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

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.. Kết quả dự kiến - Xác định được mức đ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

NGUYỄN THỊ THU

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Thái Nguyên, năm 2015

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

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

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

6 Hình 1.6 Nhiệt độ và ứng suất dư khi sử dụng các phương pháp

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

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 Al2O3 và CBN [8] 22

12 Hình 2.6 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề

13 Hình 2.7 Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [9]

14 Hình 2.8: So sánh Ra 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

dung dịch trơn nguội khác nhau [11]

16 Hình 2.10 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất

17 Hình 2.11 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng

21 Hình 2.15 Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới ứng suất

dư bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 và đá CBN [18] 31

22 Hình 2.16 Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới ứng suất

29 Hình 3.7: Sơ đồ khối phần mềm điều khiển và xử lý số liệu

32 Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài

33 Hình 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề 45

mặt mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180

34 Hình 3.12: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài

35 Hình 3.13: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề

36 Hình 3.14: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài

37 Hình 3.15: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề

38 Hình 3.16: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài

39 Hình 3.17: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi

8

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề

9

Bảng 3.4 : Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi

10

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề

11

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi

12

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượngđến độ nhám bề

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 Ra= (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 Al203 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 Al203 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

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 Phương 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

Chương 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

Mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối vì vậy chất lượng

bề mặt mài có ảnh hưởng quan trọng đến tuổi bền và khả năng làm việc sau này của chi tiết máy

1.2 Các đặc điểm của quá trình mài phẳng

Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao Mài có nhiều đặc điểm khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác:

- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi cắt,

có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt: Góc trước γ thường âm và góc cắt β thường lớn hơn 900

- Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, mài cao tốc độ có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn)

- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000

÷ 15000C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt

- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong một phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công tạo độ nhẵn bóng và

độ chính xác cao

- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi, hợp kim cứng… nhưng lại không gia công được những vật liệu rất mềm

- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc Dưới tác dụng của tải trọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt đá tạo điều kiện cho những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt mới

- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình dáng và

vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa được nghiên cứu toàn diện

Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng

và độ bền cao cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phương pháp mài có

vị trí quan trọng trong gia công cơ khí

1.3 Các thông số cơ bản của quá trình mài phẳng

1.3.1 Chế độ công nghệ

1.3.1.1 Chiều sâu cắt

Phụ thuộc vào kiểu mài và yêu cầu gia công

- Mài tròn ngoài: Khi mài thô, chọn: t = 0,01 0,25mm

Khi mài tinh, chọn t = 0,005 0,0075mm

- Mài lỗ: Khi mài thô, chọn: t = 0,005 0,03mm

Khi mài tinh, chọn: t = 0,002 0,01mm

- Mài vô tâm: Khi mài thô, chọn: t = 0,02 0,2mm

Khi mài tinh, chọn:t = 0,0025 0,01mm

- Mài phẳng: Khi mài thô, chọn: t = 0,015 0,15mm

Khi mài tinh, chọn:t = 0,005 0,015mm

Chiều sâu cắt khi mài có thể tra trong các sổ tay

1.3.1.2 Lượng chạy dao dọc

Lượng chạy dao dọc được tính sau một vòng quay của chi tiết khi mài tròn hoặc sau một hành trình kép của bàn máy khi mài phẳng

Thường lấy: Sd = (0,3 0,6)B

Trong đó: B - chiều rộng của đá mài, mm

Lượng chạy dao dọc có thể tra trong các sổ tay

1.3.1.3 Tốc độ cắt khi mài

Tốc độ cắt của đá mài được chọn theo sổ tay, phụ thuộc vào độ bền của đá mài,

độ cứng vững và công suất của máy mài Theo tốc độ cắt đã chọn, cần được hiệu chỉnh theo số vòng quay thiết kế của máy mài

Số vòng quay của chi tiết gia công khi mài được chọn theo sổ tay phụ thuộc vào vật liệu gia công, tính chất gia công và độ cứng của đá mài

1.3.2 Đá mài

Đá mài là một vật thể xốp do hạt mài và chất dính kết cấu tạo thành Nói chung hạt mài của đá mài chỉ chiếm thể tích bằng một nửa thể tích của đá mài Hạt mài đóng vai trò như những lưỡi cắt Còn chất dính kết làm nhiệm vụ liên kết các hạt mài lại

thành viên đá mài có hình dáng quy định Đá mài được đặc trưng bởi thông số sau: Vật liệu hạt, cỡ hạt, độ cứng, chất dính kết, cấu trúc, hình dạng kính thước của đá mài

1.3.2.1 Vật liệu hạt mài

Coranh đông nâu : (Hình 1.2a) Ký hiệu Cn (theo tiêu chuẩn Nga: Corun điện thường, ký hiệu ) Coranh đông nâu là loại vật liêu kết tinh dạng Al2O3 trong đó có (89 95)% Al2O3 Còn lại là các tạp chất có dạng Fe2O3, SiO2, TiO2,….độ cứng tế vi: (20.500 23.000)N/mm2

