Tuynhiên, cho đến nay chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về ảnh hưởng củacác loại dung dịch bôi trơn làm mát đến chất lượng mài khi mài phẳng thép9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương.. Từ nh
Trang 1PHẦN 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/svới mài cao tốc) Độ chính xác và độ bóng bề mặt sau mài đạt rất cao (cấpchính xác từ (5÷7), nhám bề mặt Ra= (0,2÷3,2) μm) Đặc biệt, mài chiếmm) Đặc biệt, mài chiếm
ưu thế cao khi gia công tinh các bề mặt có độ cứng, độ bền cao vv Nhờcác ưu điểm nêu trên nên nguyên công mài chiếm một vị trí rất quan trọngtrong gia công cơ khí
- 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 nhautrong lĩnh vực mài được công bố và ứng dụng có hiệu quả trong thực tếsản xuất Để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công mài nóichung và mài phẳng nói riêng, các vấn đề về mài vẫn đang được quan tâmnghiên 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 Tuynhiên, cho đến nay chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về ảnh hưởng củacác loại dung dịch bôi trơn làm mát đến chất lượng mài khi mài phẳng thép9XC 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 chấtlượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài HảiDương Qua đó lựa chọn được loại dung dịch trơn nguội hợp lý để nângcao chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đámài Hải Dương
- Xác định được lưu lượng và nồng độ thích hợp khi mài phẳng thép9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương cho chất lượng bề mặt tốt nhất
3 Kết quả đạt được
- Xác định được mức độ ảnh hưởng của các loại dung dịch trơn nguộiđến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đámài Hải Dương Từ đó đưa ra:
- Đề xuất được lưu lượng và nồng độ thích hợp khi mài phẳng thép9XC 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 phẳngthép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dương
Trang 2mài tinh có thể đạt độ nhám bề mặt cấp (7÷8) và lớn hơn, độ chính xáckích thước cao (1÷3)µm.
Mài thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối vì vậychất lượng bề mặt mài có ảnh hưởng quan trọng đến tuổi bền và khả nănglàm 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 độcứng cao
- Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thờitham gia cắt
- 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 màirất lớn (1000 ÷ 15000C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt
- 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
- Mài có thể gia công được những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ kháckhông cắt được như thép tôi, hợp kim cứng…
- Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc
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 nênphương pháp mài có vị trí quan trọng trong gia công cơ khí
1.3 Các thông số cơ bản của quá trình mài phẳng
Trang 3đã mài, nên dùng cỡ hạt nhỏ.
1.3.2.5 Cấu trúc của đá mài
Phân loại cấu trúc mài và tỷ lệ phần trăm hạt mài trong mỗi cấp cho trongbảng 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 11Số%hạt mài
trong thể tích
đá mài
62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40
Trang 41.4.2 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 cótác 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 cắtgọt, dầu hòa tan, dung dịch cắt gọt hóa học
Trong thực tế sản xuất, người ta thường phân loại dung dịch trơnnguội theo đặc tính sử dụng Cụ thể như sau:
1.4.2.2 Dầu hòa tan
Dung dịch trơn nguội hiệu quả phải có tính dẫn nhiệt cao, dầukhoáng và dầu béo đều không phải là chất làm nguội tốt Nước là môitrường làm nguội tốt, tuy nhiên khi chỉ dùng nước làm dung dịch cắt gọt sẽgây ra gỉ sét và có tác dụng bôi trơn rất thấp Bằng cách bổ xung vài phầntrăm dầu hòa tan vào nước có thể làm tăng tính chống gỉ sét và chất lượngbôi trơn cùng với khả năng làm nguội của nước
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 hòatan với nước
Dung dịch cắt gọt hóa học phụ thuộc vào các tác nhân hóa học về tínhbôi trơn và giảm ma sát Các tác nhân hóa học có trong hầu hết các loại dungdịch cắt gọt hóa học bao gồm [2]:
+ Amines và nitrites để ngăn chặn sự rỉ sét
Trang 5+ 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 nướclàm cho dung dịch cắt gọt hóa học có các ưu điểm sau đây:
+ Chống gỉ sét tốt
+ Chống xuống cấp trong thời gian dài
1.4.3 Các phương pháp bôi trơn làm nguội thường dùng khi mài
1.4.3.1 Phương pháp gia công khô
1.4.3.2 Phương pháp tưới tràn
1.4.3.3 Phương pháp dùng dòng không khí lạnh
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 lạnhcho thấy trong điều kiện mài như nhau thì phương pháp dùng dòng khí lạnhcó: nhiệt cắt thấp hơn khoảng 200C, độ nhám bề mặt gia công giảm Ra nhỏhơn 40%, tăng tuổi bền của đá mài, ứng suất dư bề mặt là ứng suất nén, tăngkhả năng chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt; giảm hiện tượng nứt bề mặt
do ứng suất dư [4]
1.4.3.4 Phương pháp bôi trơn tối thiểu (MQL)
H Z Choi, S W Lee, D J Kim đã sử dụng phương pháp bôi trơntối thiểu nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của dung dịch chất thải bôi trơn đếnmôi trường sinh thái, độ nhám bề mặt giảm và giảm chi phí gia công dolượng dung dịch sử dụng cho bôi trơn ở dạng sương mù nên không tốnkém lượng dung dịch cho quá trình bôi trơn
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khi mài thép SCM21 bằng đáWA80I/J7V với dung dịch bôi trơn: nước làm mát, khí nén lạnh và nướclàm mát dạng sương mù để so sánh giữa nước làm mát dạng sương mù vớikhí nén lạnh và nước làm mát Kết quả cho thấy chất lượng bề mặt và hiệuquả làm mát tốt như nước làm mát đồng thời giảm lượng dung dịch bôitrơn 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].
