Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số bôi trơn làm nguội tối thiểu đến quá trình tiện cứng thép 9XC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN LÊ THÁI SƠN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN QUÁ TRÌNH TIỆN CỨNG THÉP 9XC LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Thái Nguyên- 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN LÊ THÁI SƠN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN QUÁ TRÌNH TIỆN CỨNG THÉP 9XC Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 62 52 04 01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình 2. TS. Trần Minh Đức Thái Nguyên- 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Với danh dự của một Giảng viên Đại học, tôi xin cam đoan những nội dung trong luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Nội dung luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ những phần tham khảo đã ghi rõ trong nội dung luận án. TÁC GIẢ Lê Thái Sơn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CAM ƠN Trước tiên tôi xin được bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình là Thầy hướng dẫn khoa học thứ nhất của tôi về định hướng chiến lược và những ý kiến quý báu của Thầy trong suốt quá trình tôi làm nghiên cứu sinh, viết luận án. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Trần Minh Đức Thầy hướng dẫn khoa học thứ hai của tôi về tình cảm, sự tận tình thầy dành cho tôi trong nghiên cứu, những điều kiện tốt nhất thầy dành cho các công bố của tôi, những đóng góp của thầy trong nghiên cứu và viết luận án đã giúp tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin được cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và cán bộ giáo viên của hai trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo và tập thể các Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Công nghệ chế tạo máy và Khoa Cơ khí - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin được cám ơn Ban lãnh đạo, cán bộ nhân viên khoa Sau đại học- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình làm nghiên cứu sinh. Ngày 02 tháng 02 năm 2012 NCS. Lê Thái Sơn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt vi Danh mục các bảng vii Danh mục các hình và đồ thị vii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ BÔI TRƠN– LÀM NGUỘI KHI TIỆN CỨNG 5 1.1. Quá trình hình thành phoi khi cắt kim loại 5 1.1.1. Quá trình hình thành phoi 5 1.1.2. Các dạng phoi 6 1.2. Tiện cứng và những đặc điểm cơ bản 9 1.2.1. Khái niệm, đặc điểm, phạm vi áp dụng của tiện cứng 9 1.2.2. Quá trình tạo phoi khi tiện cứng 12 1.3. Bôi trơn - làm nguội khi gia công cắt gọt 14 1.3.1. Khái niệm 14 1.3.2. Phân loại 15 1.3.3. Dung dịch bôi trơn-làm nguội khi gia công cắt gọt 18 1.4. Bôi trơn-làm nguội khi tiện cứng 22 1.5. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 24 1.5.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 24 1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 29 Kết luận chương 1 29 Chương 2: ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN QUÁ TRÌNH TIỆN CỨNG 30 2.1. Bôi trơn- làm nguội tối thiểu 30 2.1.1. Khái niệm 30 2.1.2. Ưu nhược điểm 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 2.1.3. Các phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu 31 2.2. Ảnh hưởng của bôi trơn-làm nguội tối thiểu đến các thông số cơ bản của quá trình tiện cứng 33 2.2.1. Ảnh hưởng đến mòn và tuổi bền dụng cụ cắt 33 2.2.2. Ảnh hưởng đến nhiệt cắt 37 2.2.3. Ảnh hưởng đến lực cắt 39 2.3. Ảnh hưởng của các thông số bôi trơn – làm nguội tối thiểu đến quá trình tiện cứng 43 2.3.1. Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn – làm nguội đến mòn dụng cụ cắt 43 2.3.2. Ảnh hưởng cách dẫn dung dịch vào vùng cắt đến mòn dụng cụ cắt 45 2.3.3. Ảnh hưởng của khoảng cách vòi phun dến mòn dụng cụ cắt 46 2.3.4. Ảnh hưởng của áp lực dòng khí 47 2.3.5. Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn – làm nguội đến quá trình tiện cứng 52 2.4. Giới hạn vấn đề nghiên cứu 53 Kết luận chương 2 54 Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 56 3.1. Đặt vấn đề 56 3.2. Thiết kế và xây dựng hệ thống thí nghiệm 57 3.2.1. Mô hình thí nghiệm 57 3.2.2. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống 57 3.2.3. Kiểm tra thiết bị đo lực cắt 66 Kết luận chương 3 67 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI DUNG DỊCH BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH TIỆN CỨNG THÉP 9XC 68 4.1. Đặt vấn đề 68 4.2. Quá trình thí nghiệm 68 4.2.1. Trang thiết bị 68 4.2.2. Chế độ công nghệ 68 4.2.3. Xác định giá trị P và Q trong các thí nghiệm so sánh 69 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 4.2.4. Tiến hành thí nghiệm 69 4.3. Xử lý số liệu và thảo luận kết quả 70 4.3.1. Xử lý số liệu 70 4.3.2. Thảo luận kết quả 74 Kết luận chương 4 88 Chương 5: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT DÒNG KHÍ VÀ LƯU LƯỢNG DUNG DỊCH TIÊU HAO ĐẾN CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG KHI TIỆN CỨNG THÉP 9XC 89 5.1. Đặt vấn đề 89 5.2. Thiết kế thí nghiệm 90 5.2.1. Dạng hàm mục tiêu 90 5.2.2. Kế hoạch thí nghiệm 92 5.3. Tiến hành thực nghiệm 94 5.3.1. Trang thiết bị 94 5.3.2. Chế độ công nghệ 94 5.3.3. Tiến hành thí nghiệm 95 5.3.4. Kết quả thí nghiệm 95 5.4. Xử lý kết quả thí nghiệm 95 5.4.1. Kết quả thí nghiệm quy hoạch 96 5.4.2. Kết quả thí nghiệm đo mòn và tuổi bền dụng cụ cắt 103 5.4.3. Thảo luận kết quả 105 Kết luận chương 5 110 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 111 1. Kết luận của Luận án 111 2. Kiến nghị 112 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo 112 Danh mục các công trình khoa học đã đăng 113 Tài liệu tham khảo 114 Phục lục 120 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Tên gọi Đơn vị Viết tắt 1 Bôi trơn - làm nguội BT - LN 2 Hệ thống công nghệ HTCN 3 Hệ thống thí nghiệm HTTN 4 Dung dịch trơn nguội DDTN 5 Bôi trơn - làm nguội tối thiểu (Minimum quantity lubrication) MQL 6 Sai lệch trung bình profin bề mặt (nhấp nhô bề mặt) µm R a 7 Chiều cao nhấp nhô trung bình của 10 điểm µm R z 8 Lực cắt pháp tuyến N F y 9 Lực tiếp tuyến N F z 10 Lực dọc trục N F x 11 Áp lực phun at P 12 Lưu lượng tưới ml/phút Q 13 Vận tốc cắt m/phút V 14 Chiều sâu cắt mm t 15 Bước tiến dao mm/vòng s 16 Lượng mòn theo mặt trước µm B 17 Lượng mòn theo mặt sau µm h s 18 Lượng mòn µm U 19 Thời gian cắt phút τ 20 Tuổi bền của dụng cụ cắt phút T 21 Vật liệu dụng cụ cắt VLDC 22 Vật liệu gia công VLGC 23 Máy chụp SEM (Scanning electron microscope) SEM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC BẢNG Ký hiệu Nội dung Trang Bảng 2.1 Các thông số của đầu phun 47 Bảng 5.1 Phương trình hồi quy của F z , F y , R a với P và Q theo thời gian cắt 102 Bảng 5.