Coranh đông nâu có độ bền, độ cứng, độ bền nhiệt cao, (khoảng 2050o

C) và có tính tự mài sắc tốt Do đó được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực chế tạo đá mài

Coranh đông trắng: (Hình 1.2b) Ký hiệu Ct: (theo tiêu chuẩn Nga: Corun điện trắng, ký hiệu Ú) Coranh đông trắng là loại vật liệu kết tinh dạng Al2O3 trong đó có (96 98)% Al2O3 Độ cứng tế vi: (21000 235000)N/mm2 Coranh đông trắng có độ

cứng cao hơn nhưng lại giòn hơn nên độ bền thấp hơn Coranh đông nâu Tính năng cắt của Coranh đông trắng cao hơn khoảng (30 40)% so với Coranh đông nâu Khả năng

tự mài sắc tốt hơn

Đá mài với chất dính kết Coranh đông trắng thường dùng để mài thép cao tốc, mài vật liệu nhôm, mài ta rô và mài những dụng cụ cắt có kích thước nhỏ, biên dạng phức tạp, thường dùng để mài định hình và mài tinh, không dùng để mài thô

Coranh đông hồng: (Hình 1.2c) Ký hiệu PA: Độ cứng gần giống Corindon

trắng, nhưng độ dẻo dai lại cao, dùng để gia công các loại vật liệu có độ dẻo lớn, có hiệu suất cao hơn Corindon trắng, độ nhám bề mặt cao thích hợp mài cắt thép hợp kim

có độ dẻo cao, thép đã tôi và dụng cụ đo chính xác, chi tiết đồng hồ máy đo

Coranh đông hợp kim: Ký hiệu Ch Là loại vật liệu kết tinh dạng Al2O3,

Me2O3, trong đó có 94% Al2O3, còn các thành phần hợp kim khác như: TiO2,

Cr2O3,….chiếm khoảng 2% Độ cứng tế vi: (21500 24000)N/mm2

Đá mài với chất dính kết Coranh đông hợp kim dùng để mài rà, mài bóng hoặc mài với chế độ cắt lớn

Các bít silic đen: (Hình 1.2d) Ký hiệu Sđ: (theo tiêu chuẩn Nga: cacborun đen,

ký hiệu K4) Cácbít silic đen là loại vật liệu kết tinh dạng SiC Trong đó có khoảng (97 98)% SiC Độ cứng tế vi: (28000 30.000)N/mm2

Cácbít silic đen có độ bền, độ cứng, độ bền nhiệt cao (khoảng 20500C) khả năng

tự mài sắc tốt Nhược điểm là hơi giòn nên đá mài với chất dính kết cácbít silic đen thường được dùng để mài vật liệu có độ bền thấp như đồng thanh mềm, đồng thau, gang trắng, gang xám, nhôm và vật liệu phi kim loại

Các bít silic xanh: (Hình 1.2e) Ký hiệu Sx (theo tiêu chuẩn Nga: Các borun xanh ký hiệu K3) Cácbít silic xanh là loại vật liệu kết tinh dạng SiC, có khoảng(

98 99)% SiC; Độ cứng tế vi(29000 32000)N/mm2; Tính tự mài sắc cao, tính năng cắt cao hơn Cácbít silic đen khoảng 20% Nhược điểm là giòn, độ bền thấp hơn Cácbít silic đen và thấp hơn cả Coranh đông trắng, giá thành đắt hơn Cácbítsilic đen Đá mài với chất dính kết Các Cácbít silic xanh dùng để mài sắc hợp kim cứng và vật liệu sứ

Các bít Bo: Ký hiệu BoC Các bít Bo có độ cứng rất cao (37000 43000)N/mm2nhưng lại rất giòn Độ hạt nhỏ nên thường dùng các bít Bo dưới dạng bột hay bột nhão để

mài bóng hợp kim cứng, mài bóng lần cuối các bề mặt chính xác, mài bóng các loại vật liệu cứng như thạch anh, cương ngọc…

1.3.2.2 Chất dính kết

Chất dính kết Gốm: Ký hiệu G: Là chất dính kết vô cơ được sử dụng rộng rãi

nhất Hiện nay có tới 70% đá mài được chế tạo từ những dính kết này Chất dính kết gốm có độ bền, độ chịu nhiệt và độ cứng cao, chịu ăn mòn và chịu ẩm tốt, bền vững về mặt hóa học Nhược điểm của chất dính kết gốm là giòn nên không dùng chế tạo đá mài có chiều dày nhỏ và chịu tải trọng va đập

Đá mài dùng chất dính kết gốm có thể cắt với tốc độ 50m/s và cho năng suất cao

Chất dính kết Bakêlit: Ký hiệu B: Là chất dính kết hữu cơ cũng được dùng rất

phổ biến Bakêlit là loại nhựa tổng hợp được chế tạo từ axit cácbonic và phoóc ma lin

Đá mài dùng chất dính kết Bakêlit được sử dụng rộng rãi ở tốc độ cao để mài rãnh, mài sắc dao đã tôi, mài bề mặt định hình, mài ta rô, bàn ren, mũi doa…

