nghiên cứu ảnh hưởng của các thông công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền của dao phay khi phay lăn răng đĩa xích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 1 - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO PHAY KHI PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH ĐẶNG VĂN THANH THÁI NGUYÊN, 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 2 - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG VĂN THANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO PHAY TRONG PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên, 2011 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Trần Minh Đức HỌC VIÊN Đặng Văn Thanh KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 3 - LỜI CAM ĐOAN Với danh dự là một giảng viên đại học tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Trừ những phần tham khảo đã được ghi rõ trong luận văn. Tác giả ĐẶNG VĂN THANH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 4 - LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn TS. Trần Minh Đức, Trưởng phòng Đào tạo - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, thầy hướng khoa học của tôi về tình cảm, sự tận tình dành cho tôi trong nghiên cứu, những đóng góp quý báu của Thầy trong nghiên cứu và viết luận văn đã giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ vô tư của TS. Nguyễn Văn Hùng Giám đốc Cty TNHH cơ khí Thuận Phát về cơ sở vật chất, dụng cụ, định hướng trong nghiên cứu khoa học trong suốt thời gian làm luận văn. Tôi muốn được cám ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên, Bộ môn Chế tạo máy, Trung tập thí nghiệm đã dàng cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tôi muốn được bày tỏ lòng biết ơn đến cán bộ, công nhân Cty TNHH cơ khí Thuận Phát về những giúp đỡ quý báu tạo điều kiện cho tôi thực hiện thí nghiệm tại cty. Học viên ĐẶNG VĂN THANH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 5 - MỞ ĐẦU Trang 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 3. Mục đích của nghiên cứu 2 4. Đối tượng nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………….2 6. Nội dung của luận văn 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG RĂNG VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TRONG GIA CÔNG RĂNG 1.1 Quá trình tạo phoi trong cắt kim loại 3 1.2 Sự hình thành biên dạng răng trong gia công răng sử dụng dao phay lăn trục vít. 4 1.3 Sự hình thành phoi trong gia công răng bằng dao phay lăn trục vít 5 1.4 Lực cắt trong quá trình phay lăn răng 7 1.5 Nhiệt cắt 9 1.5.1 Nhiệt sinh trong vùng biến dạng thứ nhất (Q AB ) 10 1.5.2 Nhiệt sinh trên mặt trước (Q AC ) 10 1.5.3 Nhiệt sinh ra trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (Q AD ) 1.6 Mòn dụng cụ cắt 12 1.6.1 Khái niệm 12 1.6.2 Mòn dụng cụ và cách xác định 13 1.6.3 Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 15 1.6.4 Mòn dụng cụ phủ 18 1.6.5 Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng 19 1.6.5.1 Mòn dao phay lăn răng 19 1.6.5.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt 21 1.7 Bôi trơn làm nguội trong gia công răng 22 1.7.1 Phương pháp tưới tràn 23 1.7.2 Gia công khô (Dry cutting) 23 1.7.3 Bôi trơn làm nguội tối thiểu MQL (Minimum Quantity Lubrication) 1.8 Tổng quan về bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) ở Việt Nam, trên thế giới trong gia công răng và dự kiến hướng nghiên cứu 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 6 - 1.8.1 Khái quát về tình hình nghiên cứu trên thế giới 25 1.8.2 Khái quát về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 27 1.8.3 Dự kiến vấn đề nghiên cứu 29 Kết luận 29 Chƣơng 2. BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TRONG PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH 2.1 Đặt vấn đề 30 2.