Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THU NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHI MÀI PHẲNG THÉP 9XC QUA TÔI BẰNG ĐÁ MÀI HẢI DƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ Thái Nguyên, năm 2015 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong luận văn. Tác giả Nguyễn Thị Thu 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Vũ Ngọc Pi, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn. Tác giả cũng chân thành cảm ơn Doanh nghiệp tư nhân Cơ khí chính xác Thái Hà đã tạo điều kiện thuận lợi vàgiúp đỡ tác giả rất nhiều trong quá trình tiến hànhthực nghiệm. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu và Khoa Sau đại học và Trung tâm thí nghiệm của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thànhluận văn này. Do năng lực bản thân còn có những hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Thị Thu 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Quá trình mài phẳng 3 2 Hình 1.2: Hạt mài 6 3 Hình 1.3: Kí hiệu của đá mài 10 4 Hình 1.4:Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài[3]. 15 5 Hình 1.5 Độ nhám bề mặt gia công khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm nguội khác nhau [6]. 16 6 Hình 1.6 Nhiệt độ và ứng suất dư khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm nguội khác nhau [6]. 17 7 Hình 2.1 Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung bình khi sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với 15 lượt cắt [7]. 19 8 Hình 2.2 Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung bình khi sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với 30 lượt cắt [7]. 20 9 Hình 2.3 Đồ thị hệ số lực cắt Kp khi mài thép X12M bằng đá mài CBN và đá mài thường, sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với 15 và 30 lượt cắt [7]. 20 10 Hình 2.4 Đồ thị hệ số khả năng cắt khi mài thép X12M của đá mài CBN và đá mài thường, sử dụng ba dung dịch trơn nguội với 15 và 30 lượt cắt [7]. 21 11 Hình 2.5 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al 2 O 3 và CBN [8]. 22 12 Hình 2.6. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [9]. 23 13 Hình 2.7. Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [9]. a) Nồng độ 5% b) Nồng độ 10% 24 14 Hình 2.8: So sánh R a trung bình theo chiều sâu cắt [10]. 25 15 Hình 2.9. Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại 26 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ dung dịch trơn nguội khác nhau [11]. 16 Hình 2.10. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài [12]. 26 17 Hình 2.11. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài [14]. 28 18 Hình 2.12 Ảnh hưởng của lưu lượng tới tốc độ bóc tách vật liệu [15]. 29 19 Hình 2.13 Ảnh hưởng của lưu lượng tới giới hạn năng lượng [15]. 29 20 Hình 2.14. Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác nhau [16] 30 21 Hình 2.15. Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá Al 2 O 3 và đá CBN [18]. 31 22 Hình 2.16. Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá BWA60MVA1 [19]. 32 23 Hình 3.1 : Chi tiết gia công. 35 24 Hình 3.2: Đồ gá thí nghiệm 35 25 Hình 3.3: Sơ đồ thí nghiệm 36 26 Hình 3.4: Máy đo độ nhám Mittutoyo 36 27 Hình 3.5: Đầu đo lực KISTLER. 37 28 Hình 3.6: Card A/D thu nhận dữ liệu. 38 29 Hình 3.7: Sơ đồ khối phần mềm điều khiển và xử lý số liệu DASYLAB 9.0.2 đo lực cắt. 38 30 Hình 3.8: Đồng hồ đo áp suất MR10100. 40 31 Hình 3.9: Đồng hồ đo lưu lượng Z5615. 40 32 Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180. 44 33 Hình 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề 45 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ mặt mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180. 34 Hình 3.12: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu AVANTIN361I. 47 35 Hình 3.13: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu AVANTIN361I. 49 36 Hình 3.14: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu AVANTIN 300. 52 37 Hình 3.15: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu AVANTIN300. 53 38 Hình 3.16: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu JP.Way 55 39 Hình 3.17: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu JP.Way 56 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Nội dung Trang 1 Bảng 1.1: Độ cứng của đá mài 8 2 Bảng 1.2: Cấu trúc đá mài và tỷ lệ phần trăm hạt mài 9 3 Bảng 2.1:Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al 2 O 3 và CBN [8]. 21 4 Bảng 2.2. Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi trường làm mát [5]. 24 5 Bảng 2.3: Kết quả đánh giá cho nước làm mát có chứa phụ gia [13]. 27 6 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm thép 9XC . 34 7 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180. 43 8 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề mặt mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180. 