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt tại các điểm thí nghiệm 105 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Ký hiệu Nội dung Trang Hình 1.1 Quá trình hình thành phoi 05 Hình 1.2 Các loại phoi 06 Hình 1.3 Hiện tượng lẹo dao 08 Hình 1.4 Hình ảnh quá trình tiện cứng 10 Hình 1.5 Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng 13 Hình 1.6 Ảnh chụp về các dạng mòn dao 14 Hình 1.7 So sánh công nghệ BT-LN 16 Hình 1.8 Các phần tử hoà tan trong nước 19 Hình 1.9 Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước 20 Hình 1.10 Các phân tử hoà tan dưới dạng sữa 21 Hình 1.11 Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học 21 Hình 1.12 Các phần tử hoà tan trong hợp chất dầu 21 Hình 1.13 Các nguyên lý làm việc của dung dịch bôi trơn 27 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phun dung dịch loại 1 31 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phun dung dịch loại 2 32 Hình 2.3 Các dạng mòn của dao tiện 34 Hình 2.4 Sự thay đổi mòn mặt sau của dao khi cắt khô và cắt có sử dụng MQL 35 Hình 2.5 Ảnh SEM mòn của dao hợp kim sau 45 phút khi cắt khô và cắt có sử dụng MQL 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii Hình 2.6 Các vùng sinh nhiệt chủ yếu khi tiện 38 Hình 2.7 Quan hệ giữa R a và τ khi cắt khô và khi cắt có BT-LN 41 Hình 2.8 Phun vào mặt trước của dao 45 Hình 2.9 Phun vào mặt sau của dao 46 Hình 2.10 Cách bố trí đầu phun dung dịch 47 Hình 2.11 Ảnh SEM mòn của các mảnh dao khi cắt 45 phút 48 Hình 2.12 Ảnh hưởng của dòng khí nén làm nguội tới lực cắt 49 Hình 2.13 Nhiệt độ xung quanh vùng cắt khi thay đổi điều kiện BT-LN 51 Hình. 2.14 Tác dụng của chất BT-LN đến các vùng tạo phoi 53 Hình 3.1 Mô hình hệ thống thí nghiệm 57 Hình 3.2 Dao dùng thí nghiệm 58 Hình 3.3 Mảnh dao dùng thí nghiệm 58 Hình 3.4 Phôi làm thí nghiệm 58 Hình 3.5 Hệ thống cung cấp dung dịch MQL 59 Hình 3.6 Đầu phun NOGA 60 Hình 3.7 Kích thước đầu phun dung dịch NOGA 60 Hình 3.8 Cảm biến dùng để đo áp suất 61 Hình 3.9 Thiết bị đo lưu lượng 61 Hình 3.10 Thiết bị ổn định áp suất dòng khí 62 Hình 3.11 Thiết bị cung cấp khí nén 62 Hình 3.12 Máy đo độ cứng HH-401 của hãng Mitoyo- Nhật Bản 63 Hình 3.13 Máy đo nhấp nhô bề mặt SJ – 201 của hãng Mitoyo- Nhật Bản 64 Hình 3.14 Sơ đồ đo lực cắt 3 thành phần 64 Hình 3.15 Lực kế đo lực cắt 3 thành phần 65 Hình 3.16 Kết quả đo lực cắt để kiểm tra hệ thống đo lực 66 Hình 4.1 Quan hệ giữa B và τ khi cắt khô và thay đổi dung dịch MQL 70 Hình 4.2 Quan hệ giữa h s và τ khi cắt khô và thay đổi dung dịch MQL 71 Hình 4.3 So sánh tuổi bền của dao khi cắt khô và thay đổi dung dịch MQL 71 Hình 4.4 Quan hệ giữa F z và τ khi cắt khô và thay đổi dung dịch MQL 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... chia làm 5 Chương Chương 1: Tổng quan về tiện cứng và bôi trơn - làm nguội khi tiện cứng Nghiên cứu lý thuyết cơ bản về gia công cắt gọt, về tiện cứng và BT-LN khi tiện cứng, khái quát các hướng nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước từ đó định hướng và xác định nội dung đề tài nghiên cứu Chương 2: Ảnh hưởng của MQL đến quá trình tiện cứng Nghiên cứu lý thuyết về MQL, ảnh hưởng của nó đến. .. nhược điểm của quá trình tiện cứng Cho đến nay, đã có nhiều nhà khoa học công bố kết quả nghiên cứu về công nghệ tiện cứng, tuy nhiên số lượng thành công còn hạn chế Các nghiên cứu tập trung vào một số lĩnh vực như thông số hình học của dụng cụ cắt, thông số chế độ cắt khi tiện, các hiện tượng xảy ra trong quá trình tiện cứng và các cơ chế bôi trơn đặc trưng cho quá trình tiện cứng Dựa theo các kết quả... đến quá trình tiện cứng Giới hạn được vấn đề nghiên cứu, cơ sở lý thuyết các giả thuyết khoa học, các nghiên cứu lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm, kết nối các thiết bị đo, đảm bảo các yêu cầu đặt ra, cập nhật được các thông tin chính xác Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các loại dung dịch bôi trơn- làm