Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ làm lạnh tích cực kết hợp với bôi trơn tối thiểu đến quá trình cắt khi phay cứng (tt)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Phạm Quang Đồng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ LÀM LẠNH KẾT HỢP VỚI BÔI TRƠN TỐI THIỂU ĐẾN QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY CỨNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã Số: 52 01 03 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ THÁI NGUN – NĂM 2020 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Minh Đức TS Nguyễn Trọng Hiếu Phản biện 1:………………………………………………… Phản biện 2:………………………………………………………… Phản biện 3:………………………………………………………… Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp trƣờng Họp tại:…………………………………………………………… Vào hồi ……… ……… ngày …… tháng ……….năm……… Có thể tìm hiểu luận án thƣ viện: ………………………………… MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Bôi trơn tối thiểu (Minimum quantity lubrication – viết tắt MQL) thực chất đƣa lƣợng dung dịch trơn nguội hạn chế trực tiếp vào vùng cắt Do hiệu q trình bơi trơn cao, tiết kiệm dung dịch trơn nguội (lưu lượng 0,08÷3,3 ml/phút), thân thiện mơi trƣờng, tiết kiệm chi phí, v.v nên đƣợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi cho phƣơng pháp gia cơng dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định Nhƣợc điểm MQL khả làm nguội bị hạn chế nên việc sử dụng cho phƣơng pháp gia cơng có điều kiện cắt gọt khắc nghiệt, nhiệt cắt lớn nhƣ gia cơng loại vật liệu khó gia cơng, vật liệu cứng, gia công mài chƣa mang lại hiệu mong muốn Để khắc phục nhƣợc điểm mở rộng phạm vi ứng dụng MQL, hƣớng nghiên cứu đƣợc quan tâm sử dụng phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minimum quantity cooling lubrication – viết tắt MQCL) Thực chất MQCL đƣa lƣợng dung dịch trơn nguội nhiệt độ thấp (dung dịch lạnh) trực tiếp vào vùng cắt MQCL đƣợc quan tâm nghiên cứu, ứng dụng cho q trình gia cơng vật liệu khó gia cơng, vật liệu cứng, v.v Gia công vật liệu cứng (VLC) dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định giải pháp để thay phần cho mài Gia cơng VLC q trình gia cơng cắt gọt vật liệu có độ cứng HRC = 45 ÷ 70 Trong phay cứng (Hard milling) đƣợc nghiên cứu ứng dụng phổ biến Khi phay cứng dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng (HKC) việc bôi trơn làm nguội (BTLN) phƣơng pháp tƣới tràn không thực đƣợc tƣợng sốc nhiệt Vì ứng dụng MQCL MQCL sử dụng dung dịch nano giải pháp Xuất phát từ phân tích trên, tác giả chọn hƣớng nghiên cứu ứng dụng MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 cho trình phay cứng thép SKD11 với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ làm lạnh kết hợp với bơi trơn tối thiểu đến q trình cắt phay cứng” Mục tiêu, đối tƣợng nghiên cứu Mục tiêu chung: Nghiên cứu ảnh hƣởng MQCL đến trình cắt phay cứng thép SKD11 Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu tác động MQCL việc sử dụng dung dịch nano MoS2 đến tƣơng tác ma sát vùng cắt phay cứng thép SKD11 - Nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số gồm: Áp suất lƣu lƣợng dịng khí nén; nồng độ hạt nano dung dịch; vận tốc cắt, v.v đến trình cắt phay