Nghiên cứu khả năng làm mát vùng mài bằng không khí từ máy nén khí có trộn dung dịch làm mát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG THỊ NGỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM MÁT VÙNG MÀI BẰNG KHƠNG KHÍ TỪ MÁY NÉN KHÍ CĨ TRỘN DUNG DỊCH LÀM MÁT LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: VŨ NGỌC GIANG TRƯƠNG HOÀNH SƠN HÀ NỘI – 2010 MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học 2.2 Ý nghĩa thực tiễn .4 Đối tượng, mục đích, phương pháp nội dung nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Mục đích nghiên cứu .4 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.4 Nội dung nghiên cứu .5 Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIỆT MÀI 1.1 Vị trí mài sản xuất khí sống 1.2 Các dạng hư hỏng thường gặp mài .11 1.2.1 Cháy phôi 12 1.2.2 Ram .13 1.2.3 Ứng suất dư 14 1.2.4 Biến dạng nhiệt 17 1.3 Ảnh hưởng nhiệt mài đến chất lượng gia công chi tiết máy 17 1.4 Các phương pháp làm mát vùng mài 18 1.4.1 Sử dụng dung dịch trơn nguội làm mát kiểu tưới tràn 18 1.4.2 Sử dụng chất kết dính có hệ số dẫn nhiệt cao .20 1.4.3 Sử dụng khơng khí lạnh 22 1.4.4 Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu .24 1.5 Kết nghiên cứu số phương pháp làm mát 25 1.6 Dung dịch bôi trơn – làm nguội .29 1.6.1 Tác dụng dung dịch trơn nguội 30 1.6.2 Yêu cầu dung dịch trơn nguội 30 1.6.3 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội dùng gia công cắt gọt 31 -1- Chương PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT TRONG Q TRÌNH MÀI 2.1 Nhiệt sinh vùng mài 36 2.2 Nhiệt độ bề mặt chi tiết mài-Lý thuyết M.C.Shaw 38 2.2.1 Cơ sở nhiệt động học-Lý thuyết M.C Shaw 38 2.2.2 Nhiệt độ bề mặt chi tiết mài 41 2.3 Sự phân bố nhiệt mài q trình mài khơ .43 2.3.1 Xác định tỷ lệ nhiệt truyền vào đá chi tiết .44 2.3.2 Ảnh hưởng cấu trúc đá thông số công nghệ đến nhiệt độ bề mặt mài phân bố nhiệt 45 2.3.3 Đo nhiệt độ bề mặt mài .46 Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH TỐN HỌC VÀ MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 3.1 Mơ hình truyền nhiệt vùng mài .48 3.2 Phân tích truyền nhiệt vùng mài 49 3.3 Mơ hình thí nghiệm 50 3.3.1 Yêu cầu hệ thống thí nghiệm 50 3.3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội kiểu sương mù 50 3.3.3 Điều kiện thực nghiệm 51 3.3.4 Kết thực nghiệm 55 Chương XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 4.1 Khả làm mát khơng khí trộn dung dịch làm mát với bề mặt chi tiết gia công .57 4.2 Ảnh hưởng cấu trúc đá mài đến khả làm mát 63 4.3 Kết luận 66 CÁC KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 67 LỜI CẢM ƠN .69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 -2- PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các chi tiết máy có độ xác, chất lượng bề mặt độ bền cao sở cho đời loại máy móc, thiết bị đại, có chất lượng cao (độ xác, độ tin cây, độ bền cao…) Phương pháp mài có vị trí quan trọng gia cơng khí đại nhờ khả vượt trội so với phương pháp cắt gọt khác gia cơng vật liệu có độ bền học độ cứng cao cho độ xác chất lượng bề mặt cao Gần có nhiều nghiên cứu phương pháp tiện cứng phay cứng mảnh dao CBN để gia công tinh vật liệu khó gia cơng qua tơi Tuy nhiên, xét hiệu kinh tế - kỹ thuật, gia công chi tiết yêu cầu độ xác chất lượng bề mặt cao chưa có phương pháp thay cho phương pháp mài Chất lượng bề mặt sau mài phụ thuộc nhiều yếu tố, yếu tố phương pháp làm mát bề mặt chi tiết q trình mài Ngày nay, cơng nghiệp gia công hướng tới môi trường công nghệ đảm bảo độ xác gia cơng chất lượng bề mặt chi tiết máy đòi hỏi ngày cao đồng thời phải tạo môi trường gia công có lợi cho mơi trường, cho sức khoẻ người lao động Điều cho thấy khơng thể tiếp tục sử dụng loại dung dịch trơn nguội truyền thống (tưới tràn) có sử dụng hợp chất hố hóc có hại cho sức khoẻ người lâu dài mà địi hỏi phải có thay nhằm thoả mãn yêu cầu khoa học công nghệ Xuất phát từ đặc điểm tình hình trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu khả làm mát vùng mài khơng khí từ máy nén khí có trộn dung dịch làm mát.” -3- Ý nghĩa đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Làm mát vùng mài đạt hiệu cao gây nhiễm tới môi trường nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu ứng dụng Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu lĩnh vực cơng bố, đề tài có ý nghĩa khoa học phù hợp với hướng nghiên cứu khoa học công nghệ bôi trơn, làm mát 2.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu góp phần ứng dụng cơng nghệ làm mát vùng mài vào gia cơng khí Việt Nam nhằm nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật phương pháp mài Đối tượng, mục đích, phương pháp nội dung nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là: Dung dịch làm mát Emusil trộn với khí nén áp suất cao tạo hỗn hợp dạng sương mù 3.2 Mục đích nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu là: đánh giá khả làm mát vùng mài dung dịch làm mát Emusil dạng sương mù, mài thép hợp kim T15K6 đá mài kim cương chất kết dính đồng có tỷ lệ rỗ khí khac máy mài phẳng thơng qua lực mài nhiệt bề mặt chi tiết gia công - Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy học tập 3.3 Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: - Nghiên cứu sở lý thuyết - Tiến hành lập mô hình tốn học - Tiến hành cơng tác thực nghiệm: trộn dung dịch làm mát Emusil với khơng khí áp suất cao, tạo chất làm mát dạng sương mù, phun dung dịch dạng sương mù vào vùng mài -4- - Khảo sát, phân tích đánh giá kết 3.4 Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu gồm: Nghiên cứu tổng quan nhiệt mài, ảnh hưởng nhiệt mài tới chất lượng bề mặt chi tiết gia công, phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt sau gia công, phương pháp làm mát dung dịch làm mát Đánh giá khả làm mát phương pháp làm mát mà tác giả lựa chọn thông qua thông số thu thập sau trình thực nghiệm Nội dung luận văn bao gồm: Chương 1: Giới thiệu chung nhiệt mài Chương 2: Phân tích truyền nhiệt q trình mài Chương 3: Xây dựng mơ hình tốn học mơ hình thực nghiệm Chương 4: Xử lý số liệu thực nghiệm thảo luận Quá trình thực nghiên cứu đề tài có cố gắng nhiều than điều kiện nghiên cứu khả cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, phê bình thầy bạn đồng nghiệp -5- Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIỆT MÀI 1.1 Vị trí mài sản xuất khí sống Mài phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao số lượng lớn lưỡi cắt hạt mài Các hạt mài liên