5. Nội dung nghiên cứu
3.2Hệ thống thí nghiệm
3.2.1. Máy
Máy mài phẳng Nhật bản, ký hiệuM7120A; các thông số cơ bản của máy như sau: - Công suất động cơ trục chính: 2,8 KW.
- Số vòng quay của trục đá mài: 1445 vòng/ph.
- Tốc độ chuyển động dọc của bàn máy: 0 ÷ 22 (m/ph).
3.2.2. Mẫu thí nghiệm và đồ gá
Hình 3.1 mô tả bản vẽ kết cấu và ảnh chụp mẫu dùng trong thí nghiệm. Mẫu làm bằng thép 9XC tôi thể tích đạt độ cứng (58÷62) HRC. Kích thước của mẫu là 100x60x25(mm3).Thành phần hóa học của mẫu được cho trong bảng 3.1.
Đồ gá: Do sử dụng thiết bị đo lực nên trong sơ đồ thí nghiệm cần phải thiết kế đồ gá để gá đầu đo lực. Chi tiết gia công được gá lên đầu đo lực bằng 2 bu lông M10, đầu đo lực được gá lên đồ gá bằng 4 bu lông M8, đồ gá được đặt lên bàn từ. Từ kết cấu của thiết bị đo lực ta thiết kế đồ gá như hình vẽ. Đồ gá được làm bằng thép 45.
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm thép 9XC.
Nguyên tố hóa học C Si P Mn Ni Cr Mo
Hàm lượng(%) 0,8623 1,2351 0,0241 0,58631 0,03216 1,113 0,01917
Nguyên tố hóa học V Cu W Ti Al Fe
a) Bản vẽ kết cấu b) Ảnh chụp chi tiết
Hình 3.1 : Chi tiết gia công.
a) Bản vẽ kết cấu b) Ảnh chụp đồ gá
Hình 3.2: Đồ gá thí nghiệm
3.2.3. Sơ đồ thí nghiệm
a) Bản vẽ kết cấu b) Ảnh chụp
Hình 3.3: Sơ đồ thí nghiệm
1- Đá mài.
2- Chi tiết gia công. 3- Đầu đo lực KISTLER. 4- Đồ gá.
5- Bu lông đai ốc kẹp chi tiết lên đầu đo lực. 6- Bu lông đai ốc kẹp đầu đo lực lên đồ gá. 7- Cáp nối tín hiệu từ đầu đo lực tới Card A/D. 8- Cáp nối tín hiệu từ Card A/D tới máy tính.
3.2.4. Thiết bị đo
a. Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201 (Nhật Bản) – Phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
Hình 3.4: Máy đo độ nhám Mittutoyo
Đầu đo lưc
Card A/D
Máy tính Chi tiết gia công
b. Đầu đo lực kisler – Phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
a) Bản vẽ kết cấu b) Ảnh chụp
Hình 3.5: Đầu đo lực KISTLER. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Model: KISTLER-9257BA - Dải đo: + Dải 1: Fx, Fy = -500N tới 500N; Fz = -1KN to 1KN. + Dải 2: Fx, Fy = -1KN tới 1KN; Fz = -2KN to 2KN. + Dải 3: Fx, Fy = -2KN tới 2KN; Fz = -5KN to 5KN. + Dải 4: Fx, Fy = -5KN tới 5KN; Fz = -5KN to 10KN. - Quá dải: Fx, Fy, Fz : -7.5 / 7.5KN; Fz -7.5/15KN - Độ nhậy (dải 1): Fx, Fy = 10mV/N; Fz = 5mV/N. - Độ tuyến tính: +/-1% FS
- Độ trễ: +/-0.5% FS
- Tần số: Fx, Fy = 2KHz; Fz = 3.5KHz - Nhiệt độ làm việc: 600C
- Trôi theo thời gian (charge amp at 250C): < +/- 0.005N/s - Cách ly đất: >100 M ohm.
- Cable nối (integral): 5m. - Dài (mm); 170
- Rộng (mm): 100 - Cao (mm): 60
- Độ kín nước: welded/epoxy (IP67) - Trọng lượng (Kg): 7.3
- Khối điều khiển & khuyếch đại: + Số kênh k/đ: 3
+ Dải điều khiển: 4 + Tín hiệu ra: +/-5V
+ Đấu nối đầu ra : 3 x BNC neg hoặc 39pin D-Sub + Nguồn cấp: 230V AC
+ Trọng lượng: 1.52kg - Card A/D Thu Thập dữ liệu + Độ phân giải: 12 bit
+ Tốc độ: 330 LS/s
- Dữ liệu được xử lý trên phần mềm DASYLAB 9.0.2 và ORIGIN 8.0
Hình 3.6: Card A/D thu nhận dữ liệu.