cứng thép SKD11 - Nghiên cứu, đánh giá hiệu MQCL sử dụng dung dịch nano để nâng cao khả cắt mảnh HKC - Nghiên cứu tối ƣu số thông số khảo sát, đƣa dẫn công nghệ sử dụng MQCL vào trình phay vật liệu cứng Đối tượng nghiên cứu MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 ứng dụng cho trình phay cứng SKD11 dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu thực nghiệm sử dụng phƣơng pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm gồm: Quy hoạch thí nghiệm riêng phần 2k-p; quy hoạch tối ƣu dạng tâm xoay CCD quy hoạch tối ƣu Box – Behnken với hỗ trợ phần mềm quy hoạch xử lý số liệu Minitab 18 Nội dung nghiên cứu Ngoài nghiên cứu tổng quan nghiên cứu sở lý thuyết, luận án tập trung nghiên cứu bốn nội dung sau: 1) Xây dựng hệ thống thí nghiệm đáp ứng yêu cầu nghiên cứu 2) Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng phƣơng pháp BTLN; loại dung dịch; tác động hạt nano; áp suất lƣu lƣợng dòng khí đến q trình cắt phay cứng thép SKD11 3) Nghiên cứu xác định áp suất, lƣu lƣợng dòng khí tối ƣu phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL 4) Nghiên cứu xác định chế độ cắt (CĐC), nồng độ hạt nano tối ƣu phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL đánh giá hiệu MQCL đến khả nâng cao tính cắt mảnh hợp kim APMT 1604 PDTR LT 30 phủ PVD (Gọi tắt APMT 30) Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học Bổ sung thêm phần lý thuyết tác động MQCL MQCL sử dụng dung dịch nano đến trình cắt phay cứng, kết đặt tảng để tiếp tục nghiên cứu phát triển ứng dụng MQCL vào thực tiễn sản xuất Ý nghĩa thực tiễn Đã nghiên cứu, ứng dụng thành công MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 vào trình phay cứng đáp ứng xu hƣớng gia cơng sạch, thân thiện mơi trƣờng Những đóng góp đề tài Đề tài kết hợp đƣợc hƣớng nghiên cứu là: (1) Gia công vật liệu cứng (Phay cứng); (2) Ứng dụng MQCL cho trình phay cứng; (3) Sử dụng dung dịch nano (Nanofluid) làm dung dịch trơn nguội gia công cắt gọt với đóng góp cụ thể: - Bƣớc đầu nghiên cứu, đánh giá ứng dụng thành công MQCL cho q trình gia cơng cắt gọt kim loại đáp ứng xu hƣớng gia công thân thiện môi trƣờng - Đã nghiên cứu, đánh giá đƣợc hiệu việc sử dụng dung dịch nano MoS2 dung dịch Emulsi - Ứng dụng đƣợc MQCL sử dụng dung dịch nano Emulsi MoS2 cho trình phay cứng thép SKD11; Đã nghiên cứu, xác định đƣợc số thơng số nhƣ áp suất, lƣu lƣợng dịng khí; nồng độ hạt nano, vận tốc cắt tối ƣu phay cứng thép SKD11 - Đã nghiên cứu, xác định đƣợc tác dụng MQCL sử dụng dung dịch nano việc nâng cao khả gia công mảnh hợp kim cứng APMT 30 thông qua tiêu vận tốc cắt độ cứng vật liệu gia công Từ mở hƣớng sử dụng loại loại mảnh HKC thơng dụng, rẻ tiền cho q trình gia cơng vật liệu cứng Các đóng góp thể qua 05 cơng trình liên quan đến nội dung luận án công bố gồm: 01 báo tạp chí Metals thuộc danh mục SCI (Q2); 01 báo tạp chí Lubricants thuộc danh mục ESCI (Q1); 02 báo tạp chí quốc tế có số ISSN; 01 báo tạp chí nƣớc NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN Chương1 Tổng quan MQCL ứng dụng gia công vật liệu cứng Nội dung nghiên cứu tổng quan vấn đề liên quan nhƣ MQL; MQCL; việc sử dụng dung dịch nano bôi trơn làm nguội; gia công