kết đá mài chất kết dính Lỗ khí thành phần quan trọng để tạo khả cắt gọt đá mài Với tốc độ phát triển khoa học kỹ thuật, yêu cầu độ xác chi tiết máy ngày cao, mài phương pháp gia cơng tinh có hiệu cao thoả mãn u cầu Có thể nói, khơng có phương pháp mài khó chế tạo chi tiết có độ xác cao Tầm qua trọng mài thể qua yếu tố sau: Trong gia cơng khí, mài chiếm từ 20-25% giá thành chế tạo chi tiết có ngun cơng mài hay có liên quan đến mài Sẽ khơng có xã hội văn minh khơng có phương pháp mài Nhìn chung sản phẩm cao cấp sống xã hội văn minh phải qua mài có liên quan đến trình mài Quá trình mài thực chất thực máy mài đá mài Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, có nhiều loại máy mài đại vật liệu đá mài đời với nhiều tính năng, cơng dụng khác nhau, độ xác gia cơng ngày nâng cao Máy mài thường chế tạo theo loại: máy mài trịn ngồi, máy mài trong, máy mài mặt phẳng, máy mài vô tâm, Một đặc điểm nội bật máy mài so với loại máy cơng cụ khác chúng có khả thực lớp cắt nhỏ (vài µm) có khả điều chỉnh máy với lượng dịch chuyển nhỏ Đá mài chế tạo với nhiều chủng loại phong phú để gia công hầu hết tất bề mặt chi tiết gia cơng: đá mài trịn ngồi, đá mài trịn trong, đá mài mặt phẳng, đá mài ren, đá mài răng, đá mài rãnh, Đá mài đặc trưng yếu tố: dạng hạt mài, kích thước hạt mài, độ cứng đá, cấu trúc đá, chất -6- kết dính mảng để nhận dạng đá mài Các loại vật liệu sử dụng để chế tạo đá mài như: Kim cương nhân tạo, CBN (Cubic Nitride Boron), Ôxyt nhôm (Al2O3), Carbide Silic (SiC), Ôxyt Silic (SiO2), Các loại vật liệu sử dụng làm chất kết dính như: kim loại (metal), thuỷ tinh hoá (vitrify), nhựa tổng hợp (resin),…Đá mài chế tạo theo phương pháp khác nhằm tạo đặc tính khác chúng, đặc điểm quan tâm nhiều tỷ lệ lỗ khí đá mài sau chế tạo Hình 1-1 mơ độ cứng loại vật liệu hạt mài 9000 8000 7000 Vật liệu đá mài Vật liệu dụng cụ cắt khác 6000 5000 4000 3000 Thép Oxyt Silic Silic đơn tinh thể Zirconia Nitride Silic Oxyt nhôm CBN 1000 Carbide Silic 2000 Kim cuơng Độ cứng Knoop, kg/mm2 dùng chế tạo đá mài Hình 1-1 Độ cứng loại vật liệu mài So với phương pháp gia cơng cắt gọt dụng cụ cắt có lưỡi xác định, mài có số đặc điểm bật: - Đá mài dụng cụ cắt mà trình cắt gọt thực chủ yếu nhờ hạt mài bề mặt đá Trong đơn vị thời gian có nhiều lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt gọt Các hạt mài có hình dáng khác phức tạp, phân bố hạt mài đá mài ngẫu nhiên nên chúng có thơng số hình học bề mặt đá phức tạp Thơng thường góc trước γ ln âm, góc sau nhỏ, bề mặt lưỡi cắt tiếp xúc với bề mặt gia công cắt lớn Cơ chế tự mài sắc đá trình gia công thêm lần tạo nên phức tạp thơng số -7- hình học hạt Thơng số hình học thay đổi so với hạt mài với đồng thời hạt mài thay đổi theo thời gian (mòn đá) -Tốc độ cắt mài cao, thường Vd=30÷35m/s mài tốc độ cao Vd≥50m/s Hiện nước phát triển Đức, Nhật Bản mài với vận tốc lên tới 120m/s tìm cách để nâng vận tốc mài lên đến 300m/s Tiết diện phoi mài bé, chiều sâu cắt nhỏ - Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục, hạt mài nằm tách biệt đá mài, cắt tạo nên phoi cắt riêng biệt Quá trình cắt thực cách cạo xước lên bề mặt chi tiết gia công - Nhiệt độ vùng gia công mài cao, khoảng từ 1000÷15000C - Các hạt mài có