Chất dính kết Vunkanít: Ký hiệu V: Đó là chất dính kết hữu cơ được chế tạo

bằng cách lưu hóa cao su đã được làm mềm bằng benzen với lưu huỳnh Bao gồm 70% cao su và 30% lưu huỳnh Đá mài dùng chất dính kết Vunkanít có độ bền mòn cao, thường dùng làm đá dẫn của các máy mài vô tâm Đá mài dùng chất dính kết Vunkanít cho phép dùng với tốc độ cao, có thể tới 75m/s Loại đá này thường dùng để cắt đứt, mài rãnh, mài rãnh then, mài định hình chính xác lần cuối Nhược điểm của đá mài dùng chất dính kết Vunkanít là độ xốp thấp chịu nhiệt kém Ở nhiệt độ 150oC đá bắt đầu bị mềm Khi nhiệt độ lớn hơn 200oC đá dễ bị cháy Vì vậy khi mài cắt phải tưới dung dịch trơn nguội không có kiềm tính

1.3.2.3 Độ cứng của đá mài

Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự bứt hạt mài ra khỏi bề mặt làm việc của đá dưới tác dụng ngoại lực Độ cứng của đá mài chủ yếu do phương pháp chế tạo, số lượng chất dính kết trong một đơn vị thể tích và thành phần chất dính kêta quyết định

Nói chung khi cắt vật liệu cứng do đỉnh hạt mài chóng bị mòn nên cần phải chọn loại đá mềm Khi mài vật liệu dẻo như nhôm, đồng, phoi mài dễ bít kín vào lỗ hổng trên bề mặt đá gây ra rung động và làm giảm độ nhẵn bề mặt gia công Do vậy

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

Hạt mài được chia làm 4 nhóm:

1.3.2.5 Cấu trúc của đá mài

Cấu trúc của đá mài thể hiện ở tỷ lệ phần trăm của thể tích hạt mài, thể tích chất dính kết, thể tích khoảng trống trong đá mài Các tỷ lệ thể tích đó quyết định độ chặt (hay độ xốp) của đá mài Số cấp cấu trúc càng cao, khoảng cách giữa các hạt mài càng

lớn, do đó đá mài càng xốp nghĩa là số lượng hạt mài càng giảm và khoảng trống càng tăng

Phân loại cấu trúc mài và tỷ lệ phần trăm hạt mài trong mỗi cấp cho trong bảng sau:

Bảng 1.2: Cấu trúc đá mài và tỷ lệ phần trăm hạt mài

Cấp cấu trúc 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Số%hạt mài trong

thể tích đá mài 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40

Đá mài có cấu trúc xốp dùng để mài cao tốc rất tốt vì phoi ít bị nhét vào đá, ma sát giảm nên có thể mài với chiều sâu cắt lớn, sửa đá ít hơn và tăng năng suất cao hơn Thực nghiệm cho thấy, đá mài càng xốp, bề mặt gia công càng ít bị cháy hơn

Nếu đá mài càng mềm, nên chọn cấu trúc càng xốp để phoi ít bị nhét vào bề mặt đá

Để độ xốp cho đá, khi chế tạo đá mài người ta chọn thêm các chất phụ như mùn cưa, than vun, garphít … Khi thiêu kết, các chất phụ sẽ cháy và tạo ra các khoảng trống

1.3.2.6 Hình dáng của đá mài

Hình dáng của đá mài được quy định theo tiêu chuẩn và được phân chia như sau: Đối với viên mài có các loại từ V1 đến V20 Đối với đầu mài có các loại từ Đ1 đến Đ7, với thỏi mài có: T1 đến T6 Với miếng mài có: M1 đến M6

Một số loại đá mài thông dụng cho ở bảng sau:

Để tiện cho việc chọn đá, trên mặt

đầu của đá mài được ghi

các thông số kỹ thuật của

1.4 Bôi trơn làm mát khi mài phẳng

1.4.1 Vai trò của dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt

1.4.1.1 Tác dụng bôi trơn

Nhiệt phát sinh do biến dạng dẻo kim loại, do ma sát giữa phoi và bề mặt dụng cụ Tác dụng của dung dịch trơn nguội khi mài được thể hiện trong những khía cạnh sau:

- Giảm ma sát giữa mặt sau của phoi với mặt trước của dụng cụ cắt

- Giảm ma sát giữa mặt sau của dụng cụ cắt với bề mặt đang gia công

- Do giảm ma sát ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ nên lượng mòn của dụng cụ giảm dẫn đến tuổi bền tăng

- Các phần tử của dung dịch trơn nguội bao quanh các phần tử của phoi làm cản trở sự dính, giúp phoi thoát ra khỏi khu vực cắt dễ dàng

Ngoài ra tính bôi trơn của dung dịch trơn nguội gắn liền với khả năng xâm nhập của dung dịch vào những vết nứt tế vi, làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử khiến cho lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt được dễ dàng hơn