VLC ứng dung MQL, MQCL vào trình gia cơng VLC, v.v Từ việc phân tích tổng quan kết nghiên cứu nƣớc tác giả chọn hƣớng nghiên cứu ứng dụng MQCL vào trình gia cơng VLC với tên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ làm lạnh kết hợp với bơi trơn tối thiểu đến q trình cắt phay cứng” Chương Ảnh hƣởng MQCL đến trình cắt gia cơng vật liệu cứng Nội dung nghiên cứu số vấn đề lý thuyết gia công VLC; tác động MQCL; hạt nano đến tƣơng tác ma sát vùng cắt, v.v Từ kết nghiên cứu tổng quan lý thuyết, tác giả giới hạn vấn đề nghiên cứu tập trung giải nội dung chính: Nghiên cứu, đánh giá ảnh hƣởng phƣơng pháp BTLN; loại dung dịch; tác động hạt nano; áp suất dịng khí (p) lƣu lƣợng dịng khí (Q) đến trình cắt phay cứng thép SKD11 Nghiên cứu xác định áp suất (p), lƣu lƣợng dịng khí (Q) tối ƣu MQCL phay cứng thép SKD11 Nghiên cứu xác định vận tốc cắt, nồng độ hạt nano tối ƣu phay cứng thép SKD11 đánh giá hiệu MQCL đến khả nâng cao tính cắt mảnh hợp kim APMT 30 Chỉ tiêu đánh giá: Các thành phần lực cắt Px, Py, Pz; mòn tuổi bền dụng cụ; nhám bề mặt Ra cấu trúc hình học tế vi bề mặt Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm với trợ giúp phần mềm thiết kế quy hoạch thí nghiệm Minitab 18 Để đáp ứng yêu cầu nghiên cứu thực nghiệm, tác giả xây dựng hệ thống thí nghiệm với trang thiết bị đại, đảm bảo độ tin cậy Chương Nghiên cứu ảnh hƣởng MQCL đến trình cắt phay cứng thép SKD11 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM Để đáp ứng yêu cầu nghiên cứu thực nghiệm, tác giả xây dựng đƣợc hệ thống thí nghiệm gồm máy cơng cụ, trang bị công nghệ thiết bị đo đảm bảo độ tin cậy, cụ thể: Máy công cụ: Trung tâm gia công Mazak 530C (Nhật Bản) Dụng cụ cắt: Dao phay mặt đầu Ø50, thân dao BAP 100R - 6322 - 4T; mảnh dao: HKC phủ PVD ký hiệu APMT 1604 PDTR LT 30 hãng LAMINA - gọi tắt mảnh APMT 30 (Thụy Sỹ) Mẫu thí nghiệm: Kích thƣớc 90 x 48 x 50 (mm); vật liệu thép SKD11, mẫu có độ cứng HRC = 52; 56; 60 Hệ thống đo lực cắt nhám bề măt: Lực kế đo ba thành phần Kistler 9257B CHLB Đức; hệ thống xử lý tín hiệu điều khiển Kistler 5233A Kính hiển vi kỹ thuật số VHX - 6000 hãng Keyence; máy đo nhám SJ - 210 hãng Mitutoyo (Nhật bản) Hệ thống MQCL: Gồm máy nén khí; phận ổn định điều chỉnh áp suất, lƣu lƣợng dịng khí nén; đầu phun MQCL, v.v Trong đầu phun MQCL đƣợc tác giả chế tạo sở cải tiến, tổ hợp từ đầu phun khí lạnh đầu phun MQL Trang thiết bị phụ trợ: Máy đo độ cứng Brinen, nhiệt kế, máy rung siêu âm để tạo dung dịch nano, v.v 3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN LÀM NGUỘI, LOẠI DUNG DỊCH VÀ CHẾ ĐỘ TRƠN NGUỘI ĐẾN QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY THÉP SKD11 3.2.1 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu, đánh giá ảnh hƣởng phƣơng pháp BTLN (MQL, MQCL); loại dung dịch (Emulsi – Em, Dầu đậu nành – DDN); tác động hạt nano (có hạt nano MoS2 - Yes, khơng có hạt nano – No); áp suất dịng khí (p) lƣu lƣợng dịng khí (Q) đến trình cắt phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL Phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN): Thiết kế quy hoạch thí nghiệm riêng phần 2k-p, độ phân giải III, với k = 5; p = có phƣơng án thiết kế , biến mức khảo sát