độ cứng cao, giịn, độ bền nhiệt cao nên có khả gia cơng loại vật liệu có độ bền cao, loại vật liệu qua nhiệt luyện - Trong q trình gia cơng, đá mài có khả tự làm sắc theo chế khác (gãy cầu liên kết, mòn hạt mài ma sát vỡ hạt mài) Hình 1-2 Máy mài phẳng Mài phương pháp chủ yếu sử dụng nguyên công tinh lần cuối, nguyên công định cuối đến độ xác chất lượng bề mặt chi -8- tiết gia công Khối lượng sản phẩm mài chiếm 30% ngành chế tạo máy, độ xác gia cơng đạt cấp xác 6÷7 (0,002÷0,003mm), độ nhám bề mặt đạt đến cấp 10 (Ra 0,16µm) Trường hợp mài siêu tinh đạt độ xác cấp 3, độ nhám đạt tới cấp 12 (Ra 0,04µm) So với phương pháp Tiện số phương pháp gia công khác, phương pháp mài có nhiều ưu điểm bật: Chất lượng bề mặt chi tiết tốt, q trình cơng nghệ dễ thực hiện, thực lp ct cú chiu sõu ct nh (tmin=3ữ5àm), gim kinh phí chế tạo dụng cụ cắt, ảnh hưởng đến lớp bề mặt chi tiết kiểm sốt Ngồi đặt trưng q trình mài gia cơng chi tiết qua nhiệt luyện Phương pháp mài thực gia công hầu hết tất dạng bề mặt chi tiết khác nhau: bề mặt trụ trong, trụ ngoài, mặt phẳng, then, ren, dạng bề mặt định hình khác Ngày nay, kết hợp với máy mài CNC trục công nghệ chế tạo đá tiên tiến (Liên kết kim loại hay phwong pháp mạ điện) khả cơng nghệ phương pháp mài mở rộng có khả gia cơng bề mặt phức tạp với độ xác cao Hình 1-3 So sánh trình tạo phoi mài tiện Khi cắt, trình tạo phoi phụ thuộc vào yếu tố: vật liệu dụng cụ cắt, vật liệu chi tiết gia cơng, thơng số hình học dụng cụ cắt, chế độ cắt, điều kiện thoát -9- + Mài với đá mài M3, tốc độ đá: 20m/s Nhiệt độ bề mặt Chiều sâu 2µm 4µm 6µm 8µm 10µm Lần 297.46 297.85 300.85 307.76 312.84 Lần 297.99 298.54 301.78 308.24 313.26 Lần 298.12 298.85 302.05 308.42 313.45 TB 297.86 298.42 301.56 308.14 313.18 mài Lực cắt tiếp tuyến (N) TB 0.30 0.51 0.79 - 56 - 1.16 1.66 Chương XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 4.1 Khả làm mát khơng khí trộn dung dịch làm mát với bề mặt chi tiết gia công Dựa vào kết thực nghiệm thu được, tác giả sử dụng phần mềm chuyên dụng xử lý vẽ đồ thị thể mối quan hệ nhiệt mài sinh trình mài với chiều sâu cắt ứng với trường hợp dùng đá mài có tỷ Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công oK l rỗ khí khác 360 340 320 300 280 10 Chiều sâu cắt, àm Hỡnh4-1 Quan hệ nhiệt bề mặt chi tiết gia công chiều sâu mài dùng đá mài M1 - 57 - Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công oK 360 340 320 300 280 10 Chiều sâu cắt, àm Hỡnh4-2 Quan h gia nhiệt bề mặt chi tiết gia công chiều sâu mi dựng Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia c«ng oK đá mài M2 360 340 320 300 280 10 Chiều sâu cắt, àm Hình4-3 Quan hệ nhiệt bề mặt chi tiết gia công chiều sâu mài dung đá mài M3 - 58 - Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia c«ng oK M1 M2 M3 360 Mài khơ Mài dùng khơng khí + dd làm mát 340 320 300 Mµi dùng chất bôi trơn 280 10 Chiều sâu cắt, àm Hỡnh 4-4 So sỏnh kh làm mát phương pháp làm mát khác gia công thép T15K6 với chiều sâu cắt khác Trên Hình 4-1; 4-2; 4-3 cho thấy, mài chiều sâu cắt tăng dần nhiệt sinh bề mặt gia công tăng theo Nhiệt sinh q trình bóc tách phoi, trình ma sát đá mài chi tiết gia cơng, diện tích bề mặt tiếp xúc bề mặt gia công bề mặt đá