nguội tối. .. khi tiện cứng thép 9XC thông qua các chỉ tiêu: + Mòn dụng cụ và bản chất vật lý trong vùng cắt của quá trình tạo phoi; + Lực cắt; + Chất lượng bề mặt gia công - Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất dòng khí, lưu lượng của dung dịch trơn nguội đến một số thông số của quá trình tiện cứng như: mòn dụng cụ, lực cắt, chất lượng bề mặt sau gia công 4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên. .. dung dịch tiêu hao đến các đại lượng đặc trưng khi tiện cứng thép 9XC Nghiên cứu thực nghiệm, xử lý các số liệu thí nghiệm, thảo luận kết quả nghiên cứu, đưa ra các kết luận Phần kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ BÔI TRƠN– LÀM NGUỘI KHI TIỆN CỨNG 1.1 Quá trình hình thành phoi... có bôi trơn- làm nguội (gia công khô); Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 - Sử dụng dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào MQL khi tiện cứng thép 9XC nếu thành công nội dung nghiên cứu sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn 2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là quá trình tiện cứng thép 9XC sử dụng MQL dùng dầu lạc 3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu. .. gia công quá cao, nên thường gia công với tưới nguội - Theo đa số các phân tích đã công bố, các lớp biến trắng đều không có lợi cho độ bền sản phẩm 1.2.2 Quá trình tạo phoi khi tiện cứng Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ tiện cứng, tuy nhiên kết quả công bố còn hạn chế Các nghiên cứu tập trung vào một số lĩnh vực như thông số hình học của dụng cụ cắt, thông số chế độ cắt khi tiện, các hiện... làm nguội tối thiểu đến quá trình tiện cứng thép 9XC 1 Giới hạn vấn đề nghiên cứu MQL có thể được sử dụng cho tất cả các phương pháp gia công cắt gọt, tuy nhiên trong đề tài này, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng MQL vào tiện cứng bởi các lý do: - Tiện cứng là phương pháp gia công tinh được ứng dụng khá phổ biến hiện nay; - BT-LN tưới tràn cho tiện cứng không hiệu quả nên tiện cứng thường được... của quá trình gia công Bản chất của MQL là sử dụng dòng khí áp lực cao trộn với thể tích dung dịch bôi trơn tối thiểu phun vào vùng cắt Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là hiệu quả của quá trình gia công cao, tiết kiệm dung dịch và thân thiện với môi trường Nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng MQL vào thực tế ở Việt Nam tác giả chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số bôi trơn - làm nguội tối. .. từ công trình của Nakayama và các đồng nghiệp (1988), một số vấn đề quan trọng khác được tiếp tục nghiên cứu và làm rõ Một số nghiên cứu tập trung vào chứng minh và so sánh các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng và cơ chế hình thành phoi, ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt và vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ cắt Một trong những nghiên cứu tiếp theo có đóng góp rất lớn đến lĩnh vực này là công trình của . 2.1.3. Các phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu 31 2.2. Ảnh hưởng của bôi trơn- làm nguội tối thiểu đến các thông số cơ bản của quá trình tiện cứng 33 2.2.1. Ảnh hưởng đến mòn và. 2.2.2. Ảnh hưởng đến nhiệt cắt 37 2.2.3. Ảnh hưởng đến lực cắt 39 2.3. Ảnh hưởng của các thông số bôi trơn – làm nguội tối thiểu đến quá trình tiện cứng 43 2.3.1. Ảnh hưởng của dung dịch bôi. chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến quá trình tiện cứng thép 9XC . 1. Giới hạn vấn đề nghiên cứu MQL có thể được sử dụng cho tất cả các phương pháp