Trên hình 3.8, các Module sử dụng cho sơ đồ đo lực mài trên máy mài phẳng gồm: - Module Statistics với ba module nhỏ là:
+ Filter X: Lọc dữ liệu lực dọc trục + Filter Y: Lọc dữ liệu lực pháp tuyến + Filter Z: Lọc dữ liệu lực tiếp tuyến
- Module Mathermetic với ba module nhỏ là : + Scaling X: Khuyếch đại dữ liệu lực dọc trục + Scaling Y: Khuyếch đại dữ liệu lực pháp tuyến + Scaling Z: Khuyếch đại dữ liệu lực tiếp tuyến - Module Display với sáu module nhỏ là :
+ Digital X: Mã hóa dữ liệu lực dọc trục sang dạng số + Digital Y: Mã hóa dữ liệu lực pháp tuyến sang dạng số + Digital Z: Mã hóa dữ liệu lực tiếp tuyến sang dạng số + X Chart: Vẽ biểu đồ lực dọc trục
+ Y Chart: Vẽ biểu đồ lực pháp tuyến + Z Chart: Vẽ biểu đồ lực tiếp tuyến
- Module Files với module nhỏ là WriteFile sử dụng để viết dữ liệu và lưu dữ các dữ liệu của ba thành phần lực cắt được đo.
Các module được sử dụng cho sơ đồ đọc dữ liệu đo lực cắt trên máy mài phẳng là: - Module Files với module nhỏ là Read Data được sử dụng để đọc dữ liệu.
- Module ReadVariable được dùng để đọc các biến.
- Module Control với module nhỏ là Slide được dùng để điều chỉnh biểu đồ lực cắt về vị trí cân bằng.
- Module Mathematics với module nhỏ là Formula Interpreter được sử dụng để viết thành phương trình toán học từ các biến đã có.
- Module Display với hai module nhỏ là
+ Digital Meter được sử dụng để mã hóa dữ liệu sang dạng số. + Chart Recorder được sử dụng để hiển thị biểu đồ lực cắt. - Module Data Reduction với hai module nhỏ là
+ Average00 được sử dụng để đọc giá trị trung bình của lực Fy. + Average01 được sử dụng để đọc giá trị trung bình của lực Fz.
Trong các sơ đồ này, số 0 là ký hiệu cho lực tiếp tuyến, số 1 là ký hiệu cho lực dọc trục và số 2 là ký hiệu cho lực pháp tuyến.
c. Thiết bị đo áp suất, lưu lượng
- Đồng hồ đo áp suất MR10100 của hãng SUCHY - ĐỨC. - Đồng hồ đo lưu lượng Z5615 của hãng FLOWTECH. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.8: Đồng hồ đo áp suất MR10100.
Hình 3.9: Đồng hồ đo lưu lượng Z5615.
3.2.5 Dung dịch trơn nguội
Trong các thí nghiệm sử dụng phương pháp tưới tràn với dung dịch trơn 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 Caltex Aquatex 3180 của hãng CALTEX,
dung dịch AVANTIN 300 của hãng BECHEM, dung dịch AVANTIN 361I của hãng BECHEM, dung dịch J.P WAY của hãng J.P WAY VIỆT NAM .
3.2.6. Đá mài
Thí nghiệm sử dụng đá mài Al2O3 của công ty cổ phần Đá mài Hải Dương có ký hiệu PA60M8V1.300.50.127.30 m/s. Các thông số của đá mài được chọn tương đối phù hợp với điều kiện mài tinh thép 9XC nhiệt luyện. Các thông số cơ bản của đá gồm:
- PA: Vật liệu hạt mài là Coranh đông hồng. - 60: Độ hạt (số mắt sàng có trong 1 tấc Anh). - M8: Độ cứng của đá.
- V1: Chất dính kết là gốm, kiểu đá trụ, cạnh vuông.
- 300.50.127: Kích thước (mm) đường kính ngoài, bề rộng và đường kính lỗ của đá. - 30 m/s: Tốc độ giới hạn của đá. 3.2.7 Chế độ công nghệ - Các thông số cố định : + Vđ = 25 m/s + Sn = 0,008 m + t = 0,005 mm + Áp suất: 0,5 bar + Sd = 8 m/p
- Các thông số thay đổi:
+ Trơn nguội: Dung dịch : Caltex Aquatex 3180; AVANTIN 300; AVANTIN 361I; J.P WAY + Lưu lượng 5; 10; 15; 20; 25 lít/ phút. + Nồng độ: Caltex Aquatex 3180: Nồng độ 3%, 4%, 5%, 6%, 7%. AVANTIN 300: Nồng độ 2%, 3%, 3,5%, 4%, 5%. AVANTIN 361I: Nồng độ 3%, 4%, 5%, 6,5%, 8%. J.P WAY: Nồng độ 1%, 2%, 2,5%, 3%, 4%. 3.3 Quá trình thí nghiệm: Cách tiến hành thí nghiệm:
1. Thí nghiệm với dung dịch Caltex Aquatex 3180.
- Giữ nguyên nồng độ, thay đổi lưu lượng 10l/p; 15l/p; 20l/p ; 25l/p. Sau đó đánh dấu mẫu là 1, 2, 3, 4, 5 tương ứng với lưu lượng 5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p ; 25l/p để đo độ nhám. Lực đo trong quá trình mài và được hiển thị bởi sơ đồ được lưu trong máy tính.
