- Toi wu hóa các điều kiện bôi trơn toi thiếu và các thông số cắt khi phaythép cứng AISI H13 The-Vinh Đỗ và Quang-Cherng Hsu , Bộ Cơ khí, Đại họcKhoa học Ứng dụng Quốc gia Kaohsiung, Đài Loan(ngày 16 tháng 3 năm 2016).[5]

Nghiên cứu này được chia thành hai phan Trong phan đầu tiên của nghiên cứunày, các phương pháp Taguchi đã được áp dụng để tìm các giá trị tối ưu của tìnhtrạng MQL trong phay thép cứng AISI H13 với việc xem xét giảm độ nhám bề mặt.Cac mảng trực giao LY, tỉ lệ tín hiệu tới vòi phun(S / N) và phân tích phương sai(ANOVA) được sử dụng dé phân tích ảnh hưởng của các đặc tính hiệu suất của cácthông số MQL (loại dầu tưới nguội, áp suất và lưu lượng chất lỏng) cho việc giacông tinh bề mặt.Trong phần kết quả, chất bôi trơn và áp lực của tình trạng MQLđược xác định là những yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất trong đó cung cấp một hiệuquả đáng ké về mặt thống kê trên các bề mặt gia

3- Khảo sát thực nghiệm và toi wu hóa làm nguội toi thiểu khi phay hợp kimnhôm 6061 MS Najiha, MM Rahman và K Kadirgama khoa cơ khí Đại hocPahang Malaisia (7/2015).|6|

Nghiên cứu này trình bày việc tối ưu hóa mòn hông dao trong điều kiện làmnguội tối thiểu khi gia công bang dao phay Endmill với hợp kim nhôm 6061.Cácthông số quá trình bao gồm vận tốc cắt, chiều sâu cắt, vận tốc tiến dao và tốc độdòng chảy MQL được lựa chọn để nghiên cứu phát triển một mô hình tối ưu chomòn hông dao dựa trên các thuật toán di truyền

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bôi trơn tối thiểu trong nước.Trong nước những năm gan đây, yêu cầu về gia công tinh đạt độ nhăn bóng bềmặt có độ chính xác cao, tiết kiệm dầu bôi trơn, giảm thiêu chất thải ô nhiễm môitrường, đang được chú ý và phát triển Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụngcông nghệ bôi trơn tối thiểu nhằm tăng tuôi thọ dao cắt, độ nhăn bóng bề mặt hầunhư chưa được quan tâm so với những mặt tích cực mà phương pháp này mang lại (an toàn về vệ sinh, kinh tế và có ý nghĩa khoa hoc ).

Những công trình nghiên cứu trong nước như:1- Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số bôi trơn - làm nguội toi thiểu đến quảtrình tiện cứng thép 9XC - Luận án tiến sĩ của Lê Thái Sơn thuộc đại học TháiNguyên vào năm 2012 Đề tài đã Quy hoạch thực nghiệm tìm được quan hệ giữalực cắt, độ mòn dụng cụ cắt, chiều cao nhấp nhô bề mặt chỉ tiết với thời gian giacong, xac dinh duoc tudi bền của dụng cụ trong điều kiện MQL dùng dầu lạc dé tiệncứng thép 9XC Xây dựng được quan hệ giữa áp suất dòng khí, lượng dung dịchtiêu hao với độ mòn, tuổi bên dụng cụ cắt và chiều cao nhấp nhô bé mặt chỉ tiết giacông [7]

Nghiên cứu này đã chỉ ra được bộ thông số lưu lượng áp lực hợp lý khi tiệncứng thép 9XC dùng dâu lạc, lưu lượng và áp lực phun khi bôi trơn - làm nguội tốithiêu (MQL) đến các thông số công nghệ như: Lực cắt, mòn, tudi bền dụng cụ cắt,chất lượng bé mặt chỉ tiết trong quá trình tiện cứng một lĩnh vực mới hiện nay cácnhà khoa học đang tập trung nghiên cứu dé thay thế công nghệ mai trong gia côngtỉnh Nghiên cứu chứng minh được ưu điểm vượt trội của công nghệ MQL so vớigia công khô khi tiện cứng thép 9XC, khi MQL dùng emulsion pha 10% trong nướccất tuoi bền của dao tăng 20% và khi MQL dùng dau lạc tuôi bên của dao tăng 46%SO VỚI gia công khô.