Trang 6Hình 1.6 Nhiệt độ và ứng suất dư khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm
nguội khác nhau [6].
1.5 Kết luận chương 1
- Gia công mài đã được sử dụng rộng rãi và có một vị trí quan trọng trongngành cơ khí chính xác Mài thường được chọn là nguyên công gia côngtinh lần cuối vì mài đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao
- Các đặc điểm và thông số cơ bản của quá trình mài như chế độ côngnghệ, đá mài, chế độ bôi trơn làm mát và các phương pháp bôi trơn khimài đã được khảo sát
- Khi mài nhiệt sinh ra trong quá trình mài là rất lớn, có thể làm thay đổicấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt và giảm khẳ năng làm việc của chi tiếtmáy Nhiệt cắt khi mài ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật Việcứng 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 giacông khi mài Công nghệ trơn nguội hợp lý được coi là một biện pháp đơngiản và mang lại hiệu quả cao để giảm nhiệt cắt trong quá trình mài vì vậyđược ứng dụng phổ biến trong các nguyên công mài
Trong quá trình mài có nhiều loại dung dịch trơn nguội với các đặctính và công dụng khác nhau được sử dụng Để có cơ sở lựa chọn đượcloại dung dịch phù hợp với các điều kiện mài cụ thể cần thiết phải tiếnhành các nghiên cứu thực nghiệm
Việc xác định phương pháp và công nghệ bôi trơn làm mát của cácnghiên cứu trước đây sẽ được khảo sát và đánh giá cụ thể trong chương 2
Tỷ số năng lượng Ứng suất dư
Trang 7Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN LÀM MÁT KHI
MÀI PHẲNG
Trong gia công cơ khí, nguyên công mài thường được chọn lànguyên công gia công tinh lần cuối các bề mặt Khi mài nhiệt sinh ra trongquá trình mài là rất lớn, có thể làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim loại bềmặt và giảm khẳ năng làm việc của chi tiết máy Nhiệt cắt khi mài ảnhhưởng lớn đến chất lượng bề mặt mài, tuổi bền và khả năng làm việc củachi tiết máy Vì vậy chất lượng bề mặt mài có ảnh hưởng rất lớn đến hiệuquả kinh tế kỹ thuật
Việc ứng dụng công nghệ trơn nguội hợp lý có tác dụng rất lớn trongviệc giảm ma sát và nhiệt cắt, qua đó nâng cao được chất lượng bề mặt chitiết gia công khi mài Mài thường là nguyên công gia công tinh lần cuốinên việc sử dụng các biện pháp công nghệ trơn nguội để giảm nhiệt cắtnâng cao chất lượng bề mặt gia công được rất nhiều nhà nghiên cứu quantâm 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 vớithép không gỉ X12M với 2 loại đá Al2O3 và CBN, sử dụng phương pháptưới tràn với 3 loại dung dịch: Emulsion, Tectyl cool 1290, Tectyl cool
1240 để đánh giá khả năng cắt của đá mài
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].
Đỗ Đức Trung [8] đã tiến hành thí nghiệm khi mài thép ổ lăn SUJ2với 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
Trang 8Hình 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].
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]
Hình 2.6 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [9].
2.2 Các nghiên cứu của các tác giả nước ngoài
Theo xu thế phát triển, một số nước đã ứng dụng công nghệ trơnnguội với khí nitơ được hoá lỏng ở nhiệt độ thấp khi mài các loại vật liệukhó gia công Nabil Ben, Habib Sidhom và Chedly Braham [5] đã nghiêncứu thực nghiệm mài thép không gỉ AISI 304 trên máy mài phẳng với haimôi 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 nhưvậy là khi sử dụng khí nitơ hóa lỏng có tác dụng làm mát vùng mài tốt hơnkhi dùng dầu
Tài liệu [10-9] đã nghiên cứu phương pháp bôi trơn làm mát bằngrào cản khí nén để phá vỡ lớp không khí cứng xung quanh đá mài ở tốc độcao 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 hơnkhi 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
Trang 9Hình 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 thínghiệm với đá mài CBN và 4 loại dung dịch trơn nguội là: Dung dịch bántổng hợp 20%; nước; dung dịch bán tổng hợp 3%; dầu nguyên chất
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 bềmặt gia công, các tác giả Webster và Ciu [12] đã tiến hành thí nghiệm vớicác thông số sau:
- Hai loại đá mài: Al2O3 và CBN
- Hai loại đầu phun: đầu phun thông thường và đầu phun Webster doWebster thiết kế có các đường kính lỗ là 3mm, 4mm, 5mm
- Hai loại dung dịch trơn nguội: nhũ tương tổng hợp nồng độ 5% và dầunguyên 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].