mài rộng nhiệt mài sinh lớn Diện tích bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào chiều sâu lớp cắt t, chiều rộng tiếp xúc đá mài chi tiết gia cơng b đường kính đá mài D Nên tăng chiều sâu cắt nhiệt độ bề mặt tăng theo Mặt khác, theo giả thuyết đưa phần 3.1 cơng thức tính lượng nhiệt đưa khỏi vùng mài nhờ lưu lượng khí thổi qua bề mặt gia cơng Q re = q1 Vkh (cơng thức 3-1) gia cơng với chiều sâu cắt nhỏ thể tích chiếm chỗ phoi q trình gia cơng ít, thể tích khơng khí chiếm chỗ lớn (Vkk) nên lượng nhiệt mang khỏi vùng cắt nhờ khơng khí thổi lớn – nhiệt độ bề mặt gia công nhỏ Ngược lại, chiều sâu cắt lớn – nhiệt độ bề mặt lớn - 59 - Hình 4-4 nhiệt độ bề mặt chi tiết mài mài khơ, mài ướt mài làm mát khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù Có thể thấy nhiệt độ bề mặt chi tiết máy mài làm mát khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù thấp so với mài khô Ta thấy, với chiều sâu mài nhỏ (2µm) phương pháp giả vấn đề nhiệt tốt, nhiệt độ bề mặt xấp xỉ nhiệt bề mặt dùng phương pháp tưới tràn, chế độ cắt nhiệt sinh khả thâm nhập khơng khí vào vùng mài tốt, lưu lượng khí qua vùng mài cao – khả khuyếch tán nhiệt tốt Tuy nhiên, chế độ cắt so với phương pháp làm mát khơng khí lạnh phương pháp lại cho nhiệt độ bề mặt cao nhiều nhiệt độ chi tiết mài trước mài khơng khí lạnh thấp nhiều so với mài khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù Khi chiều sâu cắt tăng dần công tách phoi lớn, ma sát lớn, khả thâm nhập luồng khí bị hạn chế nên nhiệt độ bề mặt tăng lên, nhiên thấy độ dốc đồ thị thể quan hệ nhiệt độ bề mặt gia công chiều sâu cắt trường hợp làm mát mà tác giả nghiên cứu thấp so với phương pháp mài khơ mài khơng khí lạnh, điều cho thấy tăng lên nhiệt độ bề mặt gia cơng thấp Điều giải thích với có mặt khơng khí dung dịch làm mát vùng mài, phần nhiệt lấy khỏi bề mặt chi tiết, phần nhờ dung dịch trơn nguội làm giảm hệ số ma sát đá mài với bề mặt gia cụng - 60 - Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công oK Mài khô Mài dùng không khí + dung dịch làm mát 360 340 320 300 280 10 20 30 40 Năng lợng mài (W) Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công oK Hỡnh 4-5 Nhiệt bề mặt – lượng mài dung đá mi M1 Mài khô Mài dùng không khí + dung dịch làm mát 360 340 320 300 280 10 20 30 40 Năng lợng mài (W) Hỡnh 4-6 Nhit bề mặt – lượng mài dung đá mài M2 - 61 - Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công oK Mài khô Mài dùng không khí + dung dịch làm mát 360 340 320 300 280 10 20 30 40 Năng lợng mài (W) Hỡnh 4-7 Nhiệt bề mặt – lượng mài dung đá mài M3 Các đồ thị Hình 4-5; 4-6; 4-7 thể mối quan hệ lượng mài nhiệt mài trong hai trường hợp mài khô mài dùng khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù Chúng ta biết rằng, công để tách phoi hai trường hợp lượng mài mài phương pháp dùng không khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù thấp so với mài khơ, điều chứng tỏ lượng để sinh nhiệt trình gia công giảm Năng lượng mài xác định cách đo lực mài tiếp tuyến, sau nhân với vận tốc mài Khi tiến hành thực nghiệm, với điều kiện trình bày phần 3.3.3, kết thu cho thấy thay đổi lượng mài (bằng cách thay đổi chiều sâu cắt) mức độ truyền nhiệt từ bề mặt chi