Đặc biệt là hiệu quả về kinh tế và bảo vệ môi trường Tìm và chứng minh đượckhả năng MQL của dau lạc khi tiện cứng thép 9XC loại dầu nay vừa có tác dụngMQL rất tốt có kha năng giảm lực cắt

2-Anh hưởng của bôi trơn làm nguội tôi thiểu đến độ nhám bê mặt trong giacông cao toc - luận văn thạc sĩ-Nguyễn Ngọc Quỳnh, thuộc Dai học Bách Khoa

TP.HCM 2011 Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ (góc xoaycủa đầu vòi phun so với hướng cắt, tỉ lệ emulsive trong nước, lưu lượng emulsive)đến độ nhám bé mặt trong gia công cao tốc [8].

3-Anh hưởng của các thông số công nghệ trong bôi trơn-tưới nguội toi thiểuđến mòn và tuổi bên dao khi phay lăn răng đĩa xích - luận văn thạc sĩ-Đặng vănThanh, thuộc Dai học Thái Nguyên 2011 Đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suấtdòng khí nén đến mòn dao và tuổi bền dao lăn răng [9]

4-Anh hưởng cua bồi tron-tudi nguội toi thiếu đến mon và độ nhám bê mặt chitiết khi phay phăng thép đã tôi bằng dao phay mặt đấu cacbit - luận văn thạc sĩ-ĐỗNhư Hoàng, thuộc Đại học Thái Nguyên 2009 Đã nghiên cứu ảnh hưởng của cácloại dung dich làm nguội đến mòn va đọ nhám bề mặt khi phay phang thép đã tôibăng dao phay mặt dau.[10]

5- Anh hưởng của bôi trơn toi thiểu (MOL) đến mòn dụng cụ cat và nhám bêmặt khi tiện tinh thép 9 CrSi (9XC) đã qua tôi - Luan văn thạc sĩ của Hoàng XuânTur , thuộc đại học Thái Nguyên 2009 Sử dụng thành công dau thực vật sẵn có ởViệt Nam vao tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu Kết quả nghiêncứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp tiện tỉnh cứng sử dụngcông nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô [11]

1.4 Khuyết điểm và hạn chế:Trên cơ sở đánh giá, phân tích tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụngcông nghệ bôi trơn tối thiểu, những điểm chính có tính mới nhất trong lĩnh vựcnghiên cứu có thể rút ra:

> Với những ưu điểm về kinh tế, môi trường và công nghệ Công nghệ bôi trơntối thiểu đã và đang phát triển nhanh chóng, đạt được những thành tựu to lớn,nhiều công ty đã ứng dụng và kết hợp thành công các công nghệ tiễn tiến nàyđể sản xuất Vì vậy việc kế thừa và phát huy để có thể tìm ra được ảnh hưởngcủa các thông số công nghệ ( khoảng cách từ đầu vòi phun tới vùng gia công,góc cao của đầu phun, lưu lương phun, vận tốc dòng chảy dau, áp suất dòngkhí nén, hướng của đầu vòi phun so với hướng cắt) khi phay biên dạng ngoài(outside) trong bôi trơn tối thiểu phù hop với điều kiện sản xuất ở nước ta là

một nhiêm vụ hoàn toàn có thê thực hiện được.> Cac thông số co bản về MQL là thành phân dung dịch, nông độ dung dịch,