Trang 10Đồ thị hình 2.11 là kết quả nghiên cứu thực nghiệm của các tác giảKoji 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].
A Cameron, R Bauer, A Warkentin [15] đã khảo sát ảnh hưởng của
lưu lượng tới tốc độ bóc tách vật liệu và năng lượng giới hạn riêng Kếtquả cho trên hình 2.12 và hình 2.13
Hình 2.12 Ảnh hưởng của lưu lượng tới tốc độ bóc tách vật liệu [15].
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư lớp
bề mặt đã được các tác giả K.Q Xiao và L.C.Zhang nghiên cứu khi màibằng đá mài Al2O3 với 5 môi trường có lưu lượng tưới nguội khác nhau[16] Kết quả đo ứng suất dư lớp bề mặt được cho trong đồ thị hình 2.14
Trang 11Hình 2.14 Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác nhau [16].
Nghiên cứu của các tác giả R P Upadhyaya và S.Malkin [17] về ảnhhưởng của lưu lượng tưới nguội cũng cho thấy: Nếu tăng lưu lượng tướinguội thì làm tăng lượng dung dịch vào vùng tiếp xúc đá – chi tiết do đólàm giảm ma sát, tăng tốc độ tản nhiệt nên nhiệt độ mài giảm Tuy nhiênvới mỗi phương pháp tưới nguội cụ thể thì chỉ nên tăng lưu lượng tướinguội đến một giới hạn nhất định bởi vì sau đó nhiệt độ mài hầu như giảmkhông đáng kể
Các tác giả Yuan Zhejum và Hu Zhonghui – Submitted đã thínghiệm mài thép SUJ2 bằng đá mài CBN trong hai trường hợp mài khô vàmài ướt [18] Kết quả đo ứng suất dư lớp bề mặt được thể hiện trong đồ thịhình 2.15
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].
Hình 2.16 là kết quả nghiên cứu của các tác giả T Nguyen, L.C.Zhang[19] trong trường hợp mài thép 45 bằng đá mài BWA60MVA1 với nhữngchiều sâu cắt khác nhau
Trang 12Hình 2.16 Ảnh hưởng của phương pháp tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt
khi mài bằng đá BWA60MVA1 [19].
2.3 Kết luận chương 2
- Cho đến nay, đã có nhiều nghiên cứu về bôi trơn làm mát khi mài nóichung và mài phẳng nói riêng đã được công bố và ứng dụng có hiệu quảvào thực tế sản xuất Các nghiên cứu này đã đưa ra nhiều phương pháp vàchế độ bôi trơn khác nhau nhằm giảm nhiệt cắt nâng cao chất lượng bề mặt
và năng suất khi mài
- Từ kết quả phân tích trong chương này, có thể nói cho đến thời điểm hiệntại vẫn chưa có nghiên cứu nào công bố về ảnh hưởng của công nghệ trơnnguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôibằng đá mài Hải Dương Chính vì vậy, nghiên cứu thực nghiệm xác địnhảnh hưởng của loại dung dịch, nồng độ và lưu lượng tưới nguội tới chấtlượng bề mặt gia công khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài HảiDương đã được lựa chọn và tiến hành Nội dung cụ thể của nghiên cứu này
sẽ được trình bày cụ thể ở chương tới
Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 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 3.1 Mục đích thí nghiệm
- Đánh giá mức độ ảnh hưởng cuả loại dung dịch trơn nguội, nồng độ và
lưu lượng tưới nguội đến chất lượng bề mặt gia công khi mài thép 9XCtrên máy mài phẳng bằng đá mài Hải Dương Từ đó chọn được nồng độ vàlưu lượng tưới nguội hợp lý khi mài phẳng thép 9XC bằng đá mài HảiDương cho chất lượng bề mặt tốt nhất đối với từng loại dung dịch
- Đề xuất được nồng độ và lưu lượng thích hợp khi mài phẳng thép 9XCqua tôi bằng đá mài Hải Dương cho chất lượng bề mặt tốt nhất
Trang 13- Đồng hồ đo áp suất MR10100 của hãng SUCHY - ĐỨC.
- Đồng hồ đo lưu lượng Z5615 của hãng FLOWTECH
3.2.5 Dung dịch trơn nguội
Trong các thí nghiệm sử dụng phương pháp tưới tràn với dung dịchtrơn nguội là bốn loại dung dịch cắt gọt hóa học được pha nước với nồng
độ hợp lý theo khuyến cáo của nhà sản xuất, cụ thể là: Dung dịch CaltexAquatex 3180 của hãng CALTEX, dung dịch AVANTIN 300 của hãngBECHEM, dung dịch AVANTIN 361I của hãng BECHEM, dung dịch J.PWAY của hãng J.P WAY VIỆT NAM
Máy tính Chi tiết gia công
Đồ gá