1.4.1.2 Tác dụng làm nguội

Tác dụng làm nguội của dung dịch trơn nguội bao gồm:

- Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt dẫn đến giảm nhiệt độ trên dụng cụ cắt và trên chi tiết gia công

- Đảm bảo nhiệt độ của môi trường thấp và ổn định

- Giảm khả năng biến dạng nhiệt của chi tiết trong quá trình gia công

- Giảm mức độ biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt do đó tăng độ chính xác gia công và nâng cao tuổi bền của dao

1.4.1.3 Tác dụng làm sạch thiết bị

Tác dụng làm sạch thiết bị của dung dịch trơn nguội bao gồm:

- Dòng dung dịch trơn nguội đẩy các vụn kim loại ra khỏi thiết bị (sống trượt, khe hở ở bàn máy,…) qua đó làm giảm quá trình mài mòn của thiết bị

- Làm sạch bề mặt đá mài, tăng hiệu quả cắt gọt cho đá

- Nâng cao tác dụng bảo vệ bề mặt chi tiết gia công, hạn chế gỉ sét

- Giảm lượng bụi trong khu vực gia công

Ngoài các tác dụng như trên thì dung dịch trơn nguội cũng có nhược điểm:

- Tăng ô nhiễm môi trường và có thể ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động

- Tăng chi phí gia công và chi phí xử lý dung dịch sau khi sử dụng

Việc sử dụng dung dịch trơn nguội trong gia công cắt gọt hợp lý có thể đưa đến các lợi ích kinh tế sau:

- Giảm chi phí dụng cụ cắt: các dụng cụ cắt mòn chậm hơn do đó tăng tuổi bền, giảm thời gian mài lại và chỉnh sửa dụng cụ cắt

- Tăng năng suất cắt gọt: do dung dịch trơn nguội làm giảm nhiệt và ma sát nên có thể

1.4.2 Phân loại dung dịch trơn nguội

Dung dịch trơn nguội được phân loại theo hai chỉ tiêu [2]:

- Theo tác dụng chính của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: Nhóm có tác dụng làm lạnh (các dung dịch chất điện ly), nhóm có tác dụng làm lạnh và một phần bôi trơn (dung dịch nước xà phòng, dung dịch emulsion), nhóm có tác dụng bôi trơn và một phần làm lạnh (các chất dầu)

- Theo đặc tính sử dụng của dung dịch có thể phân làm ba nhóm: Dầu cắt gọt, dầu hòa tan, dung dịch cắt gọt hóa học

Trong thực tế sản xuất, người ta thường phân loại dung dịch trơn nguội theo đặc tính sử dụng Cụ thể như sau:

2 Dầu cắt gọt thụ động

Dầu cắt gọt thụ động là loại dầu không làm sẫm màu dải đồng khi nhúng trong dầu ở nhiệt độ 2120F (1000C) trong ba giờ Lưu huỳnh trong dầu cắt gọt thụ động là lưu huỳnh tự nhiên của dầu và không có giá trị hóa học trong chức năng của dầu đó khi gia công Các dung dịch là thụ động do lưu huỳnh được gắn kết chặt chẽ với dầu được giải phóng rất ít để có thể tương tác với bề mặt chi tiết trong quá trình cắt gọt

1.4.2.2 Dầu hòa tan

Dung dịch trơn nguội hiệu quả phải có tính dẫn nhiệt cao, dầu khoáng và dầu béo đều không phải là chất làm nguội tốt Nước là môi trường làm nguội tốt, tuy nhiên khi chỉ dùng nước làm dung dịch cắt gọt sẽ gây ra gỉ sét và có tác dụng bôi trơn rất thấp Bằng cách bổ xung vài phần trăm dầu hòa tan vào nước có thể làm tăng tính chống gỉ sét và chất lượng bôi trơn cùng với khả năng làm nguội của nước

Các dầu nhũ hóa hoặc hòa tan là dầu khoáng chứa chất xà phòng hóa (nhũ hóa) làm cho chúng hòa tan được vào nước, chúng được cung cấp ở dạng đậm đặc có nồng

độ cao Khi gia công với chế độ cắt gọt nhẹ và khi cần làm nguội là chính thì pha từ 1 đến 5 phần dầu đậm đặc với 100 phần nước, các hỗn hợp đặc hơn được dùng khi yêu cầu bôi trơn và chống gỉ sét là cơ bản

1.4.2.3 Dung dịch cắt gọt hóa học

Các dung dịch cắt gọt hóa học (đôi khi được gọi là dung dịch tổng hợp) đã được sử dụng rộng rãi ngay sau khi được giới thiệu vào năm 1945

Chúng là các nhũ ổn định được pha chế sẵn chứa rất ít dầu và dễ dàng hòa tan với nước