độ nhớt của chất bôi trơn, áp suất dòng khí và lưu lượng dung dịch đã đượcnghiên cứu và ảnh hưởng của các thông số này đến độ nhám bé mắt gia công,nhưng chưa đủ, ví dụ như hướng đặt đầu phun, góc của vòi phun so vớihướng cat, khoảng cách từ dau vòi phun tới vùng cắt, góc cao của đầu vòiphun, kích thước hạt sương khi phun, lưu lượng Hơn nữa việc nghiên cứuchỉ dừng lại ở phay phang, chưa nghiên cứu tới ảnh hưởng của các thông sốnày khi phay biên dạng ngoài (outside) Do đó, việc nghiên cứu, thựcnghiệm thêm cho vẫn đề này là cân thiết

> Khó khăn của dé tài là hệ thông máy móc thiết bị ở nước ta chưa được đồngbộ, sản xuất nhỏ lẻ, và thói quen sử dụng tưới nguội thông thường của cáccông ty, các nhà máy Vì vậy cần phải nghiên cứu tìm ra các thông số côngnghệ phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam mà vẫn đảm bảo đượcnhững tính năng của công nghệ này.

1.5 Tinh cấp thiết của đề tài.Do yêu cau đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng sản phẩm và sự phát triển củakhoa học công nghê, trong gia công cơ khí thì vận tốc cắt và vận tốc chạy dao là rấtlớn do đó dụng cụ cắt sẽ mòn rất nhanh, đây chính là nguyên nhân dẫn đến độ nhãnbóng bề mặt chỉ tiết gia công tỉnh không cao Tuổi thọ của dụng cụ cắt bị rút ngắnsẽ dẫn đến chất lượng của sản phẩm bị giảm cũng như biên dạng sản phẩm bi sailệch so với thiết kết Nguyên nhân thúc đây quá trình mòn và mòn phá hủy diễn ranhanh là do ma sát và nhiệt độ sinh ra trong quá trình cắt Chính vì vậy, cần phải sửdụng dung dịch trơn nguội nhằm giảm nhiệt độ ở vùng cắt Bởi vì dung dịch trơnnguội có khả năng làm giảm ma sát trong vùng cắt, tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạnchế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt Đảm bảo nhiệt độ ở vùng cắtluôn 6n định Giúp vận chuyên phoi ra khỏi vùng cắt dé dàng Tuy nhiên, việc sửdụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công hiện nay cho thấy nhược điểmcủa nó là gây 6 nhiễm môi trường và độc hại đôi với người lao động.

Trong một số trường hợp thì việc sử dụng dung dịch trơn nguội sẽ gây nênhiện tượng sốc nhiệt cho lưỡi cắt của đao.

Ngoài ra, trong quá trình gia công chế tạo các chỉ tiết máy khi sử dụng dungdịch trơn nguội dé giải quyết các van dé do nhiệt gây ra, các nhà sản xuất đã nhậnthấy những nhược điểm mà phương pháp này có:

> Gây ô nhiễm môi trường

> Độc hại với người lao động

> Chi phí cao.

> Mat thời gian làm sạch phôi, dung cụ và may moc.Trường hop gia công không sử dung dung dich trơn nguội được gọi là gia côngkhô (Dry machining) Khi đó, máy phải có khả năng tản nhiệt nhanh, không chấtđống phoi khô nóng và không tích lũy nhiệt ở bất kỳ khu vực nào của máy vì phoicó thể gây nên sự quá nhiệt trong máy Các hạt bay lơ lửng phải được hút chânkhông ra khỏi máy Bộ phận dẫn hướng của máy phải được làm kín nhằm ngănchặn sự xâm nhập của bụi sinh ra từ phoi Thêm vào đó, máy gia công khô nàycần có khu vực gia công được thiết kế biệt lập với khung máy nhăm tối thiểu sựgiãn nở nhiệt do khung máy tiếp xúc với phoi nóng