bảng 3.1 ảng 3.1 Các biến mức khảo sát nghiệm riêng phần 2k-p TT Tên biến khảo sát Loại dung dịch (x1) Phƣơng pháp BTLN (x2) Hạt nano (x3) Áp suất dòng khí (x4 bar) Lƣu lƣợng dịng khí (x5 l/ph) Mức thấp (-1) Mức cao (+1) Em DDN MQL MQCL Yes No 150 250 Thông số đánh giá Các thành phần Lực cắt: Px; Py; Pz Trị số Ra 3.2.2 Triển khai thí nghiệm kết Triển khai thí nghiệm, đo thơng số đánh giá theo sơ đồ quy hoạch thực nghiệm cho kết thí nghiệm Xử lý kết quả: Sử dụng phần mềm Minitab 18 xử lý số liệu thí nghiệm cho kết quả: Phƣơng trình hồi quy thực nghiệm yếu tố khảo sát; biểu đồ Pareto đánh giá mức độ ảnh hƣởng biến khảo sát; đồ thị ảnh hƣởng biến khảo sát đến trị số thành phần lực cắt Px; Py; Pz đến nhám Ra (Ở giới thiệu thành phần lực cắt Py nhám bề mặt Ra) Thảo luận kết quả: Hình 3.1a cho thấy yếu tố khảo sát ảnh hƣởng lớn đến lực cắt Py (Tương tự với Px; Pz) Hình 3.1b cho thấy yếu tố khảo sát ảnh hƣởng đến Ra a) Ảnh hưởng đến Py b) Ảnh hưởng đến Ra Hình 3.1 Biểu đồ Pareto ảnh hưởng biến khảo sát đến Py Ra Hình 3.2 Ảnh hưởng yếu tố trị số đến lực Py 11 3.3.5 Tối ưu đa mục tiêu Để tìm trị số áp suất lƣu lƣợng tối ƣu đáp ứng tất mục tiêu, tiến hành giải toán tối ƣu hóa đa mục tiêu Căn vào mức độ ƣu tiên mục tiêu để chọn trọng số (Weight) mức độ quan trọng (Importance) tìm đƣợc giá trị tối ƣu tƣơng ứng Cụ thể chọn trọng số hệ số mức độ quan trọng cho biến khảo sát 1, giải tốn cho kết nhƣ đồ thị hình 3.6 Hình 3.6 Đồ thị kết tối ưu hóa đa mục tiêu Px; Py; Pz; Ra= f (p,Q) Kết luận: Để thuận lợi cho trình nghiên cứu để thuận lợi cho việc ứng dụng vào sản xuất nên chọn áp suất p = bar; lưu lượng Q = 200 lít/phút 3.4 NGHIÊN CỨU XÁC ĐINH CHẾ ĐỘ CẮT VÀ NỒNG ĐỘ HẠT NANO TỐI ƢU KHI PHAY CỨNG THÉP SKD11 SỬ DỤNG MQL 3.4.1 Mục đích nghiên cứu Xác định nồng độ hạt nano, vận tốc cắt tối ƣu 12 Đánh giá hiệu MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 việc nâng cao khả cắt mảnh HKC mà chủ yếu nâng cao vận tốc cắt độ cứng vật liệu gia công Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu xác định chế độ cắt nồng độ hạt tối ƣu Thí nghiệm kiểm chứng 3.4.2 Nghiên cứu xác định chế độ cắt nồng độ hạt tối ưu 3.4.2.1 Triển khai thí nghiệm kết Hệ thống thí nghiệm: Đƣợc trình bày chi tiết mục 3.1, mẫu thí nghiệm gồm 03 mức độ cứng lần lƣợt HRC = 52; HRC = 56 HRC = 60 Dung dịch nano MoS2 Emulsi 5% với nồng độ 0,5%; 1,0% 1,5% Áp suất p = bar; lƣu lƣợng dịng khí Q = 200 lít/phút Quy hoạch thực nghiệm: Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch tối ƣuBox – Behnken 03 biến, sơ đồ quy hoạch nhƣ bảng 3.3 ảng 3.3 Các giá trị thông số đầu vào biến thí nghiệm Mức thấp Mức cao Thơng số đánh giá Nồng độ (%) 0,5 1,5 Vận tốc (m/phút) 90 110 - Các thành phần lực cắt Px, Py, Pz; Độ cứng (HRC) 52 60 - Nhám bề mặt Ra TT Tên biến Ký hiệu Triển khai thí nghiệm: Triển khai thí nghiệm theo quy hoạch, đo thơng số đánh giá cho kết thí nghiệm 3.4.2.2 Xử lý số liệu thảo luận kết Xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Minitab 18 xử lý số liệu thí nghiệm cho kết quả: Là phƣơng trình hồi quy thực nghiệm yếu tố 13 khảo sát; biểu đồ Pareto đánh giá mức độ ảnh hƣởng biến khảo sát; đồ thị ảnh hƣởng biến khảo sát đến