- Làm tương tự với nồng độ 4%, 5%, 6%, 7%. 2. Thí nghiệm với dung dịch Avantin 361I.
- Tiến hành mài với dung dịch Avantin 361I với nồng độ 3% và lưu lượng 5l/p. - Giữ nguyên nồng độ, thay đổi lưu lượng 10l/p; 15l/p; 20l/p. Sau đó đánh dấu mẫu là 31, 32, 33, 34 tương ứng với lưu lượng 5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p để đo độ nhám. Lực đo trong quá trình mài và được hiển thị bởi sơ đồ được lưu trong máy tính.
- Làm tương tự với nồng độ 4%, 5%, 6,5%, 8%. 3. Thí nghiệm với dung dịch Avantin 300.
- Tiến hành mài với dung dịch Avantin 300 với nồng độ 2% và lưu lượng 5l/p. Giữ nguyên nồng độ, thay đổi lưu lượng 10l/p; 15l/p; 20l/p. Sau đó đánh dấu mẫu là 51, 52, 53, 54 tương ứng với lưu lượng 5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p để đo độ nhám. Lực đo trong quá trình mài và được hiển thị bởi sơ đồ được lưu trong máy tính.
- Làm tương tự như trên với nồng độ 3%, 3,5%, 4%, 5%. 4. Thí nghiệm với dung dịch J.P Way.
- Tiến hành mài với dung dịch J.P Way với nồng độ 1% và lưu lượng 5l/p.
- Giữ nguyên nồng độ, thay đổi lưu lượng 10l/p; 15l/p; 20l/p. Sau đó đánh dấu mẫu là 71, 72, 73, 74 tương ứng với lưu lượng 5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p để đo độ nhám. Lực đo trong quá trình mài và được hiển thị bởi sơ đồ được lưu trong máy tính.
- Làm tương tự với nồng độ 2%, 3%, 3,5%, 4%.
3.4 Kết quả thí nghiệm
3.4.1 Với dầu Caltex Aquatex 3180
- Tiến hành thí nghiệm với dầu Caltex Aquatex 3180 với các nồng độ 3%, 4%, 5%, 6%, 7% và lưu lượng 5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p; 25 l/p ta thu được kết quả đo lực Px, Py, Pz ở bảng 3.2, kết quả đo nhám ở bảng 3.3 như sau:
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180.
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180. Lưu lượng Nồng độ 5(l/p) 10(l/p) 15(l/p) 20(l/p) 25(l/p) 3% 0,43 0,447 0,399 0,386 0,419 4% 0,448 0,462 0,476 0,464 0,48 5% 0,52 0,493 0,486 0,569 0,585 6% 0,495 0,466 0,489 0,541 0,512 7% 0,56 0,535 0,584 0,543 0,516 Lực Px Lưu lượng Nồng độ 5(l/p) 10(l/p) 15(l/p) 20(l/p) 25(l/p) 3% 32 34 29 28 28 4% 28 28 28 27 27 5% 27 28 29 27 29 6% 26 26 26 27 29 7% 26 25 25 26 26 Lực Py Lưu lượng Nồng độ 5(l/p) 10(l/p) 15(l/p) 20(l/p) 25(l/p) 3% 92 87 79 72 84 4% 77 76 65 65 74 5% 73 69 65 64 71 6% 57 55 54 52 54 7% 60 58 57 65 80 Lực Pz Lưu lượng Nồng độ 5(l/p) 10(l/p) 15(l/p) 20(l/p) 25(l/p) 3% 8 7 6 6 7 4% 7 7 6 6 6 5% 6 6 6 7 7 6% 6 6 6 6 6 7% 6 6 6 6 6
a) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b)
c)
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu Caltex Aquatex 3180.
Hình 3.10 biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lực cắt Px (Hình 3.10.a), Py (Hình 3.10.b) và Pz (Hình 3.10.c) ứng với các lưu lượng tưới khác nhau của dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex. Từ các kết quả này ta thấy:
- Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng trơn nguội đến lực cắt Px và Pz là không đáng kể (Hình 3.10.a và c) nhưng lại ảnh hưởng khá lớn đến lực cắt Py (Hình 3.10.b).
