ĐỘ NHÁM bề mặt CHI TIẾT GIA CÔNG KHI mài vật LIỆU c45 và SKD11 sử DỤNG lưu LƯỢNG DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI được TRUYỀN DAO ĐỘNG SIÊU âm

HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG KHI MÀI VẬT LIỆU C45 VÀ SKD11 SỬ DỤNG LƯU LƯỢNG DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI ĐƯỢC TRUYỀN DAO ĐỘNG SIÊU ÂM Nguyễn Tiến Đông* Bm Gia công Vật liệu Dụng cụ Công nghiệp - Viện Cơ Khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội TĨM TẮT: Phương pháp gia cơng hỗ trợ siêu âm ứng dụng rộng rãi, hỗ trợ vào q trình gia cơng khoan, tiện, phay đặc biệt trình mài Bài báo trình bày độ nhám bề mặt chi tiết gia công mài vật liệu thép C45 SKD11 sử dụng dung dịch trơn nguội q (lần lượt 3.5 l/ph, 4.5 l/ph l/ph) truyền dao động siêu âm trình mài phẳng Độ nhám bề mặt chi tiết gia công R a sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng vật liệu gia công Kết cho thấy, giá trị độ nhám bề mặt chi tiết giảm dần lưu lượng dung dịch trơn nguội (được truyền dao động siêu âm) tăng dần cho hai loại vật liệu Nói cách khác, xu hướng ảnh hưởng dao động siêu âm lên dung dịch trơn nguội cho hai loại vật liệu Tuy nhiên, độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép C45 cao so với gia công vật liệu SKD11 điều kiện gia cơng Điều giải thích vật liệu thép C45 có độ cứng thấp hơn, phoi sinh trình gia công dạng phoi dây, phoi chịu ảnh hưởng nhiệt độ cao vùng gia công dễ xảy tượng “bết” đá so với gia công vật liệu SKD11; dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm có tác dụng làm lượng định bề mặt đá mài, phụ thuộc vào yếu tố tần số biên độ dao động siêu âm, hiệu gia cơng vật liệu thép C45 (có độ cứng thấp) thấp so với gia công vật liệu SKD11 (có độ cứng cao hơn) điều kiện làm việc Từ khóa: Độ nhám bề mặt, lưu lượng, dung dịch trơn nguội, gia công siêu âm, đá mài GIỚI THIỆU Nhu cầu phát triển ngành công nghiệp hàng không, vũ trụ dân dụng ngày đòi hỏi q trình gia cơng vật liệu có độ cứng cao khó gia cơng vật liệu gốm, hơp kim cứng, hay vật liệu có tính mềm hợp kim Al, hợp kim Mg… Các vật liệu cần phải trải qua trình gia cơng tinh lần cuối để đạt chất lượng bề mặt yêu cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu làm việc độ bền chi tiết gia công Gia công mài sử dụng rộng rãi gia công tinh lần cuối cho vật liệu kể nhằm đạt độ xác hình học chất lượng bề mặt chi tiết Tuy nhiên, gia cơng mài q trình gia cơng phức tạp, khó để kiểm sốt tồn nhiều vấn đề cần khắc phục như: lực cắt lớn, nhiệt cắt lớn,… Một tượng trình mài, tượng “bết đá”, phoi mài điền đầy vào khoảng không hạt mài, gây cản trở tiếp xúc lưỡi cắt với bề mặt chi tiết, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng Đã có nhiều nghiên cứu nhà nghiên cứu khác nhằm khắc phục tượng Trong có nghiên cứu thay đổi đá mài, máy mài, thông số gia công, có nghiên cứu sửa đá phương pháp tiên tiến J.pfaff cộng nghiên cứu phương pháp sử dụng tia laser để sửa đá q trình gia cơng, giúp tái hình thành bề mặt đá mài, loại bỏ vật liệu bám dính[1] Nguyen