trị số đến thành phần lực cắt Px; Py; Pz đến nhám Ra Trong tóm tắt trình bày đại diện lực cắt Py nhám bề mặt Ra Thảo luận kết quả: Phƣơng trình hồi quy thực nghiệm ảnh hƣởng nồng độ hạt ; vậntốc cắt ( ); độ cứng ( ) đến Py Ra cho phƣơng trình (3.1; 3.2) Py = -2248 – 160,4 – 25,03 Ra=6,54 + 0,2521 0,002109 + 0,0051 + 133,1 + 71,7 – 0,2387 + 0,1232 – 0,1131 - 1,198 – 0,000028 2 (3.1) + (3.2) Biểu đồ Pareto (hình 3.7), chọn mức ý nghĩa α = 0,05 đƣờng giới hạn có hồnh độ 2,024 Kết cho thấy ảnh hƣởng yếu tố khác a) b) Hình 3.7 Biểu đồ Pareto ảnh hưởng yếu tố đến lực Py nhám Ra Đồ thị ảnh hƣởng nồng độ, vận tốc cắt độ cứng đến lực cắt Py nhám Ra từ hình 3.8 ÷ 3.13 Đồ thị hình 3.8a ÷ 3.13a cho thấy ảnh hƣởng nồng độ, vận tốc cắt, độ cứng đến lực cắt nhám bề mặt Đồ thị đƣờng mức hình 3.8b ÷ 3.13b cho thấy miền có trị số lực cắt nhám bề mặt nhỏ Kết giúp có định hƣớng lựa chọn nhanh thông số khảo sát 14 a) b) Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ vận tốc đến thành phần lực Py a) b) Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ độ cứng đến thành phần lực Py a) b) Hình 3.10 Ảnh hưởng vận tốc độ cứng đến thành phần lực Py (a) (b) Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ vận tốc đến trị số nhám Ra 15 (a) (b) Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ độ cứng đến trị số nhám Ra (a) (b) Hình 3.13 Ảnh hưởng vận tốc độ cứng đến trị số nhám Ra Kết luận chung Việc ứng dụng MQCL sử dụng dung dịch nano vào trình phay cứng cho thấy có ảnh hƣởng tích cực đến q trình cắt nâng cao đƣợc hiệu kinh tế - kỹ thuật q trình gia cơng Trong biến khảo sát nồng độ hạt ảnh hƣởng đáng kể đến kết gia cơng Trong với thành phần lực cắt, nồng độ tối ƣu khoảng 1% ÷ 1,11% Cịn với nhám bề mặt nồng độ nhỏ (0,5%) cho kết tốt Tuy nhiên khoảng nồng độ khảo sát, nồng độ giảm dƣới 0,5% trị số nhám tiếp tục giảm Khi sử dụng MQCL vào q trình phay cứng góp phần nâng cao tính cắt mảnh HKC, cụ thể gia cơng đƣợc vật liệu có độ cứng đến HRC = 60 vận tốc V = 110 m/phút so với 50 ÷ 52 HRC 16 MQL sử dụng dung dịch nano Al2O3 Một ý nghĩa khác việc khảo sát ảnh hƣởng độ cứng có u cầu độ cứng cụ thể, hồn tồn lựa chọn đƣợc thơng số nồng độ, vận tốc hợp lý để nâng cao hiệu q trình gia cơng 3.4.2.3 Tối ưu hóa đa mục tiêu Q trình giải tốn tối ƣu hóa đa mục tiêu vào mức độ ƣu tiên mục tiêu để chọn trọng số mức độ quan trọng Ở coi phay cứng gia cơng tinh, ví dụ chọn trọng số hệ số mức độ quan trọng cho biến khảo sát nhƣ bảng 3.3, giải toán cho kết đồ thị hình 3.14 Với mục đích cụ thể nhƣ nêu, kết cho thông số khảo sát tối ƣu là: Nồng độ hạt nano 0,5%; vận tốc cắt V = 110 m/phút; độ cứng vật liệu gia công HRC = 56,8484 ảng Trọng số hệ số mức độ quan trọng tối ưu hóa đa mục tiêu Mong muốn Mức cao Trọng số Mức độ quan trọng Minimum 0,092 0,257 10 Fz Minimum 84,780 205,900 1 Fy Minimum 57,200 170,100 Fx Minimum 37,300 72,200 1 Hàm mục tiêu Mục tiêu Ra Mức thấp 17 Hình 3.14 Đồ thị kết tối ưu hóa đa mục tiêu 3.5 THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG 3.5.1 Mục đích Kiểm chứng lại giá trị nồng độ MoS2 tối ƣu; so sánh, đánh giá hiệu phƣơng pháp BTLN gồm: Cắt khô; MQL với dung dịch Emulsi 5%; MQCL với dung dịch Emulsi 5%; MQCL với dung dịch nano MoS2 qua có đánh giá xác hiệu MQCL gia cơng vật liệu cứng Các thơng số thí nghiệm chọn trƣớc nhƣ phần thí nghiệm phần gồm: Sz = 0,08 mm/r; t0 = 0,12 mm; độ cứng vật liệu gia công HRC = 56; V=110 m/ph Hệ thống thí nghiệm, mẫu phơi thí nghiệm mơ hình thí nghiệm chọn nhƣ phần 3.1 3.5.2 Triển khai thí nghiệm Triển khai thí nghiệm với thơng số nêu trên, chế độ bôi trơn làm nguội khác gồm: (1) Không bôi trơn làm nguội (Dry); (2) MQLvới dung dịch Emulsi 5%; (3) MQCLvới dung dịch Emulsi 5%; (4) MQCL với dung dịch nano MoS2 (nồng độ: 0,2%; 0,5%; 18 0,8%) Thông số so sánh đánh giá gồm: cấu trúc tế vi bề mặt; trị số nhám Ra; mòn tuổi bền dụng cụ 3.5.3 Kết xử lý kết Trị số nhám bề mặt Ra mặt phụ thuộc vào phƣơng pháp BTLN (hình 3.15); kết chụp kính hiển vi VHX – 6000: cấu trúc tế vi bề mặt (Ví dụ cho hình 3.16 ÷ hình 3.17), ảnh mơ hình đo mịn dao (hình 3.18); tuổi bền dao đƣợc xác định dao hết khả cắt theo tiêu độ mòn mặt sau cho phép B = [0,35mm] (hình 3.19) Hình 3.15 Trị số nhám trung bình Ra phụ thuộc vào điều kiện BTLN Hình 3.16 Cấu trúc bề mặt sau gia cơng có MQCL Emulsi 19 Hình 3.17 Cấu trúc bề mặt sau gia cơng có MQCL Emulsi – MoS2 0,5% Ảnh hƣởng phƣơng pháp BTLN đến giá trị trung bình Ra (hình 3.15) cho thấy MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 cải thiện đáng kể trị số nhám bề mặt so với không BTLN so với MQL so với MQCL khơng có hạt nano Kết cho thấy để đạt trị số Ra tối ƣu tiên chọn nồng độ hạt nano 0,5% Quan sát cấu trúc tế vi bề mặt profin bề mặt chi tiết gia cơng (hình 3.16 ÷ hình 3.17) cho thấy rõ có khác biệt cấu trúc bề mặt chi tiết gia cơng Hình 3.18 Ảnh mơ hình đo mịn dao kính hiển vi VHX - 6000 20 Hình 3.19 Tuổi bền dao phụ thuộc điều kiện BTLN Ảnh chụp mơ hình đo mịn dao (hình 3.18) cho thấy rõ mơ hình mịn dao, kết đo cho thấy rõ ảnh hƣởng phƣơng pháp BTLN, chế độ trơn nguội đến trình mịn tuổi bền dao Hình 3.19 cho thấy ảnh hƣởng phƣơng pháp BTLN đến tuổi bền dụng cụ, cho thấy MQCL cải thiện đáng kể tuổi bền dụng cụ so với MQL (64 phút so với 48 phút, tăng , %) Tuy nhiên việc sử dụng dung dịch nano MoS2 không cải thiện đƣợc tuổi bền dụng cụ, vấn đề cần có nghiên cứu thêm 3.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG Đã thiết kế, xây dựng hệ thống thí nghiệm đáp ứng yêu cầu nghiên cứu thực nghiệm Trong chế tạo thành công đầu MQCL điều kiện thực tiễn sở đào tạo Tác giả nghiên cứu đánh giá đƣợc ảnh hƣởng phƣơng pháp bôi trơn làm nguội (MQL, MQCL); loại dung dịch (Emulsi, dầu đậu nành); tác động hạt nano MoS2 (có hạt nano, khơng có hạt nano); áp suất dịng khí p lƣu lƣợng dịng khí Q đến q trình cắt phay cứng thép SKD11 21 Đã xác định đƣợc giá trị áp suất lƣu lƣợng tối ƣu trƣờng hợp cụ thể p = bar; Q = 200 lít/phút Đã nghiên cứu ảnh hƣởng vận tốc cắt V, nồng độ hạt nano MoS2 độ cứng vật liệu gia cơng đến q trình cắt phay cứng thép SKD11 - Căn vào mục tiêu tối ƣu thành phần lực cắt hay nhám bề mặt mà chọn đƣợc thông số gồm nồng độ hạt, vận tốc cắt tối ƣu độ cứng vật liệu tối ƣu Cụ thể xác định đƣợc thông số tối ƣu: nồng độ hạt nano MoS2 0,5%; vận tốc cắt V = 110 m/phút; độ cứng vật liệu gia công HRC = 56,8484; - Với việc ứng dụng MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 dung dịch Em cho phay cứng thép SKD11 nâng đƣợc vận tốc cắt mảnh dao APMT 30 đến 110 m/ph, độ cứng vật liệu gia công đến HRC = 60 So với thông số hãng cung cấp nâng độ cứng vật liệu gia công lớn từ 45 HRC đến 60 HRC (tăng 133,3%), vận tốc cắt tăng từ 70 m/ph đến 110 m/ph (tăng 157,1%) KẾT LUẬN CHUNG I Các kết đóng góp luận án Gia cơng vật liệu cứng hƣớng nghiên cứu để dần thay phần cho mài Để nâng cao hiệu q trình gia cơng vật liệu cứng, giải pháp tác giả sử dụng MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 Đây hƣớng nghiên cứu mới, đặc biệt Việt Nam 22 Từ định hƣớng chung, tác giả có nghiên cứu lý thuyết tổng quan trình gia công VLC; bôi trơn thiểu MQL; bôi trơn làm nguội tối thiểu MQCL; MQCL sử dụng dung dịch nano vào trình phay cứng Tác giả chọn định hƣớng nghiên cứu ảnh hƣởng MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 đến trình cắt phay cứng thép SKD11 với mục tiêu nghiên cứu chính: a Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng phƣơng pháp bôi trơn làm nguội; loại dung dịch; tác động hạt nano MoS2; áp suất dịng khí lƣu lƣợng dịng khí đến q trình cắt phay cứng thép SKD11 b Nghiên cứu xác định áp suất, lƣu lƣợng dịng khí tối ƣu phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL c Nghiên cứu xác định chế độ cắt, nồng độ hạt nano tối ƣu phay cứng thép SKD11 sử dụng MQCL đánh giá hiệu MQCL đến khả nâng cao tính cắt mảnh hợp kim APMT 1604 PDTR LT 30 phủ PVD hãng LAMINA Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm với phƣơng pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm gồm quy hoạch dạng 2k-p; quy hoạch tối ƣu bề mặt tiêu CCD phƣơng pháp quy hoạchtối ƣu Box – Behnken với trợ giúp phần mềm thiết kế quy hoạch thí nghiệm Minitab 18 Đã thiết kế, xây dựng hệ thống thí nghiệm đáp ứng yêu cầu nghiên cứu thực nghiệm Trong chế tạo thành cơng đầu MQCL điều kiện thực tiễn sở đào tạo Một số kết chính: 23 a) Với việc sử dụng phƣơng pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm 2k – p, tác giả nghiên cứu, đánh giá đƣợc ảnh hƣởng yếu tố gồm phƣơng pháp bôi trơn làm nguội; loại dung dịch; tác động hạt nano; áp suất dịng khí lƣu lƣợng dịng khí đến qua trình kết q trình phay cứng thép SKD11 b) Với phƣơng pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm tối ƣu CCD nghiên cứu ảnh hƣởng áp suất lƣu lƣợng dòng khí đến q trình cắt phay cứng xác định đƣợc giá trị tối ƣu p = bar; Q = 200 lít/phút c) Với quy hoạch thực nghiệm tối ƣu Box – Behnken nghiên cứu, đánh giá ảnh hƣởng vận tốc cắt, nồng độ hạt nano độ cứng vật liệu gia công đến trình cắt phay cứng thép SKD11 đánh giá thông qua thành phần lực cắt, nhám bề mặt Ra d) Kết nghiên cứu tối ƣu đa mục tiêu định hƣớng phay tinh ƣu tiên trị số nhám bề mặt nhỏ trị số lực cắt Py nhỏ (giảm sai số gia công) cho thông số tối ƣu nồng độ hạt nano 0,5%; vận tốc cắt V = 110 m/phút; độ cứng vật liệu gia công HRC = 56,85 với giá trị hàm mục tiêu là: Ra= 0,107 µm; Px = 54,99 N; Py = 120,92N; Pz = 158,48N Với công cụ tính tốn đƣợc trang bị đây, vào u cầu cụ thể hồn tồn chọn trọng số mức độ quan trọng cho hàm mục tiêu chính, qua tìm đƣợc thơng số tối ƣu e) Với việc ứng