tiết gia cơng thay đổi theo Có thể thấy lượng tăng nhiệt độ bề mặt chi tiết mài mài làm mát khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù thấp so với mài khô - 62 - 4.2 Ảnh hưởng cấu trúc đá mài đến khả làm mát NhiƯt khuch t¸n Qre, W M1 M2 M3 Vp=56,50% Vp=45,59% Vp=35,60% 10 20 30 40 Năng lựơng mài Qo, W Hỡnh 4-8 nh hng mật độ lỗ khí đến khả khuyếch tán nhiệt Kết cấu đá mài bao gồm thành phần: hạt mài, chất kết dính lỗ khí Chất kết dính có tác dụng kết nối hạt mài lại với cầu liên kết Các hạt mài phân bố liên kết với cách ngẫu nhiên Các lỗ khí đá mài tạo nên thơng qua q trình thiêu kết đá mài sau đúc ép Tuỳ theo tính chất gia cơng u cầu q trình cơng nghệ mà đá mài chế tạo loại vật liệu hạt mài, độ hạt khác nhau; sử dụng loại chất kết dính đặc trưng tạo tỷ lệ lố khí đá mài định Trong q trình gia cơng, thơng số có ảnh hưởng lớn đến khả cắt gọt yếu tố liên quan đến trình cắt mài Tỷ lệ lỗ khí đá mài định tính cắt đá thơng qua việc tạo góc cắt cho hạt mài chúng Chúng ta hình dung viên đá mài chế tạo có tỷ lệ lỗ khí thấp (gần 0%) thực trình cắt mài Ở nhìn nhận lỗ khí đá mài với tác dụng khác chúng- khả làm mát mài sử dụng khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù Khi mài, lỗ khí bề mặt đá mài thành phần chứa khí - 63 - từ vịi cấp khí qua khu vực gia công Khi bề mặt đá với lỗ khí chuyển động qua khu vực gia cơng, chúng có tác dụng mang lượng khí nhiệt độ định khỏi khu vực Vì thời gian để tiết diện định đá mài qua vùng tiếp xúc với chi tiết ngắn nên có lưu lượng khí có mặt khu vực gia cơng có khả chuyển nhiệt từ khu vực gia cơng ngồi mơi trường để làm nguội chi tiết gia cơng Khối khí hấp thụ lượng nhiệt định tiếp xúc với bề mặt chi tiết gia công Nếu nhiệt độ khí thấp khả đối lưu nhiệt chúng lớn Lưu lượng khí lạnh qua khu vực gia cơng bao gồm: - Lượng khí lạnh V1 chứa lỗ khí tiết diện đá qua khu vực gia cơng - Lượng khí lạnh V2 thổi vào khu vực gia cơng thơng qua vịi phun khí Theo đó, khu vực gia cơng bao gồm hạt mài, lỗ khí bề mặt đá, phoi khí làm nguội Lưu lượng khí qua khu vực gia cơng gồm thể tích khí chứa lỗ khí bề mặt đá V1và thể tích khí nằm vùng bề mặt đá bề mặt chi tiết gia cơng V2 Các lưu lượng khí tính sau: *Tính V1 Thể tích tổng lỗ khí nằm khu vực gia cơng Vp: δ ⎞ ⎛ 0.816b.l⎜ r0 + ⎟ φ 33 2⎠ ⎝ VP = πλ Trong đó: (3-2) δ0 độ dày lớp kim loại phủ hạt mài, φ3 phần thể tích hạt mài nhô lên bề mặt đá mài, λ φ3 tính sau: φ3 = 3 (V g VP2 + Vb2 + Vp2 (3-3) ) Vậy, lưu lượng khí qua khu vực mài thơng qua lỗ khí bề mặt đá mài là: - 64 - δ ⎞ ⎛ 0.816V.b⎜ r0 + ⎟ φ 33 V.VP ⎠ ⎝ = V1 = l πλ (3-4) *Tính V2 12b.l.t.Vf ⎞ ⎛ V2 = b.l.δ − ⎜ Vg + ⎟ V ⎝ ⎠ (3-5) ⎛ 12b.l.t.Vf ⎞ ⎟ thể tích tồn phoi nằm khu vực mài V ⎝ ⎠ Ở đây, lượng ⎜ Vg tổng thể tích tất hạt mài có khu vực mài ⎧ 12b.l.t.Vf ⎛ Vkh ⎨b.l.δ − ⎜ Vg + V ⎝ ⎩ V2 = l ⎞⎫ ⎟⎬η ⎠⎭ (3-6) Với η hệ số nhớt luồng khí lạnh qua khu vực mài *Tổng lưu lượng khí qua khu vực mài: ⎧ 12b.l.t.Vf ⎞⎫ δ ⎞ ⎛ ⎛ ⎟⎬η 0.816V.b⎜ r0 + ⎟ φ 33 Vkh ⎨b.l.