Tien Dong cộng nghiên cứu đá mài xẻ rãnh có lưỡi cắt gián đoạn, sử dụng số hạt mài so với số hạt mài thơng thường, giảm nhiệt cắt, giảm thiểu tượng bết đá [2] Trong năm gần đây, dao động siêu âm (ultrasonic vibration) bắt đầu nghiên cứu, sử dụng để cải thiện chất lượng gia công khí [3,4,5,6,7,8] Người ta tìm nhiều biện Trang 209 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM pháp hợp lý để nâng cao suất cắt tuổi thọ dao gia côn tiện, khoan, khoét, doa, mài, cắt ren… Với việc dùng siêu âm Khoan, khoét, doa siêu âm: Dựa sở lợi dụng tác động cọ xát gọt dũa sóng siêu âm, thiết bị khoan làm việc với tần số 20÷30kHz, gồm có đầu giảo dao động cầu nối truyền dao động qua dụng cụ truyền sang vật cần khoan Mài, cắt, xẻ rãnh…Bằng siêu âm: sử dụng trường hợp mài vị trí khó mài vật liệu gia công vật liệu rắn dòn hợp kim cứng… Bài báo trình bày việc gia cơng mài phẳng hai loại vật liệu có độ cứng khác thép C45 thép SKD11 Dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm thơng qua thiết bị Theo đó, đầu truyền dao động siêu âm đặt đá mài vòi phun dung dịch trơn nguội, nhờ lượng dao động siêu âm truyền từ đầu siêu âm qua dung dịch trơn nguội Hình Thiết bị truyền dao động siêu âm mơ tả Hình Bảng Thông số thiết bị đầu siêu âm Nhà sản xuất HONDA ELECTRONICS Mã HEC-2528P4B Tần số 27.8 ± 0.5hKz Điện dung 4300 ± 15%pF Độ bền cách nhiệt Tốc độ tối đa cho phép 75cm/sec(0-p) THỰC NGHIỆM Thiết bị thí nghiệm Máy mài sử dụng máy mài phẳng GS-BMHL Hình 2, có tốc độ trục n=1800 (vòng/ph) Vật liệu gia cơng sử dụng báo nàylà vật liệu phổ biến sử dụng lĩnh vực khuôn mẫu, thép SKD11 Lưu lượng dung dịch trơn nguội thay đổi điều kiện có khơng truyền dao động siêu âm THIẾT BỊ TRUYỀN DAO ĐỘNG SIÊU ÂM Thiết bị truyền dao động siêu âm phát triển nhà nghiên cứu Hiromi Isobe [8] cộng , có hình dạng Hình Thiết bị bao gồm: đầu dao động effector, dây cấp nguồn, hệ thống khí làm mát hệ thống gá đặt Hình Thơng số hình học hình ảnh thực tế thiết bị đầu siêu âm (Effector) Trang 210 Hình Máy mài phẳng GS-BMHL Vật liệu sử dụng thí nghiệm thép SKD11 có kích thước 100x80x20 mm Bề mặt gia cơng thực nghiệm gờ có kích thước 10x80 mm Hình 3, ứng với hai trường hợp có sử dụng khơng sử dụng truyền dao động siêu âm cho dung dịch trơn nguội Hình Mẫu thép SKD11100x80x20 mm Thiết bị đo độ nhám SJ400 Mitutoyo sử dụng để kiểm tra độ nhám bề mặt chi tiết sau gia công Hình HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hình Máy đo độ nhám SJ400 Mitutoyo Thơng số thí nghiệm Bảng Thơng số thí nghiệm Chiều sâu cắt, t 0.02mm Dung dịch mài Soluble type (VBC EMCOOL DW-100H) Lưu lượng, q 3.5; 4.5 l/ph Tốc độ trục chính, n 1800 vòng/ph Tốc độ cắt 28.2 m/s Đá mài WA36K8V 300 x 32 x 50 mm Bề mặt gia cơng 10x80 mm Trình tự thí nghiệm Tiến hành lặp đặt đá, cân đá, sửa đá Sau lắp đặt đầu siêu âm vào vị trí đá vòi phun dung dịch Điều chỉnh lượng dung dịch theo giá trị 3.5; 4.5 5l/ph truyền dao động siêu âm tiến hành với hai trường hợp thép C45 thép SKD11 Sau lần cắt lặp lại công đoạn sửa đá Kết thúc trình cắt, đo