dụng MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 dung dịch Emulsi cho trình phay cứng thép SKD11 24 nâng cao đƣợc đƣợc đáng kể khả cắt mảnh dao APMT 1604 PDTR LT 30, cụ thể so với thơng số hãng cung cấp nâng độ cứng vật liệu gia công từ 45 HRC đến 60 HRC (tăng , %), vận tốc cắt tăng từ 70 m/ph đến 110 m/ph (tăng 157,1%) g) Kết nghiên cứu kiểm chứng cho thấy rõ hiệu MQCL sử dụng dung dịch MoS2 việc cải thiện chất lƣợng bề mặt, giảm trị số Ra Cụ thể MQCL với dung dịch nano MoS2 0,5% đạt Ra = 0,130 µm (bằng 82,8% so với MQCL; 56,2% so với MQL 44,5% so với không BTLN) II Hạn chế định hƣớng nghiên cứu Chƣa đo lƣờng nghiên cứu đƣợc ảnh hƣởng yếu tố khảo sát đến nhiệt cắt, BTLN vấn đề quan trọng Chỉ nghiên cứu ứng dụng đƣợc MQCL vào trình phay cứng, chƣa khảo sát sâu chế vật lý xảy vùng cắt phay cứng có sử dụng MQCL, chƣa nghiên cứu sâu đƣợc đặc điểm, chế mòn dụng cụ, v.v Định hƣớng nghiên cứu tiếp theo: Đây vấn đề mới, có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn cần tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện thiết bị, nghiên cứu tối ƣu thông số vào MQCL, nghiên cứu sâu sở vật lý, phối hợp với việc dùng dung dịch hybrid nano ứng dụng rộng rãi vào q trình gia cơng khác nhƣ tiện, mài, v.v 25 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trần Minh Đức, Phạm Quang Đồng, Trần Thế Long, Trần Quyết Chiến,“Nghiên cứu chế tạo đầu phun dung dịch lạnh cho bôi trơn làm nguội tối thiểu, ứng dụng vào phay thép SKD11” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên, tập 173, số 13, 2017, tr 171 Tran Minh Duc, Tran The Long, Pham Quang Dong, Tran Bao Ngoc,“Applied Research of Nanofluids in MQL to Improve Hard Milling Performance of 60Si2Mn Steel Using Carbide Tools”.American Journal of Mechanical Engineering, 2017, Vol 5, No 5, 228-233) Pham Quang Dong, Tran Minh Duc, Tran The Long, “ Performance Evaluation of MQCL HardMilling of SKD11 Tool Steel Using MoS2 Nanofluid”, Metals 2019, Volume 9, Issue 6, 658 (SCIQ2) Tran Minh Duc, Pham Quang Dong, Tran The Long, Dang Van Thanh,“Evaluation of MQCL Technique Using MoS2 Nanofluids During Hard Milling Process of SKD11 Tool Steel”, International Journal of Mechanical Engineering and Applications Vol 7, No 4, 2019, pp 91-100 Pham Quang Dong, Tran Minh Duc, Ngo Minh Tuan, Tran The Long, Dang Van Thanh and Nguyen Van Truong,“Improvement in the Hard Milling of AISI D2 Steel under the MQCL Condition Using Emulsion-Dispersed MoS2 Nanosheets” Lubricants, Volume 8, Issue 6, June 2020(ESCI - Q1) ... phân tích trên, tác giả chọn hƣớng nghiên cứu ứng dụng MQCL sử dụng dung dịch nano MoS2 cho trình phay cứng thép SKD11 với đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ làm lạnh kết hợp với bôi trơn tối thiểu. .. làm lạnh kết hợp với bôi trơn tối thiểu đến trình cắt phay cứng? ?? Chương Ảnh hƣởng MQCL đến q trình cắt gia cơng vật liệu cứng Nội dung nghiên cứu số vấn đề lý thuyết gia công VLC; tác động MQCL;... trơn tối thiểu đến trình cắt phay cứng? ?? Mục tiêu, đối tƣợng nghiên cứu Mục tiêu chung: Nghiên cứu ảnh hƣởng MQCL đến trình cắt phay cứng thép SKD11 Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu tác động MQCL việc