NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY

Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 1 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3 DANH MỤC CÁC BẢNG 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5 PHẦN MỞ ĐẦU 8 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN 1. Tổng quan về công nghệ bôi trơn truyền thống 2. Tổng quan về công nghệ bôi trơn tối thiểu Chương 2 NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY 2.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 2.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 2.1.2 Sự co rút phoi 2.2 LỰC CẮT GỌT 2.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt 2.2.2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 2.3 HIỆN TƢỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 2.3.1 Nhiệt cắt 2.3.2 Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 2.4. SỰ MÀI MÒN DAO 2.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao 2.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 2.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 2.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 2.5.1 Khái niệm chung 2.5.2 Phân loại dao phay 2.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 11 11 11 14 14 14 15 16 16 18 18 18 21 21 21 23 25 26 26 27 28 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 2 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.5.4 Các thông số hình học của dao phay 2.5.5 Các yếu tố của lớp cắt 2.5.6 Lực cắt khi phay 2.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay 2.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 2.6.1 Các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 2.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 2. Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng gang cÇu bằng dao phay mặt đầu Chương 3 LỰA CHỌN TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 3.1.2 Hệ thống thí nghiệm 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 3.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.2.1.Mục đích thí nghiệm 3.2.2.Trình tự tiến hành thí nghiệm Chương 4 TỐI ƢU QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI PHAY MẶT PHẲNG LÀ GANG CẦU 4.1. Mô hình hoá quá trình cắt khi phay 4.2. Mô hình hoá toán học tối ƣu hoá quá trình cắt khi phay 4.3. Giới hạn vấn đề tối ƣu Chương 5 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1. Mòn và cơ chế mòn dao 5.1.1. Mòn và cơ chế mòn mặt trƣớc dao 28 30 32 33 34 34 35 35 36 37 37 37 38 38 40 40 40 42 42 43 46 46 46 46 46 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 3 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5.1.2. Mòn và cơ chế mòn mặt sau dao 5.1.3. Mòn và tuổi bền dao 5. 2. Độ nhám bề mặt chi tiết Ra 5. 3 . Kết luận PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO I. KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN II. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO Phụ lục 2. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ NHÁM VÀ ĐỘ MÒN DAO 49 52 54 56 57 57 58 59 61 61 67 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT : góc tác động  1 : góc trượt : góc cắt : góc trước K: hệ số co rút phoi L: chiều dài phoi L 0 : chiều dài cắt a 1 : chiều dầy phoi thực tế a: chiều dầy phoi lý thuyết R: tổng hợp lực tác dụng lên dao R 0 : lực tổng hợp pháp tuyến R 1 : tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 4 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn F 0 : lực ma sát của phoi lên mặt trước N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau F 0 : lực ma sát của phoi lên mặt sau P x : thành phần lực cắt theo phương X P y : thành phần lực cắt theo phương Y P z : thành phần lực cắt theo phương Z t: chiều sâu cắt S: lượng chạy dao n: số vòng quay của trục chính m: số mũ của K A: công hớt phoi A 1 : công sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo A 2 : công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao A 3 : công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao V: vận tốc cắt P s : lực trong mặt phẳng trượt Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt  0 : độ mòn dao : thời gian làm việc của dao : góc nghiêng chính của dao : góc sau : góc tiếp xúc f: tiết diện ngang của lớp cắt B: chiều rộng cắt S z: lượng tiến dao răng a 0 : chiều dầy cắt trung bình D: đường kính dao phay P: lực vòng [u]: lượng mòn mặt sau cho phép Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 5 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn R a : độ nhấp nhô bề mặt trung bình MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bôi trơn tối thiểu DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1. Số liệu độ nhám R a , R z sau 2 lượt cắt 67 Bảng 2. Số liệu độ nhám R a , R z sau 4 lượt cắt 67 Bảng 3. Số liệu độ nhám R a , R z sau 6 lượt cắt 67 Bảng 4. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 2 lượt cắt 68 Bảng 5. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 4 lượt cắt 68 Bảng 6. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 6 lượt cắt 68 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1: Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 14 Hình 2.2: Các loại phoi 15 Hình 2.3: Sơ đồ co rút phoi 16 Hình 2.4: Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi 16 Hình 2.5: Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do 17 Hình 2.6: Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt 20 Hình 2.7: Các dạng mòn của dụng cụ cắt 22 Hình 2.8: Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 22 Hình 2.9: Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23 Hình 2.10: Mòn do khuếch tán 24 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 6 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.11 Mòn do chảy dẻo 24 Hình 2.12: Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao 25 Hình 2.13: Các loại dao phay 27 Hình 2.14: Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu 29 Hình 2.15: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay 30 Hình 2.16: Sơ đồ tính góc tiếp xúc 31 Hình 2.17: Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt 32 Hình 2.18: Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay 32 Hình 2.19: Các dạng mài mòn của răng dao phay 33 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù 37 Hình 3.2: Ảnh hệ thống thí nghiệm 38 Hình 3.3: Ảnh Máy đo nhám 39 Hình 3.4: Ảnh Máy chụp ảnh SEM 40 Hình 4.1: Mô hình tối ưu hoá quá trình cắt khi phay 42 Hình 5.1: Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 2 lượt cắt 47 Hình 5.2: Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 4 lượt cắt 48 Hình 5.3: Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 6 lượt cắt 49 Hình 5.4: Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 2 lượt cắt 50 Hình 5.5: Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 4 lượt cắt 51 Hình 5.6 Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 6 lượt cắt 52 Hình 5.7 Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 2 lượt cắt 53 Hình 5.8: Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 4 lượt cắt 53 Hình 5.9: Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 6 lượt cắt 54 Hình 5.10: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết R a và thời gian cắt t 55 Hình 5.11: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết R a và lượt cắt t (2) 55 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 7 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 5.12: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết R a và thời gian cắt t 55 Hình 5.13: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết R a và lượt cắt t (4) 55 Hình 5.14: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết R a và thời gian cắt t 56 Hình 5.15: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết R a và lượt cắt t (6) 56 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 8 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Trong thời kỳ CNH và HĐH đất nước, ngành Cơ khí có vai trò rất lớn trong việc chế tạo các sản phẩm công nghiệp. Để nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo yêu cầu về tính công nghệ và kinh tế, đặc biệt là khi gia công các sản phẩm có độ cứng cao, cấu trúc vật liệu phức tạp người ta đã ứng dụng rất nhiều phương pháp công nghệ từ truyền thống đến không truyền thống. Đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình gia công cắt gọt chi tiết chính là bôi trơn - làm nguội vì bôi trơn - làm nguội có tác dụng làm giảm lực cắt, giảm nhiệt cắt, giảm ma sát, mòn dao, giảm hệ số co rút phoi, đặc biệt làm tăng chất lượng bề mặt gia công, nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế. Theo công nghệ truyền thống, khi gia công vật liệu Gang, thông thường người ta không sử dụng bôi trơn (gia công khô) vì : Đặc điểm biến dạng phần lớn Gang kết cấu dạng ferit hoặc peclit và từ 3- 5% graphit ở dạng bông hoặc tấm, hay graphit phiến hoặc dạng cầu. Chính vì có graphit lên tính dẻo của gang giảm, làm phoi dễ gẫy và hoạt động như một loại chất bôi trơn tự nhiên, lực cắt tương đối nhỏ và phoi vụn. Do vậy gang được xếp vào nhóm vật liệu dễ gia công cắt gọt, tuy nhiên khi gia công cắt gọt Gang thường gặp một số vấn đề như: - Mòn dao do tạp chất cứng lẫn trong gang gây ra - Có hiện tượng phoi chảy dẻo và dính bám lên mặt sau (Gang cầu) - Lực cắt rất lớn, nhiệt độ cao, chất lượng gia công giảm (Gang cầu) Để khắc phục các nhược điểm kể trên tác giả đề xuất ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu khi gia công vật liệu Gang với chế độ cắt tối ưu được chọn trước vì những ưu điểm nổi bật của công nghệ này như: - Giảm lực cắt và mòn dao - Nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt. - Giảm chi phí dọn phế thải và làm sạch môi trường. - Không gian làm việc sạch, góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 9 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trên thế giới công nghệ bôi trơn tối thiểu đã được áp dụng khá phổ biến tại những nước có nền công nghiệp phát triển như: Anh, Đức, Mỹ, Hàn quốc… Ở Việt Nam hiện nay những nghiên cứu và ứng dụng về bôi trơn tối thiểu còn nhiều hạn chế. Do phương pháp này có nhiều ưu điểm, đặc biệt là thân thiện với môi trường nên rất cần có những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này vào thực tế sản xuất ở nước ta, vì vậy tác giả đề xuất chọn đề tài: “Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu” 2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu. 2.1.Mục đích của đề tài - Nghiên cứu, đánh giá khả năng bôi trơn- làm nguội của công nghệ bôi trơn tối thiểu qua đó chỉ ra tính ưu việt của phương pháp này. - Nghiên cứu tìm được ra những ảnh hưởng của chế độ công nghệ bôi trơn- làm nguội tối thiểu bằng dầu thực vật đến mòn, tuổi bền của dao khi gia công gang Cầu( bằng phương pháp phay bề mặt). - Nghiên cứu đưa ra được chỉ dẫn cụ thể như: áp suất dòng khí, lưu lượng tưới phù hợp khi gia công mặt phẳng gang Cầu bằng dao phay mặt đầu có gắn mảnh hợp kim cứng. - Nghiên cứu để lựa chọn được chế độ cắt tối ưu trong quá trình gia công mặt phẳng( Gang cầu)có bôi trơn(bôi trơn tối thiểu bằng dầu thực vật). 