Phương pháp gia công khô đòi hỏi năng lượng sử dụng cho quá trình cắt rấtlớn Phương pháp tưới tràn truyền thống có lực cắt và nhiệt sinh ra trong quá trìnhcắt nhỏ hơn so với phương pháp gia công khô Do vậy, khi sử dụng phương phápgia công khô sẽ làm giảm tuôi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi giacông tinh lần cuối, dé khắc phục nhược điểm này cần phải giảm tốc độ chạy dao vachiều sâu cắt, điều này dẫn đến năng suất cắt giảm xuống Nhìn chung, phươngpháp gia công khô có ưu điểm nhưng đòi hỏi phức tạp về thiết kế

Dé khắc phục các nhược điểm của phương pháp làm nguội bằng tưới tràn vàphương pháp gia công khô người ta đưa ra phương pháp bôi trơn tối thiểu(Minimum Quantity Lubrication - MQL) Phương pháp nay không chỉ có ý nghĩabảo vệ môi trường, mà còn thể hiện khả năng gia công Nhưng những ảnh hưởngcủa các thông sô trong MQL vân chưa do dàng Do vay mà việc nghiên cứu và ứng

dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu (Minimum Quantity Lubricant - MQL) cho quátrình gia công là cấp thiết và cần được phát triển.

Ở Việt Nam những năm gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôitrơn tối thiểu trong gia công hầu như chưa được quan tâm so với những lợi ích vềmôi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp này mang lại Vì vậy tôichọn dé tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn toi thiếu tới độ nhám bê mặt khigia công biên dạng ngoài phang (outside) thép hợp kim SKD11 bằng dao phayngón trên máy phay”.

1.6 Mục tiêu luận văn.Mục tiêu của luận van là xây dựng phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệđộ nhám bề mặt sau gia công với các thông số công nghệ của phương pháp bôi trơnlàm nguội tối thiểu( khoảng cách từ đầu vòi phun tới vùng cắt, góc của đầu vòi phunso với hướng cat, tỉ lệ emulsive trong nước) khi gia công tinh biên dạng ngoàiphăng (outside) thép hợp kim SKD 11 trên máy phay

Thực nghiệm đa yếu tô dé đánh giá ảnh hưởng tong thé của các yếu tô đối vớiđộ nhám bề mặt

1.7 Y nghĩa khoa học của luận vănNghiên cứu và ứng dụng thành công phương pháp bôi trơn tối thiểu vàonguyên công phay tỉnh biên dạng ngoài phăng (outside) thép hợp kim SKD II trongquá trình gia công, đóng góp bé xung thêm kiến thức về công nghệ gia công cat got.Cung cấp thêm các kiến thức thực nghiệm về chất lượng bề mặt khi gia công tỉnhbiên dạng ngoài phang, trong điều kiện bôi trơn tối thiểu

Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc làm tài liệu tham khảo và sétay tra cứu các thông số công nghệ trong bôi trơn tối thiéu

1.8 Ý nghĩa thực tiễn của luận vănCông nghệ bôi trơn tối thiểu là công nghệ được áp dụng rất rộng rãi trên thếgiới và đang phát triển ngày càng nhiều ở Việt Nam Việc áp dụng phương phápnày vào thực tế sản xuất tại Việt Nam sẽ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảmtác hại đối với công nhân vận hành máy, giảm lượng tiêu tốn dung dịch bôi trơn, từ

đó làm giảm chỉ phí sản suất, kết hợp với những hiệu quả về kỹ thuật của phươngpháp này, sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn.

Là kiến thức thực tế, góp phần hình thành số tay tra cứu các hệ số liên quangiữa thông số bôi trơn làm nguội tối thiểu và độ nhám trong điều kiện sản xuất thựctế tại Việt Nam Từ đó giúp tiết kiệm kinh phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm,nâng cao năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp Viết Nam trên trường quốc tế.Ngoài ra còn có thé phục vụ cho việc nghiên cứu ở các Viện, các trường Dai hoctrong nước

Chương 2: CƠ SỞ LY THUYET

2.1 Gia công cắt gọt khi phay

2.1.1 Khái niệm chungPhay là một trong những phương pháp gia công kim loại được dùng phố biếnnhất, nó đã trải qua một thời kỳ dài phát triển, được nhiều học giả quan tâm nghiênCứu.

Phay là một quá trình gia công bằng việc sử dụng các lưỡi cắt quay để loại bỏcác phần vật liệu từ phôi ban đầu

Dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngoài những đặc điểmcủa phương pháp tiện, còn có những đặc điểm sau đây: [11]

> Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do có đồng thời nhiều lưỡi cắt.> Lưỡi cắt của dao phay không làm việc liên tục, mặt khác khối lượng

thân dao thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt.> Diện tích cat khi phay thay đối, do đó lực cắt thay đổi gây rung động

trong quá trình cắt.> Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập

và rung động.Có hai loại cơ bản trong nguyên công phay: Phay mặt và phay biên dạng.

Dao phay ngày càng được phát triển và cải tiến, đã xuất hiện nhiều loại khácnhau như: Dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay đĩa cắt đứt, dao phay ngón,dao phay góc, dao phay định hình

2.1.2 Phân loại dao phayPhân loại theo khả năng công nghệ: Dao phay phang, dao phay rãnh, dao phayđịnh hình, dao phay bánh răng và ren, dao phay các chỉ tiết tròn xoay, dao phay cắtdứt

chắp, đầu dao lắp ghép.> Theo phương pháp kẹp chặt dao: dao phay có lỗ, dao phay chuôi trụ hay

con.

2.1.3 Vật liệu chế tạo dao phay.Đặc tinh của dụng cụ cat ảnh hưởng rất lớn tới năng suất gia công va chatlượng bể mặt của sản phẩm sau gia công, trong quá trình gia công phan lưỡi cắt củadụng cụ cắt trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để hình thành phoi, vì vậy ngoài những đặctính về hình dang hình học phủ hợp thi vật liệu làm dụng cu cắt phải đảm bảo đượccác đặc tính:

> Tinh năng cắt: Dam bao độ cứng, độ bền cơ học, độ bên nhiệt, độ dẫnnhiệt, tính chịu mòn.

> Tính công nghệ: Là khả năng cho phép tạo hình dễ dang, thuận tiện choviệc chế tạo và phục hồi tính năng của dung cụ cắt trong sản xuất

> Tính kinh tế: Giá cả phải phù hop với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chỉtiết cần gia công, chủng loại phải đa dạng

2.1.4 Các thông số hình học của dao phay ngónDao phay ngón là loại dao nhiều lưỡi cắt, được sử dụng trong nguyên côngphay, để tạo hình các chỉ tiết máy

| * wee `“ GMF66120 YG ee

— 1=

HIN ZA

Hinh 2 3: Dao phay ngonCác lưỡi cắt được chế tạo về co bản giống như các dao tiện ngoài có lưỡi catchuyên tiép Phan than

Phan cit 11an cất ' Sy

6

Phương chạy dao

Hình 2 4: Các thành phân cơ bản của một dao tiện

Mặt trước (1): Là mặt mà phoi tiếp xúc và theo đó thoát ra trong quá trình cắt.Mặt sau chính(2): Là mặt mà dao đối diện với mặt chỉ tiết đang gia công.Mặt sau phụ(3): Là mặt mà dao đối diện với mặt chỉ tiết đã gia công.Các mặt này có thé là mặt phăng hoặc cong, giao tuyến của chúng tạo thànhcác lưỡi cắt.

Lưỡi cắt chính (5) là giao tuyén cua mặt trước va mặt sau chính, lam nhiệm vutrực tiếp tạo ra phoi trong quá trình cắt

Lưỡi cắt phụ (6) là giao tuyến của mặt trước và mặt sau phụ, trong quá trìnhcắt, một phan lưỡi cắt phụ cũng làm nhiệm vụ tạo ra phoi trong quá trình cắt

Phần nối tiếp giữa các lưỡi cắt gọi là mũi dao, mũi dao có thể nhọn hoặc bánkính (0.1~0.2 mm).