Dung dịch cắt gọt hóa học phụ thuộc vào các tác nhân hóa học về tính bôi trơn và giảm ma sát Một số loại dung dịch cắt gọt hóa học có chứa các chất bôi trơn áp suất rất cao (EP), tương tác với kim loại được gia công trong các điều kiện nhiệt và áp suất tạo ra các chất bôi trơn rắn Các dung dịch chứa chất bôi trơn EP làm giảm cả áp suất và nhiệt giữa phoi và mặt dụng cụ cắt và giảm nhiệt phát sinh do biến dạng dẻo kim loại Các tác nhân hóa học có trong hầu hết các loại dung dịch cắt gọt hóa học bao gồm [2]:

+ Amines và nitrites để ngăn chặn sự rỉ sét

+ Nitrates để ổn định các nitrites

+ Phosphate và borate để làm mềm nước

+ Xà bông và tác nhân thấm ướt để bôi trơn

+ Các hợp chất lưu huỳnh, phốt pho và clo để bôi trơn hóa học

+ Glycol tác động như những tác nhân pha trộn

Kết quả của các tác nhân hóa học bổ sung cho tính bôi trơn của nước làm cho dung dịch cắt gọt hóa học có các ưu điểm sau đây:

+ Chống gỉ sét tốt

+ Chống xuống cấp trong thời gian dài

+ Giảm nhiệt phát sinh khi cắt gọt

+ Khả năng làm nguội cao

+ Ổn định lâu hơn so với dầu hòa tan

+ Không cháy, không sinh khói

+ Không độc hại

+ Dễ tách khỏi chi tiết và phoi

+ Lắng động nhanh các phoi vụn để các phoi này không tuần hoàn trong hệ thống làm nguội + Không làm tắc nghẽn hệ thống làm nguội

1.4.3 Các phương pháp bôi trơn làm nguội thường dùng khi mài

1.4.3.1 Phương pháp gia công khô

Gia công khô được tiến hành bằng cách phun một dòng khí với áp suất cao trực tiếp vào vùng cắt để giảm nhiệt cắt ở đá mài, chi tiết gia công và phoi Gia công khô hạn chế được ô nhiễm môi trường và giảm chi phí đối với sự tiêu hao dung dịch trơn nguội Tuy nhiên công nghệ gia công khô có những hạn chế như sau:

+ Gia công khô không thực hiện được việc bôi trơn và không làm giảm được ma sát trong quá trình cắt

+ Khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt thấp hơn, do đó nhiệt độ ở vùng cắt cao

+ Tuổi bền của đá mài thấp hơn so với các trường hợp cùng điều kiện gia công khi sử dụng những biện pháp tưới nguội khác

+ Dễ lùa những phoi có kích thước nhỏ (bụi kim loại) vào các khe hẹp của bộ phận thiết bị Các bụi kim loại này là tác nhân làm tăng tốc độ mài mòn của các bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau

1.4.3.2 Phương pháp tưới tràn

Bôi trơn – làm nguội theo kiểu tưới tràn là phương pháp bơm dung dịch từ bể chứa vào vùng cắt, sau đó dung dịch lại được thu hồi lọc sạch về bể chứa Phương pháp này tác

động đến quá trình gia công bằng chức năng làm nguội - bôi trơn - dội rửa

Phương pháp bôi trơn – làm nguội theo kiểu tưới tràn có ưu điểm:

+ Bảo vệ đá mài, giảm tác dụng xấu của nhiệt cắt

+ Đảm bảo nhiệt độ của môi trường làm việc thấp và ổn định

+ Tạo điều kiện vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng

Khi sử dụng phương pháp tưới tràn, người ta thường bố trí trên máy mài một vòi phun với một máy bơm áp suất thấp vào khoảng vài atmôtphe

Phương pháp tưới tràn cải thiện được chất lượng bề mặt gia công và nâng cao năng suất mài Tuy nhiên phương pháp này tốn chi phí cho việc sản xuất, tái chế và thải các chất bôi trơn – làm nguội, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, lượng dung dịch tiêu hao lớn, chi phí dọn thải lớn, tăng chi phí gia công

Hình 1.4: Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài[3]

1.4.3.3 Phương pháp dùng dòng không khí lạnh

Ô nhiễm môi trường là nhược điểm lớn nhất của các loại dung dịch trơn nguội Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ sử dụng dòng khí lạnh có áp suất cao phun vào vùng cắt để làm nguội Phương pháp này chỉ có tác dụng làm nguội mà không có tác dụng bôi trơn

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khi mài thép không gỉ AISI304 bằng đá Al2O3 với phương pháp tưới tràn và phương pháp dùng dòng khí lạnh cho thấy trong điều kiện mài như nhau thì phương pháp dùng dòng khí lạnh có: nhiệt cắt thấp hơn khoảng 2000C,

độ nhám bề mặt gia công giảm Ra nhỏ hơn 40%, tăng tuổi bền của đá mài, ứng suất dư bề mặt là ứng suất nén, tăng khả năng chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt; giảm hiện tượng nứt bề mặt do ứng suất dư [4] Trong một số trường hợp cụ thể, phương pháp dùng

dòng khí lạnh cho ưu điểm vượt trội so với phương pháp tưới tràn

1.4.3.4 Phương pháp bôi trơn tối thiểu (MQL)

Bôi trơn - làm nguội tối thiểu là phương pháp sử dụng dòng khí áp lực cao trộn với thể tích dung dịch bôi trơn tối thiểu phun vào vùng cắt dưới dạng sương mù, hoặc dạng tia cao áp để bôi trơn làm nguội và chuyển phoi ra khỏi vùng gia công Dưới tác dụng của dòng khí áp lực cao dung dịch được tạo thành các hạt nhỏ và được đẩy vào tận vùng cắt làm tăng khả năng BT-LN trong quá trình cắt

H Z Choi, S W Lee, D J Kim đã sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của dung dịch chất thải bôi trơn đến môi trường sinh thái,

độ nhám bề mặt giảm và giảm chi phí gia công do lượng dung dịch sử dụng cho bôi trơn ở dạng sương mù nên không tốn kém lượng dung dịch cho quá trình bôi trơn Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khi mài thép SCM21 bằng đá WA80I/J7V với dung dịch bôi trơn: nước làm mát, khí nén lạnh và nước làm mát dạng sương mù để so sánh giữa nước làm mát dạng sương mù với khí nén lạnh và nước làm mát Kết quả cho thấy chất lượng bề mặt và hiệu quả làm mát tốt như nước làm mát đồng thời giảm lượng dung dịch bôi trơn do đó giảm chi phí gia công[6]

Hình 1.5 Độ nhám bề mặt gia công khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm nguội khác

nhau [6]

Chiều sâu cắt

Từ hình 1.5 ta thấy:

- Nước làm mát cho chất lượng bề mặt tốt hơn khí nén lạnh (vì độ nhám thấp hơn)

- Nước làm mát so với nước làm mát dạng sương mù:

+ Với chiều sâu cắt từ 5 đến 15 mm/s thì nước làm mát dạng sương mù cho độ nhám tương đương với nước làm mát

+ Với chiều sâu cắt lớn hơn 15 mm/s thì nước làm mát dạng sương mù cho độ nhám thấp hơn hay chất lượng bề mặt cao hơn

+ Chiều sâu cắt càng tăng thì chất lượng bề mặt càng giảm

Mặc dù MQL giảm sự ô nhiễm môi trường và lượng dung dịch bôi trơn nhưng lượng nhiệt truyền vào phôi lớn hơn so với phương pháp bôi trơn tưới tràn Từ hình 1.6(a) ta thấy:

+ Khi sử dụng nước làm mát lượng nhiệt truyền vào phôi là 26,83%

+ Khi sử dụng phương pháp phun sương mù lượng nhiệt truyền vào phôi là 31,04%

+ Khi sử dụng khí nén lạnh lượng nhiệt truyền vào phôi là 43,47%

Hình 1.6 Nhiệt độ và ứng suất dư khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm nguội khác nhau [6].

Từ hình 1.6(b) ta thấy: Ứng suất dư khi sử dụng nước làm mát là ứng suất dư nén với chiều sâu là 30 µm còn phương pháp phun sương mù cho ứng suất dư kéo với chiều sâu là 15 µm Nguyên nhân là do không đủ tác dụng làm mát trên các điểm mài

Để đạt ứng suất dư tốt nhất cho cả 3 loại dung dịch: Nước làm mát, nước làm mát dạng sương mù, khí nén lạnh chiều sâu cắt tối ưu là 5mm/s

Lưu lượng 200ml/p (kích thước hạt 24µm) đã được chọn để tối ưu hóa quá trình làm mát với các phương pháp cung cấp nước làm mát dạng sương mù [6]

Khi sử dụng phương pháp MQL lượng tiêu hao dung dịch rất ít, do đó khi áp dụng phương pháp này có thể chuyển hướng dùng các loại loại dung dịch từ thiên nhiên không cần pha, trộn thêm chất phụ gia Các loại dầu thực vật sẽ không gây ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người

+ Hạn chế ô nhiễm môi trường, không gian làm việc sạch

- Nhược điểm: Nhiệt độ chi tiết cao hơn so với một số phương pháp bôi trơn làm nguội khác, việc đưa phoi ra khỏi vùng cắt và ra khỏi máy khó khăn

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 Công nghệ trơn nguội hợp lý được coi là một biện pháp đơn giản và mang lại hiệu quả cao để giảm nhiệt cắt trong quá trình mài vì vậy được ứng dụng phổ biến trong các nguyên công mài

Trong quá trình mài có nhiều loại dung dịch trơn nguội với các đặc tính và công dụng khác nhau được sử dụng Để có cơ sở lựa chọn được loại dung dịch phù hợp với các điều kiện mài cụ thể cần thiết phải tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm

Việc xác định phương pháp và công nghệ bôi trơn làm mát của các nghiên cứu trước đây sẽ được khảo sát và đánh giá cụ thể trong chương 2

Chương 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 tiết máy 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 rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và nghiên cứu Chương này trình bày các kết quả nghiên cứu tìm hiểu về bôi trơn làm mát khi mài của các tác giả trong và ngoài nước