2.2. Đối tượng nghiên cứu - Dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC (BK8) - Gang cầu có độ cứng từ 170-220HB (Bàn Máp 2 rãnh) - Chế độ bôi trơn tối thiểu bằng dầu thực vật( áp suất dòng khí ). - Chế độ cắt (lựa chọn bộ thông số S,V,t tối ưu) trong quá trình gia công gang cầu bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh BK8. - Các chỉ tiêu công nghệ trong quá trình gia công: Cơ chế mòn và tuổi bền của dao. 2.3.Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm (chủ yếu là thực nghiệm). Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 10 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 3.1.Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu sẽ đánh giá khả năng cũng như cho thấy được các ảnh hưởng của việc lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với Gang cầu có bôi trơn tối thiểu. Qua đó đánh giá được mòn, tuổi bền của dao của Gang cầu nói riêng và các loại Gang nói chung. 3.2. í nghĩa thực tiễn - Chọn ra được chế độ cắt tối ưu, loại dầu bôi trơn và những chỉ dẫn cụ thể về chế độ bôi trơn tối thiểu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với Gang cầu nói riêng và các loại Gang nói chung. - Các kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trong thực tiễn và dần thay thế công nghệ truyền thống . - Kết quả nghiên cứu đạt được sẽ ứng dụng vào Phay bàn Máp 2 rãnh bằng Gang cầu tại nhà máy Điêzen Sông công – Thái nguyên. [...]... gián đoạn gây va đập và rung động 2.5.2 Phân loại dao phay Hình 2.13 Các loại dao phay a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngón; d,e- dao phay mặt đầu; g- dao phay định hình; h- dao phay cắt đứt Theo khả năng cơng nghệ: - Dao phay mặt phẳng - Dao phay rãnh - Dao phay định hình - Dao phay bánh răng và ren - Dao phay các chi tiết tròn xoay - Dao phay cắt đứt Theo đặc điểm cấu... đã đề xuất chọn đề tài: Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ƣu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bơi trơn tối thiểu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn Trường ĐHKT Cơng Nghiệp Thái Ngun Luận văn thạc sĩ 14 Chương 2 NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY 2.1 Q TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 2.1.1 Khái niệm và phân loại phoi Khi dao dịch chuyển các... Nghiệp Thái Ngun Luận văn thạc sĩ 23 Chiều dày lớp cắt và tốc độ cắt có ảnh hưởng như nhau đến dạng mòn của dụng cụ Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc độ cắt thấp, dao mòn theo mặt sau (dạng mòn thứ nhất) Khi tăng chiều dày cắt và tốc độ cắt ngồi mặt sau ra, mặt trước của dao cũng bị mòn (dạng mòn thứ hai) Hơn nữa, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mòn nhanh hơn... ĐHKT Cơng Nghiệp Thái Ngun 13 Luận văn thạc sĩ đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong cơng nghệ bơi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6] Như vậy, theo các tài liệu đã cơng bố về MQL trong gia cơng cắt gọt thì nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít chưa được nghiên cứu Trong khi đó nhu cầu phay gang (đặc biệt là gang cầu) được đặt ra để tránh... hình thành khi gia cơng vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước  lớn [7] Phoi xếp lớp (hình 2.2b) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7] Phoi vụn (hình 2.2c) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước  nhỏ [7] Khi gia cơng các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và... 2.15 Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay Q trình phay có những đặc điểm sau: Mỗi răng của dao phay trong q trình cắt sẽ hớt ra phoi có dạng một dấu phẩy (hình 2.15), còn chiều dày cắt thay đổi từ 0 đến amax Mỗi một răng của dao phay làm việc với chế độ gián đoạn theo chu trình kỳ Chế độ làm việc như vậy có ưu điểm là khi răng của dao phay đi ra khỏi chi tiết nó được làm nguội còn nhược điểm là khi răng... bánh răng bằng dao phay Trải qua một thời gian dài phát triển, dao phay ngày càng được cải tiến, đã xuất hiện nhiều kiểu khác nhau như: dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay đĩa cắt đứt, dao phay ngón, dao phay góc, dao phay định hình Nói chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên q trình cắt ngồi những đặc điểm của phương pháp tiện, còn có những đặc điểm sau đây: - Năng suất phay cao hơn bào... = 10 m/phút, nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước của dao khoảng 5400C, còn trên khoảng cách 0,2 mm của mặt trước nhiệt độ khoảng 450 0C Khi tốc độ cắt là V = 200 m/phút nhiệt độ ở các nơi tương ứng là 1265 0C và 4000C [7] Khi gia cơng vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, ví dụ hợp kim Titan BT2 thì nhiệt độ vào dao lớn hơn khi gia cơng các vật liệu thơng thường khác Khi nói về nhiệt độ cắt, cần nhớ rằng nó... dao phay chi trụ hay cơn 2.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay Hợp kim cứng thường được sử dụng cho chế tạo dao phay mặt đầu, dao phay có kích thước lớn Ít khi được sử dụng để chế tạo dao phay ngón cắt rãnh Hợp kim cứng có độ cứng cao, có thể đạt HRA = 86  92, chịu nhiệt độ khoảng 10000C, do đó có thể tăng vận tốc cắt lên gấp 2  3 lần thép gió Hợp kim cứng được chế tạo từ các bột cácbít vơnfram (WC), cácbít... nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngón, phay lăn răng, khoan [3] Tác giả Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón [4] Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện cơng nghệ bơi trơn làm nguội khi khoan [5] Tác giả