Hình 2 5: Các thông số hình học của phần cắtGóc trước chính y là góc đo giữa mặt trước và mặt đáy do trong tiết diệnchính, góc y ảnh hưởng đến quá trình thoát phoi

Góc sau chính a là góc giữa mặt sau chính và mặt cắt đo trong tiết diện chính,góc này luôn dương, ảnh hưởng tới vẫn đề ma sát khi cắt

Hai góc z va ala hai góc độc lập, được chọn tùy thuộc vào vật liệu, chấtlượng bề mặt gia công

2.1.5 Các yếu tô của lớp cắt

Phôi | “®4= |

Hình 2 6: Các yếu tô của lướp catb bề rộng lớp cắt

To chiều day lớp cắt trước khi cắt.Tc chiều dày lớp cắt sau khi cat

œ góc trước.vy goc sau.8 góc của mat truot.

2.1.6 Quá trình hình thành phoi

Hình 2 7: Quá trình hình thành phoiCó một sự khác biệt giữa mô hình trực giao và quá trình gia công thực tế[12]

> Quá trình biến dạng trượt không xây ra trên một mặt mà xây ra trên mộtvùng.

> Ngoài biến dạng trượt xây ra trên vùng trượt còn có một hoạt động trượtkhác diễn ra trên phoi sau khi nó đã được biến dạng gọi là vùng trượtthứ hai.

> Hình dạng của phoi thì phụ thuộc vào loại vật liệu được gia công vađiêu kiện cat của nguyên công.

2.1.7 Các loại phoi cơ bản trong quá trình gia côngTrong thực tế gia công thường tôn tại 4 dạng phoi điển hình: Phoi vụn, phoidây, phoi dây có lẹo dao, phoi xếp [12]

a Phoi vụn:Đối với các loại vật liệu (đồng, gang ).Vận tốc cắt thấp

Ma sát và nhiệt ở đầu dao lớn.

Đối với các loại vật liệu dẻo (thép cacbon thấp)Tốc độ cắt cao, chiều dày cắt nhỏ

Biến dạng và lực cat trên dao thấp.Ma sát nhỏ.

Al)

Bê mặt tốt sau gia công

LN NNN Bé mặt tốt.

Hình 2 9: Phoi dayc Phoi dây có leo dao:

Y Đối với các loại vật liệu dẻo (thép cacbon thấp)* Vận tốc cat từ thấp tới trung bình

v Ma sát giữa dao và phoi gây ra một vùng dính vào mặt trước dao ( gọi

là lẹo dao).VY Leo dao theo chu kỳ ( hình thành sau đó mất đi )

Hạt lẹo đao trên bê

mat moi tạo thành

Hình 2 10: Phoi day co leo daod Phoi xếp:

Y Đối với các loại vật liệu kim loại khó gia công (hợp kim titan, inoxaustenitic )

V Khi gia công tại vận tốc cao.* Hình thành với chu kỳ xen kẽ nhau ( đường trượt cao rồi tới đường

a bHình 2 12: Các lực tác động khi phay(a: lực tac động lên phoi, b: lực tác động lên

đao)

Mòn ban kính mii

Hình 2 14: Mòn hốc và mòn cạnh dao

Các cơ chế gây mòn dao trên bề mặt tiếp xúc giữa dao-phoi, dao-phôi baogồm:

> Mai mòn.> Dinh.> Khuyéch tan> Tác dụng hóa học.> Biến dạng dẻo.2.2 _ Bội trơn làm nguội khi phay

2.2.1 Các phương pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọtTrong gia công cắt gọt thì bôi trơn tưới nguội là một thành phần quan trọngtrong quá trình gia công, với mức độ ảnh hưởng khác nhau tùy thuộc vào từngphương pháp tưới nguội Trong gia công cắt gọt thông thường có các loại bôi trơntưới nguội sau: [13]

s* Phương pháp bôi trơn - làm nguội tưới tràn:Là phương pháp được dùng phố 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 tốt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ với

đặc biệt, tăng chi phi cho làm sạch trước khi đưa ra môi trường.> Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội

> Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt

s* Phương pháp gia công khô:* Ưu điểm:

> Không gây ô nhiễm môi trường.> Không hao tốn dung dịch trơn nguội> Máy không cần trang bị hệ thống bôi trơn.* Nhược điểm:

> Nhiệt độ vùng cắt lớn.> Lực cắt lớn hơn so với gia công ướt.> Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công, phương pháp nay chi ứng dụng

cho một số vật liệu nhất định.* Phương pháp bôi trơn — làm nguội tối thiểuKhái niệm về bôi trơn với lượng toi thiếu: Bôi trơn tôi thiểu (MinimumQuantity Lubrication - MQL) là quá trình làm mát khi cắt got trong gia công cơ khí(gồm dao cắt, phôi, phoi, máy) bằng cách sử dụng dòng khí áp lực cao trộn với thểtích dung dịch bôi trơn, phun với lượng nhỏ vào vùng xuất hiện nhiệt cắt, nhằm bôitrơn và ngăn lượng nhiệt sinh ra tích tụ vào dao và phôi.

*Ưu điểm:> Lượng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20 % so với lượng

dung dịch sử dụng theo phương pháp tưới tràn, do đó, làm giảm chiphí chế tạo chất bôi trơn làm nguội

> Hiệu quả bôi trơn, làm nguội cao nên giảm lực, giảm nhiệt dẫn đếnnâng cao chất lượng sản phẩm

> Tiết kiệm dung dịch trơn nguội, giảm ô nhiễm môi trường.> Đảm bảo tuôi bên của dụng cụ cắt

> Phoi sạch, không gây 6 nhiễm môi trường

> Không gian làm việc sạch.* Nhược điểm:

> Khó vận chuyền phoi ra khỏi vùng cắt.> Nhiệt độ chỉ tiết cao

2.3 Bôi trơn va làm nguội tối thiểu

2.3.1 Khái niệm về MQLKhái niệm về bôi trơn với lượng tối thiểu: Bôi trơn tối thiểu (MinimumQuantity Lubrication - MQL) là quá trình làm mát khi cắt gọt trong gia công cơ khí(gồm dao cắt, phôi, phoi, máy) bằng cách sử dụng dòng khí áp lực cao trộn với thểtích dung dịch bôi trơn phun với lượng nhỏ vào vùng xuất hiện nhiệt cat, nhằm bôitrơn và ngăn lượng nhiệt sinh ra tích tụ vào dao và phôi [13]

Các thông số đặc trưng cho MQL bao gồm: Thành phần dung dịch, nồng độdung dịch, độ nhớt của chất bôi trơn, áp suất dòng khí và lưu lượng dung dịch, gócđộ vòi phun so với hướng cắt, góc cao của vòi phun, khoảng cách từ vòi phun tớivùng gia công

Dung dịch được phun vao vùng gia công với một áp suất nhất định, chuyểnmột lượng nhỏ dung dịch vào vùng cat với một tốc độ cao (250~300 m/phut), chúngcó tác dụng bôi trơn và làm nguội rất hiệu quả

Tác dụng hút nhiệt của phương pháp bôi trơn và làm nguội tối thiểu là rất cao,dùng phương pháp này cho phép nâng cao tuổi bền của dao thép gió và dao hợp kim

2.3.2 Boi trơn làm nguội tôi thiểu khi phay biên dạng ngoài bang dao

phay ngón.Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu ngày càng trở nên phố biến không chỉdo sự thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí ma còn ở khả năng công nghệ

Tuy nhiên dé đạt được sự hiệu quả tối ưu trong công nghệ này là một van đềphức tạp, đặc biệt la trong gia công tinh biên dạng ngoài.

Do biên dạng ngoài thường rất phức tạp với những hình dáng hình học khácnhau nên việc bé trí vị trí của vòi phun so với vùng cat và các thông số của nó là hếtSức quan trọng.

2.3.3 Các loại dung dich được sử dụng trong bôi trơn làm nguội tối

thiểu.Yêu cầu của dung dich tưới nguội trong công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểuđòi hỏi những yêu cầu riêng biệt so với các phương pháp khác như: Đảm bảo tínhhiệu quả, thân thiện với môi trường và tính kinh tế [1]

Các nhóm dung dịch thường được sử dụng trong công nghệ bôi trơn làm nguộitôi thiểu:

a) Este tổng hợp: Loại này phù hợp cho tất cả các quá trình gia công,trong đó tác dụng bôi trơn giữa dao-phôi hơn là tách phoi.

b) Các loại cồn béo: So với các loại dầu este, chúng có độ nhớt tương tựnhưng có điểm bốc hơi cao hơn, ngược lại với các loại dầu este, chúngcung cấp bôi trơn ít hơn

2.3.4 Các phương pháp bồ trí vòi phun trong công nghệ bôi trơn va

làm nguội tối thiểu(MQL)Đề đạt được hiệu quả cao trong phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu thìphụ thuộc vào nhiều yếu tô trong đó phương pháp bố trí vòi phun đóng vai trò quantrọng, dưới đây là một số phương pháp bố trí vòi phun: [14]

a Bồ trí vòi phun bang cách phun vào mặt trước của dao.> Ưu điểm:

Dễ bó trí vòi phun.Dễ điều chỉnh hướng của vòi phunPhoi được day ra theo hướng thuận lợi nhất bởi áp lực khí và áp lực khí và áplực dau bôi trơn

Hiệu quả bôi trơn làm nguội vùng ma sát mặt trước với phoi là lớn nhất khigóc trước dao hợp lý.

> Nhược điểm:Khó xâm nhập vào vùng cắt và lưu lượng phun đòi hỏi lớn.Việc bôi trơn và làm nguội gặp khó khăn ở vung ma sát mặt sau dao với chitiệt.

Phương pháp nay hoàn toàn không thực hiện được khi tiện cắt rãnh và cắt đứt

b Bố trí vòi phun băng cách phun vào mặt sau của dao> Uu điểm:

Nhiệt độ giảm nhanh chong Tăng tuôi bền dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt.Dung dich được đưa vào tất cả vùng cắt

> Nhược điểm:Khó khăn trong việc bồ trí và điều chỉnh vòi phunKhó đảm bảo được hướng phun khi sản xuất thực tếCan phải lắp đặt thêm thiết bị chuyên dụng

Phoi sẽ bị dòng khí đây theo chiều không mong muốnc Bồ trí vòi phun bằng cách phun theo phương pháp tuyến với chỉ tiết> Uu điểm:

Không gian bố trí vòi phun dé dàngDung dịch sẽ được đưa vào gập vùng cắt vì khi áp lực khí đủ lớn sẽ nâng cánhphoi lên đồng thời sẽ làm phoi quay, giúp phoi trượt trên mặt trước của dao nhưchiếc cano đang lướt trên mặt nước phang lặng

> Nhược điểm:Khả năng bôi trơn sẽ không được tối ưu khi mà lưu lượng và áp lực khí khôngđủ lớn.

Nếu chiều dày phôi lớn thì khả năng nâng phoi sẽ không tốt.d Bố trí vòi phun bang cách bố trí nhiều vòi phun vào vùng gia công.Đối với phương pháp bôi tron làm nguội tối thiểu thì cách bố trí nhiều vòiphun khó dẫn dung dịch vào vùng gia công, nếu thực hiện được thì cần phải cólượng khí nén lớn, vì vậy tùy thuộc vào không gian gia công và phương pháp giacông mà bồ trí vị trí đầu phun cho thích hợp