2.1 Các nghiên cứu của các tác giả trong nước

Cho đến nay, các tác giả trong nước đã có nhiều cố gắng nghiên cứu về bôi trơn làm mát khi mài Bùi Đức Việt [7] đã tiến hành thí nghiệm với thép không gỉ X12M với 2 loại đá Al2O3 và CBN, sử dụng phương pháp tưới tràn với 3 loại dung dịch: Emulsion, Tectyl cool 1290, Tectyl cool 1240 để đánh giá khả năng cắt của đá mài Việc đánh giá được thực hiện với bốn yếu tố:

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]

- Giá trị lực cắt và hệ số lực cắt: Từ hình 2.1 và hình 2.2 ta thấy:

+ Lực cắt pháp tuyến Fy và lực cắt tiếp 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 30 lượt cắt [7]

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]

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]

- Hệ số khả năng cắt (Kc = Qw/Fy): Từ hình 2.8 ta thấy: Đá mài CBN có hệ số khả năng cắt cao hơn nhiều và ổn định hơn so với hệ số khả năng cắt của đá mài Al2O3

- Hiệu ứng cắt lại theo lực cắt: Số lần cắt lại của đá mài CBN ít hơn (khoảng 2÷3 lượt cắt), đồng thời lực cắt giảm ổn định hơn và có giá trị nhỏ hơn nhiều so với khi mài bằng đá mài Al2O3 [7]

Bảng 2.1 trình bày kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội tới độ nhám bề mặt gia công với hai loại đá mài: Al2O3 và CBN Đỗ Đức Trung [8] đã tiến hành thí nghiệm khi mài thép ổ lăn SUJ2 với 4 loại dung dịch: Emulsion, Machinery coolant, Tectyl cool 1240, Tectyl cool 1290 và sử dụng phương pháp tưới tràn với lưu lượng là 25l/p

Bảng 2.1:Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al 2 O 3 và CBN [8]

Đá Al203 CBN Al203 CBN Al203 CBN Al203 CBN CBN

Ra(µm) 0,86 0,89 0,73 0,89 0,67 1,03 0,84 0,81 0,67

Kết quả trên hình 2.5 cho thấy ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN theo những qui luật khác nhau Với đá Al2O3 thì Ramax = 0,86µm khi tưới bằng Emulsion và Ramin= 0,67µm khi tưới bằng Tectyl cool 1290; độ nhám giảm dần theo thứ tự Emulsion, Machinery coolant,

Tectyl cool 1240, Tectyl cool 1290; mức độ thay đổi Ra khoảng 28% Với đá CBN thì

Ramax = 1,03µm khi tưới bằng Tectyl cool 1290 và Ramin = 0,67µm khi mài khô; độ nhám giảm dần theo thứ tự Tectyl cool 1290, Tectyl cool 1240 – Emulsion, Machinery coolant, mài khô; mức độ thay đổi Ra khoảng 27%

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]

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 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 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 dạng đàn hồi, các hạt mài khó ăn sâu vào vật liệu gia công nên độ nhám bề mặt gia công giảm

Khi mài thép không gỉ 3X13 với các điều kiện[9]:

Hình 2.6 là kết quả nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến độ nhám bề mặt khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài cacbit silic đen Sđ [9]

Từ kết quả trên hình 2.6 ta thấy:

- Độ nhám bề mặt lớn nhất khi dùng dung dịch 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 tăng nồng 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 trơn nguội làm giảm

ma sát giữa đá và chi tiết mài do đó làm tăng tuổi bền của đá, tuy nhiên tuổi bền của đá cũng chỉ tăng tới một giới hạn nào đó ứng với giá trị tối ưu của nồng độ dung dịch (giá trị này thay đổi theo các điều kiện mài cụ thể) Khi mài thép 3X13 bằng đá mài cacbit silic đen Sđ thì giá trị tối ưu của nồng độ dung dịch là khoảng 10%

Hình 2.7 Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [9]

a) Nồng độ 5% b) Nồng độ 10%

2.2 Các nghiên cứu của các tác giả nước ngoài

Theo xu thế phát triển, một số nước đã ứng dụng công nghệ trơn nguội với khí nitơ được hoá lỏng ở nhiệt độ thấp khi mài các loại vật liệu khó gia công Nabil Ben, Habib Sidhom và Chedly Braham [5] đã nghiên cứu thực nghiệm mài thép không gỉ AISI 304 trên máy mài phẳng với hai môi trường là dầu hoà tan và khí nitơ hóa lỏng, kết quả cho thấy độ nhám bề mặt mài thấp nhất khi sử dụng khí nitơ hoá lỏng (bảng 1.4) Sở dĩ như vậy là khi sử dụng khí nitơ hóa lỏng có tác dụng làm mát vùng mài tốt hơn khi dùng dầu

Bảng 2.2 Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi trường làm mát [5]