độ nhám bề mặt chi tiết ghi chép số liệu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình thể mối quan hệ độ nhám bề mặt chi tiết gia công Ra thay đổi lưu lượng dung dịch mài q 3.5; 4.5 l/ph hai trường hợp vật liệu gia công thép C45 thép SKD11 Hai loại vật liệu có độ cứng khác Kết cho thấy, giá trị độ nhám bề mặt chi tiết giảm dần lưu lượng dung dịch trơn nguội (được truyền dao động siêu âm) tăng dần cho hai loại vật liệu Nói cách khác, xu hướng ảnh hưởng dao động siêu âm lên dung dịch trơn nguội cho hai loại vật liệu Tuy nhiên, độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu Do nham be mat chi tiet gia cong, Ra, m thép C45 cao so với gia công vật liệu SKD11 điều kiện gia công 0.34 0.32 0.30 0.28 0.26 0.24 Thép SKD11 0.22 Thép C45 0.20 0.18 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 Luu luong dung dich tron nguoi, q, l/ph Hình Biểu đồ quan hệ lưu lượng dung dịch, q độ nhám bề mặt Ra thay đổi lưu lượng dung dịch mài trường hợp có khơng có siêu âm Thảo luận Trong q trình gia cơng mài, đá mài có nhiệt độ cao lên đến hàng nghìn độ, phoi sinh tiếp xúc với đá mài dễ bị mềm chảy, sau bám dính vào hạt mài khoảng không gian hạt mài Hiện tượng làm cho đá mài bị “bết”, khả gia công, ảnh hưởng đến bề mặt chi tiết gia công Tuy nhiên, sử dụng dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm, tượng xảy hoàn toàn khác Khi dung dịch mài qua đầu siêu âm, phân tử dung dịch gia tốc, truyền động “đánh tơi” Dòng dung dịch qua đầu siêu âm xuất bóng khí mang lượng lớn (cavitation bubbles), dòng dung dịch lúc trở thành dòng hai pha, bóng khí theo dòng chảy gia tốc mang đến gần bề mặt đá mài Lúc này, bóng khí “nổ” giải phóng lượng đủ để vượt qua lớp màng khí xung quanh đá đánh bật mảng “bết” đá Đây hình thức “rửa sạch” đá mài đồng thời đá hoạt động Khi lượng dung dịch trơn nguội tăng lên đồng nghĩa với việc số phần tử dung dịch tiếp xúc với đầu siêu âm tăng lên, lượng bóng khí mang lượng tăng, mang lại hiệu việc giải tượng bết đá, lượng dung dịch mài tiếp xúc với đá mài vùng cắt tăng lên, tăng hiệu làm mát Điều gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng, kết thí nghiệm cho thấy độ nhám Ra giảm lưu lượng dung dịch trơn nguội tăng Trang 211 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM dần với hai trường hợp gia công vật liệu thép C45 SKD11 Tuy nhiên, gia cơng vật liệu thép C45 có độ cứng thấp hơn, phoi sinh q trình gia cơng dạng phoi dây, phoi chịu ảnh hưởng nhiệt độ cao vùng gia công dễ xảy tượng “bết” đá so với gia công vật liệu SKD11; dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm có tác dụng làm lượng định bề mặt đá mài, phụ thuộc vào yếu tố tần số biên độ dao động siêu âm, hiệu gia cơng vật liệu thép C45 (có độ cứng thấp) thấp so với gia cơng vật liệu SKD11 (có độ cứng cao hơn) điều kiện làm việc Hình Dung dịch mài qua đầu siêu âm[8] KẾT LUẬN Bài báo đề cập đến ảnh hưởng hai vật liệu gia cơng có độ cứng khác thép C45 thép SKD11 tác dụng dung dịch trơn nguội truyền truyền dao động siêu âm, kết luận rút sau: - Dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm mang lại hiệu cao việc nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công - Xu hướng ảnh hưởng dao động siêu âm lên dung dịch trơn nguội cho hai loại vật liệu Tuy nhiên, độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép C45 cao so với gia công vật liệu SKD11 điều kiện gia cơng Điều giải thích dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm có tác dụng làm lượng định bề mặt đá mài, phụ thuộc vào yếu tố tần số biên độ dao động siêu âm, hiệu gia cơng vật liệu thép C45 (có độ cứng thấp) thấp so với gia cơng vật liệu SKD11 (có độ cứng cao hơn) điều kiện làm việc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J.pfaff, M.Warhanek, S.Huber, T.Komischke, F.Hänni, K Wegener “Laser Touch Dressing of Electroplated CBN Grinding Tools”, Volume 46, 2016, pp 272-275 [2] Nguyen Thi Phuong Giang, Nguyen Tien Dong, “Evaluation of the cutting capability of work segmented grinding wheel by the productivity of hardened C45 steel grinding process” Hanoi, Vietnam : RCMME 8th & 10th October 2014, Regional Conference in Mechanical and Manufacturing Engineering, 2014 - ISBN : 978-604-911-942-2; ME11134 – 38; 10/2014 [3] Florian Feucht, Jens Ketelaer, Alexander Wolff ,Masahiko Mori, Makoto Fujishima: Latest machining Technologies of Hard-to-cut Materials by Ultrasonic Machine Tool, Procedia CIRP 14 (2014) 148 – 152 [4] Mohsen Ghahramani Nik, Mohammad R Movahhedy, Javad Akbari: UltrasonicAssisted Grinding of Ti6Al4V Alloy, Procedia CIRP (2012) 353 – 358 [5] Prof Dr h c mult, Dr.-Ing G Spur, Dipl.-Ing S.-E Holl: Ultrasonic Assisted Grinding of Trang 212 Ceramics, Journal of Materials Processing Technology 62 (1996) 287-293 [6] Ali Zahedi, Taghi Tawakoli, Javad Akbari: Energy aspects and workpiece surface characteristics inultrasonic assisted cylindrical grinding of alumina–zirconia ceramics, International Journal of Machine Tools & Manufacture 90 (2015) 16–28 [7] D Bhaduria, S.L Sooa, D.K Aspinwalla, D.Novovicb, P Hardenc, S Bohrd, D Martine: A study on ultrasonic assisted creep feed grinding of nickel based superalloys, Procedia CIRP (2012) 359 – 364 [8] J Ishimatsu and H Isobe: Grinding with Application of Ultrasonic Excited Grinding Fluid-Effects on Improvement of Surface Property and Inhibition of Grinding Heat for Pure Titanium, Proceeding of Japan Society of Abrasive Technology, (2013) 29-32  ... thép C45 thép SKD11 Dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm thông qua thiết bị Theo đó, đầu truyền dao động siêu âm đặt đá mài vòi phun dung dịch trơn nguội, nhờ lượng dao động siêu âm truyền. .. với gia công vật liệu SKD11; dung dịch trơn nguội truyền dao động siêu âm có tác dụng làm lượng định bề mặt đá mài, phụ thuộc vào yếu tố tần số biên độ dao động siêu âm, hiệu gia cơng vật liệu. .. chất lượng bề mặt chi tiết gia công - Xu hướng ảnh hưởng dao động siêu âm lên dung dịch trơn nguội cho hai loại vật liệu Tuy nhiên, độ nhám bề mặt chi tiết gia công vật liệu thép C45 cao so với gia