δ − ⎜ Vg + V 2⎠ ⎠⎭ ⎝ ⎩ ⎝ Vt = V1 + V2 = (3-7) + l πλ Như vậy, cấu trúc đá mài giống tổng thể tích Vg khơng đổi Tổng lưu lượng khí chuyển qua khu vực mài đơn vị thời gian phụ thuộc vào yếu tố tỷ lệ lỗ khí bề mặt đá, tốc độ đá mài, tốc độ tịnh tiến phôi, chiều dày lớp cắt tốc độ khí lạnh phun vào khu vực mài Để đạt lưu lượng khí tối đa tỷ lệ hạt mài lớn, tốc độ đá mài lớn, tốc độ tịnh tiến phôi chậm, chiều dày lớp cắt nhỏ tốc độ khí phun vào khu vực gia cơng lớn Tất nhiên, để xác định xác lưu lượng khí chuyển qua khu vực gia cơng đơn vị thời gian khó, khó để xác định yếu tố thể tích hạt mài, lỗ khí, mật độ phân bố hạt mài bề mặt đá độ nhớt luồng khí lạnh dùng q trình mài Khi mài, khả khuyếch tán nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào lưu lượng khí khu vực gia cơng đơn vị thời gian Như muốn tăng khả - 65 - khuyếch tán nhiệt ngồi phải tăng vùng chứa khí khu vực tiếp xúc chi tiết đá mài Trên Hình 4-8 mơ tả kết thực nghiệm đường trung bình giá trị đo sau lần điều chỉnh chế độ cắt Trên đồ thị, đường thẳng trung bình nối điểm trịn trắng thể lượng nhiệt khuyếch tán khỏi khu vực gia công lớn nhất, nhanh nhất- tương ứng với trình mài sử dụng đá mài M1 Khi mài với đá M2 M3 kết nhận thấp hơn, độ dốc đường trung bình nhỏ Điều chứng minh rằng, đá mài có mật độ lỗ khí nhiều khả khuyếch tán nhiệt khu vực gia công mài cao, ổn định Do chế tạo đá mài cần ý đến việc tạo lỗ khí bên đá mài theo phương pháp khác Tuy nhiên, tỷ lệ lỗ khí lớn gây tượng mòn đá nhanh làm giảm độ bền đá 4.3 Kết luận Qua trình thực nghiệm cho thấy số kết xét quan điểm làm giảm nhiệt sinh trình mài sau: - Lưu lượng khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù qua khu vực mài đơn vị thời gian lớn tỷ lệ lỗ khí bề mặt đá lớn, tăng vận tốc đá mài giảm tốc độ tịnh tiến bàn máy - Khi thổi lượng khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù vào khu vực gia công mài giảm ma sát đá chi tiết gia công, khuyếch tán lượng nhiệt khu vực mài môi trường, giảm nhiệt bề mặt chi tiết giảm tốc độ truyền nhiệt vào chi tiết gia công - Nhiệt mài khuyếch tán mơi trường khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù nhanh tăng mật độ lỗ khí bề mặt đá mài - Nếu tăng chiều sâu cắt tốc độ khuyếch tán nhiệt khỏi khu vực gia công - 66 - - Năng lượng mài phương pháp làm mát khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù thấp lượng phương pháp mài khơ mài khơng khí lạnh CÁC KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Sử dụng không khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù làm nguội mài cơng nghệ có tính thực tế mang lại hiệu cho trình sản xuất, có lợi cho mơi trường người So với trình mài sử dụng dung dịch trơn nguội, q trình mài sử dụng khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù làm nguội có tác dụng cung cấp nguồn khí làm mát vào khu vực mài dễ Do can thiệp trực tiếp vào khu vực phát sinh nhiệt chủ yếu mài nhằm phát huy hiệu làm nguội chúng Q trình cơng nghệ tiết kiệm lượng nguyên liệu lớn dung dịch làm nguội – 15-20% so với phương pháp làm nguội kiểu tưới tràn Do xét mặt kinh tế công nghệ mang lại hiệu sản xuất cao Đặc biệt, tính ưu việt q trình mài sử dụng khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù cần quan tâm khả có lợi cho mơi trường người- Vì u cầu bảo vệ mơi trường sống cho cịn người giới đại đặt cao ngày đòi hỏi cấp bách Kết đề tài chứng minh khả làm giảm nhiệt độ khu vực gia công mài: Có khả làm mát vùng mài, giảm lượng