Trong mài, để có chất lượng bề mặt tốt cần kiểm soát nhiệt độ thích hợp thông qua lưu lượng hiệu quả của dung dịch mài Sự lãng phí dung dịch là do sự có mặt của lớp không khí cứng xung quanh đá mài (được tạo ra do sự quay của đá mài với tốc độ cao) Tài liệu [10-9] đã nghiên cứu phương pháp bôi trơn làm mát bằng rào cản khí nén để phá vỡ lớp không khí cứng xung quanh đá mài ở tốc độ cao để nâng cao hiệu quả sử dụng dung dịch mài

Kết quả [10] cho thấy ảnh hưởng của rào cản khí nén thể hiện rõ hơn khi vận tốc đá tăng Bôi trơn làm mát bằng rào cản khí nén làm giảm đáng kể độ lớn của lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến và cũng làm giảm độ nhám so với bôi trơn khô và bôi trơn làm mát thông thường

Từ hình 2.8 ta thấy:

- Độ nhám giảm dần theo thứ tự: Gia công khô, bôi trơn làm mát thông thường, bôi trơn làm mát sử dụng rào cản khí nén

- Độ nhám tăng khi tăng chiều sâu cắt

Hình 2.8: Quan hệ giữa độ nhám với chiều sâu cắt [10]

Các tác giả E.J da Silva và các đồng nghiệp [11] đã tiến hành thí nghiệm với đá mài CBN và 4 loại dung dịch trơn nguội là: Dung dịch bán tổng hợp 20%; nước; dung dịch bán tổng hợp 3%; dầu nguyên chất

Từ hình 2.9 cho thấy:

- Loại dung dịch có khả năng bôi trơn tốt hơn thì cho độ nhám thấp hơn

- Khả năng bôi trơn của nước kém nhất nên ma sát giữa chất dính kết và phoi tăng, do

đó giá trị nhám tăng Cụ thể là khi tăng lượng bóc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt tăng từ 0,26µm lên 0,57µm

- Sử dụng dầu nguyên chất cho độ nhám nhỏ nhất (độ nhám nhỏ hơn 0,33µm)

- Khi tăng nồng độ dung dịch thì độ nhám bề mặt giảm

Hình 2.9 Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội khác nhau

[11]

Để đánh giá ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội tới độ nhám bề mặt gia công, các tác giả Webster và Ciu [12] đã tiến hành thí nghiệm với các thông số sau:

- Hai loại đá mài: Al2O3 và CBN

- Hai loại đầu phun: đầu phun thông thường và đầu phun Webster do Webster thiết kế

có các đường kính lỗ là 3mm, 4mm, 5mm (áp suất tưới của đầu phun Webster cao hơn đầu phun thường)

- Hai loại dung dịch trơn nguội: nhũ tương tổng hợp nồng độ 5% và dầu nguyên chất

Kết quả đo độ nhám bề mặt mài được biểu diễn trên (Hình 2.10)

Hình 2.10 Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài [12]

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 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 dạng đàn hồi, các hạt mài khó ăn sâu vào vật liệu gia công nên

độ nhám bề mặt gia công giảm

Như vậy nước làm mát tổng hợp có vai trò rất quan trọng để đáp ứng yêu cầu về năng suất và chất lượng trong quá trình mài, song việc sử dụng nước làm mát tổng hợp

đang còn là vấn đề phức tạp vì nó gây ô nhiễm môi trường Chính vì vậy mà T D

LavanyaV E Annamalai [13] đã thiết kế một chất làm mát thân thiện với môi trường

sinh thái sử dụng nước như một chất cơ bản và có thể phân hủy sinh học, sử dụng chất phụ gia chống vi khuẩn như chất phân tán để không gây ô nhiễm môi trường, giảm chi phí xử lý nước thải Chất phụ gia được sử dụng như muối, đường, nghệ, hỗn hợp đất sét…

Chất làm mát có chất phụ gia có thể tốt hơn chất làm mát tổng hợp tùy thuộc nồng độ chất phụ gia [13], cụ thể như sau:

- Phụ gia hòa tan trong nước như muối và đường có thể vượt qua hiệu suất của nước làm mát tổng hợp chuẩn ở mức 2%

- Phụ gia chống vi khuẩn như nghệ có thể vượt qua nước làm mát tổng hợp chuẩn với

nồng độ 5% trong nước

Bảng 2.3: Kết quả mài bằng nước làm mát có chứa phụ gia [13]

Từ bảng 1.5 ta thấy:

- Tỷ lệ mài đạt giá trị cao nhất với nước làm mát có chứa phụ gia là muối 2,29 sau đó

là nước làm mát có chứa phụ gia là đường 1,8 thấp nhất là nước làm mát có chứa phụ gia là đất xét 0,63

- Tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao nhất với phụ gia là đường 5,99 mm3/s sau đó đến muối là 5,82 mm3/s và thấp nhất là phụ gia là nghệ 4,73 mm3/s

- Hiệu suất mài lớn nhất với nước làm mát có chứa phụ gia là muối 204.8 sau đó đến phụ gia có chứa đường 176,5; Nước làm mát tổng hợp 168,2 và thấp nhất là nước làm mát có chứa phụ gia là đất xét 62,9