- Từ hình 3.10.b ta thấy, với mỗi lưu lượng trơn nguội nhất định, tồn tại một nồng độ dung dịch mà tại đó lực Py là nhỏ nhất. Thêm vào đó giá trị lưu lượng tối ưu này phụ thuộc vào lưu lượng của dung dịch. Kết quả cho thấy với các lưu lượng bôi trơn khác nhau (5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p; 25l/p) đều cho nồng độ dung dịch tối ưu là 6%.
- Khi tăng nồng độ dung dịch trơn nguội thì lực mài giảm, nhưng đến một giá trị nồng độ giới hạn nhất định thì khi tăng nồng độ dung dịch trơn nguội thì lực mài lại tăng. Cụ thể khi tăng nồng độ dung dịch trơn nguội từ 3% đến 6% thì lực mài giảm, nhưng tiếp tục tăng nồng độ dung dịch lên 7% thì lực mài lại tăng. Nồng độ dung dịch trơn nguội 6% là giá trị nồng độ tối ưu mà tại đó giá trị lực mài là nhỏ nhất ứng với các lưu lượng tưới nguội khác nhau.
Từ kết quả thu được (bảng 3.3) ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt được biểu diễn trên hình 3.11.
Hình 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt mài đối với dầu Caltex Aquatex 3180.
Từ hình 3.11 ta thấy các giá trị độ nhám bề mặt sau khi mài với các giá trị nồng độ và lưu lượng trơn nguội khác nhau của dầu Caltex Aquatex đều nằm trong phạm vi cho phép của nguyên công mài tinh (Ra = 0,3÷0,63)µm.
Từ hình 3.10.b và hình 3.11 ta thấy khi mài với nồng độ 6% ứng với các lưu lượng khác nhau đều cho giá trị lực mài nhỏ nhất, đồng thời giá trị độ nhám bề mặt sau khi mài vẫn nằm trong phạm vi cho phép của nguyên công mài tinh. Khi mài với nồng độ 6% ứng với lưu lượng 15l/p cho giá trị lực mài là 54N, với lưu lượng 20l/p cho giá trị lực mài là 52N. Hai giá trị lực mài khi mài với lưu lượng 15l/p và 20l/p chênh nhau không nhiều nên ta có thể chọn giá trị tối ưu khi mài với dầu tưới nguội Caltex Aquatex 3180 là (6% và 15l/p) hoặc (6% và 20l/p). Thực tế tại xưởng của doanh nghiệp tư nhân Cơ khí chính xác Thái Hà đang dùng với nồng độ khuyến cáo của nhà sản xuất là 5%. Kết quả trên hình 3.10.b và hình 3.11 ta thấy, khi mài với nồng độ 5% đều cho giá trị lực mài tăng khá nhiều và độ nhám bề mặt cũng cao hơn (lực mài tăng 23%, nhám bề mặt tăng 5,2%) so với khi mài với nồng độ 6% và lưu lượng 15l/p. Để tiết kiệm lượng dầu tưới nguội ta nên chọn các giá trị tối ưu là nồng độ 6% và lưu lượng là 15l/p.
Vậy khi mài phẳng thép 9XC qua tôi bằng đá mài Hải Dƣơng sử dụng dung dịch tƣới nguội dầu Caltex Aquatex 3180 nồng độ 6% và lƣu lƣợng 15 l/p đƣợc đề xuất nên dùng.
3.4.2 Với dầu AVANTIN 361I
- Tiến hành thí nghiệm với dầu AVANTIN 361I với các nồng độ 3%, 4%, 5%, 6,5%, 8% và lưu lượng 5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p ta thu được kết quả đo lực Px, Py, Pz ở bảng 3.4, kết quả đo nhám ở bảng 3.5 như sau:
Từ kết quả thu được (bảng 3.4) ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài Px, Py, Pz khi bôi trơn bằng dầu AVANTIN 361I được biểu diễn trên hình 3.12 - Cũng tương tự như khi tưới nguội bằng dầu Caltex Aquatex 3180, khi sử dụng dầu AVANTIN 361I, ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng trơn nguội đến lực cắt Px và Pz là không đáng kể (Hình 3.12.a và hình 3.12.c) nhưng chúng lại ảnh hưởng tương đối đến lực cắt Py (Hình 3.12.b).
- Kết quả trên hình 3.12.b cho thấy khi tăng nồng độ thì lực mài giảm, đến một giá trị nồng độ giới hạn thì khi tăng nồng độ lực mài lại tăng. Ta nhận thấy với các lưu lượng
bôi trơn khác nhau (5l/p; 10l/p; 15l/p; 20l/p) đều cho nồng độ tối ưu là 4%.
Bảng 3.4 : Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến lực mài khi dùng dầu AVANTIN 361I
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt mài khi dùng dầu