mài, giảm ảnh hưởng đến sức khoẻ người giảm làm ô nhiểm môi trường Với ưu điểm nội bật đó, tác giả mong muốn sớm mang kết đề tài áp dụng vào thực tiễn sản xuất Việt nam Tuy nhiên, khả làm mát khơng khơng khí trộn dung dịch làm mát dạng sương mù thí nghiệm chưa tốt so với làm mát dung dịch mài chế độ cắt định lượng bề mặt gia cơng lớn so với mài làm mát khơng khí lạnh Do để tăng hiệu làm mát khơng khí trộn dung - 67 - dịch làm mát dạng sương mù, trước mắt cần có kết hợp khơng khí lạnh với dung dịch làm mát phun vào vùng gia công dạng sương mù Tuy nhiên để thực điều cần phải thực số nghiên cứu để hồn thiện u cầu q trình sản xuất Trong phạm vi đề tài cịn số khía cạnh chưa đề cập đến, chưa thoả mãn yêu cầu q trình cơng nghệ Đó chưa đề cập đến khả gia công với chiều sâu cắt lớn (lớn 10µm), chưa đề cập nhiều đến chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công Tác giả xin tiếp tục đề cập vấn đề chưa nêu đề tài khác xin nhận đóng góp đề tài để có kết đầy đủ, hồn thiện - 68 - LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài, tác giả cảm ơn giúp đỡ tận tình TS Trương Hồnh Sơn, Giảng viên trường Đại học Bách khoa Hà nội đồng nghiệp, bạn bè người thân Đặc biệt người trực tiếp hướng dẫn tác giả thực đề tài - TS Vũ Ngọc Giang Những hướng dẫn thảo luận tiến sỹ sở khoa học để hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành bày tỏ cảm ơn Khoa Cơ khí, Viện Đào tạo sau Đại học Giảng viên trường Đại học Bách khoa Hà nội số đơn vị khác giúp đỡ nhiều cho tác giả trình học tập, thực luận văn Hà Nội ngày 24 tháng 10 năm 2010 - 69 - TÀI LIỆU THAM KHẢO GS TS Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại, NXB Khoa học kỹ thuật – Hà Nội 2006 GS.TS Trần Văn Địch, (2004), Gia công tinh bề mặt chi tiết máy, Nxb KH-KT, Hà nội Ths.Lưu Văn Khang, (2003), Kỹ thuật mài kim loại, Nxb KH-KT, Hà nội TS.Trần Hữu Đà, Ths Nguyễn Văn Hùng, Ths Cao Thanh Long, (1998), “Cơ sở chất lượng trình cắt”, Thái nguyên Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, (2003), Cơ sở kỹ thuật nhiệt, Nxb Giáo dục, Hà nội S.H Truong and T Tanaka, “A Study on the Distribution of Heat in Cool Air Grinding with Porous Metal Bonded Diamond Wheel” T Tanaka and Y Morisada, “Cool-air, Mist, and Cool-air/Mist Grinding Characteristics of Hardened Steel by CBN Wheel” Adam Craig Curry, (2001), “Method of measuring flash temperature in the grinding of MgO DOPED PSZ”, USA Sc.D.S.Malkin, (1989), Grinding technology-Theory and Applications of Machining with Abrasive, England - 70 - ... trên, tác giả chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu khả làm mát vùng mài khơng khí từ máy nén khí có trộn dung dịch làm mát. ” -3- Ý nghĩa đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Làm mát vùng mài đạt hiệu cao gây ô nhiễm tới... tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là: Dung dịch làm mát Emusil trộn với khí nén áp suất cao tạo hỗn hợp dạng sương mù 3.2 Mục đích nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu là: đánh giá khả làm. .. trộn dung dịch làm mát Emusil với không khí áp suất cao, tạo chất làm mát dạng sương mù, phun dung dịch dạng sương mù vào vùng mài -4- - Khảo sát, phân tích đánh giá kết 3.4 Nội dung nghiên cứu