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn-làm nguội tối thiểu trong phay lăn răng đĩa xích 31 2.2.1 Ảnh hưởng của vị trí vòi phun 31 2.2.2 Ảnh hưởng của áp suất dòng khí nén 33 2.2.3 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội 34 2.3 Bôi trơn-làm nguội tối thiểu trong phay lăn răng đĩa xích 35 2.4 Gới hạn vấn đề nghiên cứu 36 2.5 Phương pháp nghiên cứu 37 Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ MQL ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO PHAY LĂN RĂNG ĐĨA XÍCH 3.1 Xây dựng hệ thống thí nghiệm 38 3.1.1 Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm 38 3.1.2 Hệ thống thí nghiệm 38 3.1.2.1 Sơ đồ nguyên lý 38 3.1.2.2 Hệ thống thí nghiệm 39 3.2 Thí nghiệm so sánh 42 3.2.1 Chế độ công nghệ. 42 3.2.2 Tiến trình thí nghiệm. 42 3.2.3 Kết quả và thảo luận 42 3.2.4 Kết luận 49 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất dòng khí nén đến mòn dao và tuổi bền dao phay lăn răng. 50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 7 - 3.3.1 Thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 50 3.3.2 Xây dựng kế hoạch thí nghiệm 51 3.3.2.1 Thí nghiệm dạng 2 k 51 3.3.2.2 Thiết kế thí nghiệm hỗn hợp tâm xoay (CCD) 53 3.3.2.3 Bài toán tối ưu không có điều kiện ràng buộc 55 3.3.2.4 Quá trình thí nghiệm 57 3.3.2.5 Kết quả và thảo luận 60 KẾT LUẬN CHUNG 1. Kết luận chung 64 2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo 64 3. Áp dụng vào thực tiễn sản xuất 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 8 - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT f: hệ số ma sát trượt giữa hai bề mặt tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô. : ứng suất tiếp giới hạn thực trên bề mặt tiếp xúc chung của các nhấp nhô. : ứng suất pháp trên bề mặt tiếp xúc A: diện tích tiếp xúc danh nghĩa của hai bề mặt. A r : diện tích tiếp xúc thực của hai bề mặt. B: là hằng số đặc trưng cho tính chất tiếp xúc của vật liệu. W: tải trọng pháp tuyến. F: lực ma sát giữa hai bề mặt P c : thành phần cày của các nhấp nhô cứng lên bề mặt mềm hơn.  o : ứng suất tiếp giới hạn của vật liệu mềm hơn ở chỗ tiếp xúc.  o : giới hạn bền của vật liệu mềm hơn. : hằng số k: hằng số  f : ứng suất tiếp giới hạn của lớp màng mỏng trên bề mặt tiếp. c: hằng số < 1.  (x) : ứng suất pháp trên mặt trước của dụng cụ cắt  (x) : ứng suất tiếp trên mặt trước của dụng cụ cắt : hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước. l: chiều dài tiếp xúc của phần dính trên mặt trước. l 1 : chiều dài tiếp xúc của phần dính trên mặt trước. n: số mũ của đường cong phân bố ứng suất pháp trên mặt trước V c : vận tốc cắt. a 1 : chiều dày phoi trước biến dạng a 2 : chiều dày phoi sau khi cắt. t 1 : chiều sâu cắt trước khi cắt trực giao t 2 : chiều sâu cắt sau khi biến dạng : góc tạo phoi : góc trước t: chiều sâu cắt. : góc sau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 9 -  1 ,  3 : ứng suất chính trong các lớp tiếp xúc theo phương vuông góc với lưỡi cắt  2 : ứng suất chính trong các lớp tiếp xúc theo phương song song với lưỡi cắt  s : ứng suất tiếp giới hạn của các lớp phoi tiếp xúc trên mặt trước V (x) : vận tốc của lớp phoi dưới cùng trên mặt trước V p : vận tốc của khối phoi : là góc ma sát trung bình trên mặt trước b: chiều rộng cắt k AB : ứng suất tiếp giới hạn trên mặt phẳng trượt  AB : ứng suất pháp tuyến trên mặt phẳng trượt F c : lực cắt theo phương vận tốc cắt F t : lực cắt theo phương vuông góc với vận tốc cắt F s : lực tác dụng trên mặt phẳng trượt A s : diện tích của vùng mặt phẳng trượt V s : vận tốc tác phoi theo phương mặt phẳng trượt F N : lực tác dụng vuông góc với mặt phẳng trượt W mpt : tổng năng lượng tiêu thụ trên mặt trước W mt : tổng năng lượng tiêu thụ trên mặt trước F mt : lực tác dụng trên mặt trước (theo phương của mặt trước) : tỷ số giữa ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trước và mặt phẳng trượt. : tỷ số giữa chiều dài tiếp xúc trên mặt trước và hình chiếu của t 1 trên mặt trước : biến dạng của vật liệu gia công. VLGC: vật liệu gia công VLDC: vật liệu dụng cụ. : góc giữa mặt phẳng trượt và hợp lực R trên mặt phẳng trượt. C: hằng số trong quan hệ tốc độ biến dạng thực nghiệm  p : tốc độ biến dạng lớn nhất trên mặt phẳng trượt l AB : chiều dài của mặt phẳng trượt.  1 và n: hằng số Q: tổng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt Q AB =Q 1 : nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - 10 - Q AC =Q 2 : nhiệt sinh ra trên mặt trước Q AD =Q 3 : nhiệt sinh ra trên mặt sau Q phoi : nhiệt truyền vào phoi Q phôi : nhiệt truyền vào phôi Q dao : nhiệt truyền vào dao Q mt : nhiệt truyền vào môi trường xung quanh : tỷ trọng của vật liệu c: nhiệt dung riêng : hệ số phân bố nhiệt từ mặt phẳng trượt vào phôi và phoi R T : hệ số nhiệt khi cắt k t : hệ số dẫn nhiệt của VLGC q 2 : tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt trước q 21 : tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt trước do ma sát của phoi với mặt trước q 22 : tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt trước do biến dạng dẻo của các lớp phoi sát mặt trước.  mt : tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trước  t : chiều dày của vùng biến dạng thứ hai K: hệ số thẩm nhiệt F c , F t là áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên vùng mòn mặt sau F cf , F tf : lực cắt tiếp tuyến và pháp tuyến đo khi dao mòn VB ave : chiều cao trung bình vùng mòn mặt sau  f : ứng suất tiếp trên vùng mòn mặt sau K c , K t : các hệ số thực nghiệm q 3 : tốc độ sinh nhiệt riêng trên mặt sau b: hệ số truyền nhiệt k: hế số dẫn nhiệt Q: lượng mòn trên một đơn vị chiều dài trượt k: hệ số xác xuất của một tiếp xúc tạo ra một hạt mài. k m : hằng số : hệ số kể đến mức độ khuyết tật của lớp màng A m : diện tích tiếp xúc trực tiếp kim loại-kim loại  p : biên độ biến dạng dẻo trong một chu kỳ N: số chu kỳ phá hủy [...]... các quá trình gia công Chƣơng 2 Bôi trơn- làm nguội tối thiểu trong phay lăn răng đĩa xích Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ bôi trơn- làm nguội tối thiểu để từ đó áp dụng trong thực tế phay lăn răng đĩa xích bước T12,7 Chƣơng 3 Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn- làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn. .. khi chọn để tài nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông công nghệ bôi trơn -làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền của dao phay khi phay lăn răng đĩa xích 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài * Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ xung lý thuyết cơ bản về bôi trơn – làm nguội tối thiểu trong lăn răng, trên cơ sở đó có thể ứng dụng cho phay bánh răng * Ý nghĩa... làm nguội tối thiểu và gia công tưới tràn khi phay lăn răng qua các chỉ tiêu về lượng mòn dao, cơ chế mòn, để từ đó tìm được các ưu điểm nổi trội của phương pháp bôi trơn tối thiểu Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam áp dụng vào quá trình phay lăn răng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu Nghiên cứu tìm ra áp suất dòng khí nén phù hợp trong bôi trơn- làm nguội tối thiểu khi phay lăn răng. .. thành phần công suất cắt của lực cắt Pz là tìm qua năng lượng riêng của quá trình cắt Công quay của dao được biểu diễn bởi công thức sau: W  2. M Z i ( 1-2 ) Trong đó: W- công gây ra bởi sự quay của dao phay lăn răng M- mô men xoắn Z- số răng của bánh răng i- số đầu mối của dao phay lăn Z/I- số vòng quay đầu cắt phay lăn trên số vòng quay của dao phay lăn Trong chu kỳ này, khi dao phay lăn quay một... dụng công nghệ MQL trong phay lăn răng đĩa xích tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 15 - http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Mục đích của nghiên cứu Đưa ra những chỉ dẫn cụ thể về thông số công nghệ MQL trong gia công lăn răng đĩa xích với điều kiện trang thiết bị trong nước 4 Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiếu (MQL) trong phay. .. 18 Hình 12 Mòn mặt trước và mặt sau dao phay lăng răng 19 Hình 13 Giá trị trung bình độ mòn dao phay lăn răng [78] 26 Hình 14 Phun vào mặt trước của dao 31 Hình 15 Phun vào mặt sau của dao 31 Hình 16 Phun nhiều vòi vào cả mặt trước và mặt sau của dao 32 Hình 17 Phun nhiều vòi vào mặt sau và dọc theo rãnh thoát phoi 32 Hình 18 Phay lăn răng đĩa xích với MQL ... thể tích vật liệu được cắt biểu diễn theo công thức: V  0,5. h.m.Z S0 ( 1-3 ) Trong đó: h- chiều cao răng (h=2,157m) S 0- lượng ăn dao/ vòng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN - 21 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Z- Số răng của bánh răng m- modul của dao phay lăn Hình 6 Hệ quy chiếu của dụng cụ khi phay lăn răng Hình 7 Hệ lực khi phay lăn răng trong hệ tọa độ T-R Năng lượng riêng được nhận như sau: U... quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm nếu có thể 6 Nội dung của luận văn Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm 3 chương và phần kết luận chung Chƣơng 1 Tổng quan về gia công răng và bôi trơn làm nguội trong phay lăn răng Chương này tổng hợp từ các nghiên cứu đã có trước về sự cần thiết của bôi trơn- làm nguội trong cắt gọt và hướng tiếp cận không sử dụng dung dịch trơn nguội. .. làm cho nền bị lộ ra Ma sát và nhiệt độ của vùng này tiếp tục tăng lên Giai đoạn 3: Vùng mòn mặt trước xuất hiện Nền của lớp phủ gần vùng mòn tiếp tục bị mềm đi làm cho lớp phủ tiếp tục bị nứt gãy và cuốn đi theo phoi Vùng mòn mặt trước phát triển rộng dần 1.6.5 Mòn và tuổi bền dao phay lăn răng 1.6.5.1 Mòn dao phay lăn răng Hình 12 Mòn mặt trước và mặt sau dao phay lăn răng Distance to the middle... ).(ln t ) ( 4-1 3) Trong thực tế tuổi bền của dụng cụ bị phân tán do các lý do sau đây: sự thay đổi độ cứng, cấu trúc tế vi, thành phần hóa học và các đặc tính bề mặt của phôi; sự thay đổi của vật liệu dụng cụ, thông số hình học và phương pháp mài; sự dao động của hệ thống máy, dao, công nghệ và việc sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình cắt [42] 1.7 Bôi trơn làm nguội trong gia công răng Như đã . các thông số công nghệ bôi trơn- làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền dao phay lăn răng đĩa xích. Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công tưới tràn khi phay lăn răng. thiết khi chọn để tài nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông công nghệ bôi trơn -làm nguội tối thiểu đến mòn và tuổi bền của dao phay khi phay lăn răng đĩa xích . 2. Ý nghĩa khoa học và. thông số công nghệ bôi trơn- làm nguội tối thiểu trong phay lăn răng đĩa xích 31 2.2.1 Ảnh hưởng của vị trí vòi phun 31 2.2.2 Ảnh hưởng của áp suất dòng khí nén 33 2.2.3 Ảnh hưởng của dung