43 9 Bảng 3.4 : Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu AVANTIN 361I. 47 10 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề mặt mài khi dùng dầu AVANTIN361I. 47 11 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu AVANTIN 300. 51 12 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề mặt mài khi dùng dầu AVANTIN300. 51 13 Bảng 3.8 : Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu JP.Way. 54 14 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề 54 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ mặt mài khi dùng dầu JP.WAY. PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài - Trong gia công cơ khí, gia công bằng phương pháp mài có nhiều ưu điểm như: Mài có thể gia công với chiều sâu cắt rất nhỏ (từ (0,005÷0,1) mm), vận tốc cắt lớn (30÷50) m/s với mài thông thường và đến 200 m/s với mài cao tốc). Độ chính xác và độ bóng bề mặt sau mài đạt rất cao (cấp chính xác từ (5÷7), nhám bề mặt R a = (0,2÷3,2) μm). Đặc biệt, mài chiếm ưu thế cao khi gia công tinh các bề mặt có độ cứng, độ bền cao vv Nhờ các ưu điểm nêu trên nên nguyên công mài chiếm một vị trí rất quan trọng trong gia công cơ khí. - Các vật liệu hạt mài thông thường như oxide nhôm, silicon carbide, carbide boron, cubic boron nitride…trong đó Al 2 0 3 là đá mài được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy, phân xưởng với ưu điểm giá thành rẻ, dễ kiếm và phù hợp để gia công nhiều loại vật liệu khác nhau. Đá mài Al 2 0 3 thường dùng để mài tinh: Thép hợp kim, dụng cụ đo, khuôn dập… - Thép 9XC là mác thép được dùng phổ biến nhất của nhóm thép hợp kim. Nó thường được dùng để chế tạo các chi tiết máy có độ chính xác cao như dụng cụ cắt, dụng cụ đo, khuôn dập,… Kết quả nghiên cứu với mác thép 9XC cho phép áp dụng khi mài các thép dụng cụ khác. - Mài có vị trí rất quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo máy đặc biệt là trong gia công tinh nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu khác nhau trong lĩnh vực mài được công bố và ứng dụng có hiệu quả trong thực tế sản xuất. Để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công mài nói chung và mài phẳng nói riêng, các vấn đề về mài vẫn đang được quan tâm nghiên cứu. Từ các phân tích trên, có thể nói cho đến nay đã có nhiều nghiên cứu về bôi trơn làm mát về mài nói chung và về mài phẳng nói riêng. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về ảnh hưởng của các loại dung dịch bôi trơn làm 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ mát đến chất lượng mài khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Từ những đặc điểm và tình hình nêu trên tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương” . 2. Mục tiêu của nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Qua đó lựa chọn được loại dung dịch trơn nguội hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. - Xác định được lưu lượng và nồng độ thích hợp khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương cho chất lượng bề mặt tốt nhất. 3. Kết quả dự kiến - Xác định được mức độ ảnh hưởng của các loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Từ đó đưa ra: - Đề xuất được lưu lượng và nồng độ thích hợp khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương cho chất lượng bề mặt tốt nhất. - Đề xuất được loại dung dịch trơn nguội thích hợp khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Đề tài được tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 5. Nội dung nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu tổng quan về công nghệ trơn nguội khi mài phẳng. 5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng. 5.3 Nghiên cứu thực nghiệm. - Xây dựng hệ thống: Chọn máy, phôi thí nghiệm, đá mài, công nghệ trơn nguội, hệ thống đo lường… - Xây dựng kế hoạch thực nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm. 5.4 Viết báo cáo khoa học. 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu về gia công mài và mài phẳng Trong gia công cơ khí, gia công bằng phương pháp mài có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp cắt gọt khác khi gia công các vật liệu có độ cứng, độ bền cao, chịu nhiệt cao …và yêu cầu độ chính xác cao, độ nhẵn bóng bề mặt cao. Vì vậy nguyên công mài chiếm một vị trí quan trọng trong gia công cơ khí. Mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao. Khi mài tinh có thể đạt độ nhám bề mặt cấp (7÷8) và lớn hơn, độ chính xác kích thước cao (1÷3)µm. Hình 1.1 Quá trình mài phẳng Mài phẳng là phương pháp cơ bản để gia công tinh mặt phẳng. Nó có thể dùng để gia công lần cuối mặt phẳng đã qua tôi sau khi phay hoặc bào. Ngoài ra nó có thể thay thế cho phay hoặc bào trong sản xuất lớn hoặc để gia công các chi tiết khó định vị và kẹp chặt. Mài phẳng các bề mặt của chi tiết được thực hiện trên các máy mài phẳng bằng mặt đầu hoặc chu vi của đá. Mài phẳng cho năng suất cao vì diện tích tiếp xúc của đá và chi tiết lớn, dễ cơ khí hóa, tự động hóa, thích hợp với sản xuất loạt lớn và hàng khối, có thể mài được các chi tiết mỏng, khó định vị và kẹp chặt. Tuy nhiên do diện tích giữa đá và chi tiết gia công lớn nên quá trình mài phẳng sinh nhiệt lớn hơn so với các phương pháp mài khác nên dễ gây biến dạng nhiệt trong quá trình mài. [...]... nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN chủ yếu là do sự khác nhau về tác dụng bôi trơn của dung dịch tùy thuộc vào loại đá mài Do đó để giảm độ nhám bề mặt gia công cần chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý phù hợp với từng loại đá mài Với mỗi loại đá mài thì loại dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công qua tác dụng bôi trơn và làm mát của dung dịch Khi mài. .. phụ thuộc vào loại đá mài Do đó để giảm độ nhám bề mặt gia công cần chọn loại dung dịch trơn nguội hợp lý phù hợp với từng loại đá mài - Với mỗi loại đá mài thì loại dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công qua tác dụng bôi trơn và làm mát của dung dịch Khi mài khô bằng đá CBN thì có thể nhiệt cắt cao làm cho lớp kim loại bề mặt gia công bị thay đổi cấu trúc dẫn đến tăng khả năng biến... bôi trơn tốt hơn so với nhũ tương tổng hợp nên cho nhám bề mặt thấp hơn - Khi mài bằng đá mài CBN với 2 loại dung dịch trơn nguội thì nhận được độ nhám bề mặt gần như nhau Như vậy sự khác nhau về qui luật ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN chủ yếu là do sự khác nhau về tác dụng bôi trơn của dung dịch mà tác dụng này lại phụ thuộc vào loại đá. .. Vì vậy chất lượng bề mặt mài có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật Việc ứng dụng công nghệ trơn nguội hợp lý có tác dụng rất lớn trong việc giảm ma sát và nhiệt cắt, qua đó nâng cao được chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi mài Mài thường là nguyên công gia công tinh lần cuối nên việc sử dụng các biện pháp công nghệ trơn nguội để giảm nhiệt cắt nâng cao chất lượng bề mặt gia công được... 2 : TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN LÀM MÁT KHI MÀI PHẲNG Trong gia công cơ khí, nguyên công mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt Khi mài nhiệt sinh ra trong quá trình mài là rất lớn, có thể làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khẳ năng làm việc của chi tiết máy Nhiệt cắt khi mài ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt mài, tuổi bền và khả năng làm việc của chi... tưới nguội là nước - Khi thay đổi nồng độ nhũ tương từ (5÷10)% thì nhám bề mặt giảm nhiều (từ 0,57 đến 0,48µm) - Khi thay đổi nồng độ nhũ tương từ (10÷15)% thì nhám bề mặt cũng giảm nhưng ít hơn (từ 0,48 đến 0,41µm) Hình 2.6 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [9] Hình 2.7 là kết quả khi nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến trạng thái bề mặt gia công Từ hình 2.7 cho thấy: Khi. .. quả nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả Koji Kato, Norisugu Umehara và Minoru Suzuki về ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến mức độ biến cứng lớp kim loại bề mặt [14] Hình 2.11 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài [14] Từ đồ thị hình 2.11 ta thấy: - Khi sử dụng dung dịch tưới nguội là nước thì mức độ biến cứng lớp bề mặt lớn nhất - Khi sử dụng dung dịch tưới nguội. .. độ dung dịch trơn nguội sẽ làm giảm ứng suất dư vì vậy hiện tượng nứt bề mặt mài do ứng suất cũng giảm theo Sở dĩ như vậy là vì nồng độ dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đến quá trình hóa học và ma sát xảy ra ở vùng mài qua đó ảnh hưởng đến mòn hóa học và mòn cơ học của hạt mài Kết quả thí nghiệm cho thấy tác dụng bôi trơn của dung dịch trơn nguội ảnh hưởng lớn hơn tác dụng làm mát Tăng nồng độ dung dịch. .. tuyến Fz khi mài bằng đá mài CBN nhỏ hơn rất nhiều so với khi mài bằng đá mài Al2O3 + Hệ số lực cắt (Kp = Fy/Fz) của đá mài CBN nhỏ hơn so với đá mài Al2O3 - Độ ổn định của lực cắt: Từ hình 2.7 ta thấy: Lực cắt khi mài bằng đá mài CBN ổn định hơn rất nhiều so với khi mài bằng đá mài Al2O3 Hình 2.2 Đồ thị lực cắt pháp tuyến và lực cắt tiếp tuyến trung bình khi sử dụng 3 loại dung dịch trơn nguội với... nhẵn bề mặt gia công Do vậy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 16 cũng cần phải chọn đá mềm để mài Khi bề mặt tiếp xúc của đá mài và bề mặt gia công càng lớn, ma sát càng tăng và bề mặt mau bị cùn thì cũng cần phải chọn đá mài mềm Độ cứng của đá mài được phân làm nhiều cấp khác nhau và cho trong bảng sau: Bảng 1.1: Độ cứng của đá mài Độ cứng của đá mài Mềm . bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải dương . 2. Mục tiêu của nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài. mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Qua đó lựa chọn được loại dung dịch trơn nguội hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. . trơn nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương. Từ đó đưa ra: - Đề xuất được lưu lượng và nồng độ thích hợp khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng