Vấn đề bôi trơn tƣới nguội trong quá trình cắt gọt: Để hạn chế các tác hại do nhiệt cắt gây nên ngƣời ta thƣờng dùng biện pháp bôi trơn tƣới nguội, có nhiều chất có thể dùng làm dung dịch trơn nguội, cũng nhƣ có nhiều cách bôi trơn tƣới nguội. Những yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội là:
+ Khả năng truyền nhiệt tốt
+ Khả năng bôi trơn tốt, có độ nhờn cao
+ Khả năng bảo vệ bề mặt chi tiết chống ăn mòn, ôxy hóa
+ Đảm bảo điều kiện vệ sinh trong lao động, không gây độc hại cho môi trƣờng
Tùy theo vật liệu của chi tiết gia công mà ta có cácdung dịch trơn nguội khác nhau: Khi gia công nhôm và hợp kim nhôm ngƣời ta thƣờng dùng dung dịch trơn nguội là dầu hỏa, dầu thông và dầu hỗn hợp; khi gia công các chi tiết bằng vật liệu dòn hoặc bằng các kim loại và hợp kim của kim loại màu khác ngƣời ta thƣờng không dùng dung dịch trơn nguội; còn gia công thép nguời ta có thể dùng nhiều loại dung dịch trơn nguội nhƣng phổ biến hơn cả là dung dịch Emunxi tức là dung dịch của Emunxon và nƣớc. Emunxon gồm 70-80% dầu khoáng, 18-20% xà phòng, 2-5% rƣợu và 2-5% nƣớc. Trong một số trƣờng hợp ngƣời ta dùng dầu khoáng sunphophedon và dầu khoáng có 5% mỡ.
Trong gia công cắt gọt, các CBTLN có vai trò rất lớn, nhiều nguyên công không thể tiến hành có hiệu quả nếu không sử dụng đúng các chất này. Việc sử dụng các CBTLN có với mục đích sau:
- Giảm nhiệt cắt trong quá trình gia công (làm dao cắt và chi tiết gia công không bị quá nóng) sẽ ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt gia công và tuổi bền của dao. - Tăng độ bền dao.
- Nâng cao chất lƣợng bề mặt (giảm độ nhám bề mặt). - Không để phoi nhỏ đọng lại trên vùng cắt.
Các CBTLN đƣợc sử dụng :
Các CBTLN đƣợc chia ra gồm các chất: lỏng, rắn, khí.
*Các chất lỏng làm nguội bôi trơn: Đây là dạng sử dụng phổ biến nhất. Những chất lỏng này đƣợc dẫn trực tiếp vào vùng cắt gọi là dung dịch trơn nguội (DDTN). Trong thực tế, có nhiều loại DDTN thích hợp cho từng trƣờng hợp gia công cụ thể. DDTN đƣợc chọn đúng không chỉ góp phần cải thiện quá trình cắt mà còn thoả mãn đƣợc các yêu cầu khác: Nó không ảnh hƣởng đến sức khoẻ của công nhân điều khiển máy, không có hại cho hệ thống bôi trơn, không gây ra sự ăn mòn, làm thay đổi màu sắc của vật liệu gia công, cũng nhƣ không có nguy cơ cháy và giá thành rẻ.
Nếu căn cứ vào thành phần: DDTN đƣợc chia làm 2 nhóm chính: - Nhóm 1: Có gốc nƣớc
- Nhóm 2: Có gốc dầu nguyên chất
Các chất nhóm 1 chủ yếu có tính chất làm nguội là các nhũ tƣơng dầu, thành phần gồm dầu khoáng và nƣớc thƣờng có tỷ lệ: 1:10 và 1:30.
Các chất nhóm 2: dựa trên cơ sở dầu khoáng và có tính chất bôi trơn. Cả các nhũ tƣơng dầu đƣợc gọi là dầu hoà tan và dầu nguyên chất đều có chứa các chất cho thêm vào nhƣ Cl, S, những chất này cải thiện tác động bôi trơn trong các điều kiện nhiệt độ và áp lực tiếp xúc cao, còn các dầu nhớt nguyên chất có thể chứa các Axít béo.
Nếu căn cứ vào tác dụng của DDTN ngƣời ta chia làm 3 nhóm:
Na2CO3( 20%), dung dịch Na3PO4 (0.8%), NaNO3 (0.3%)...
- Nhóm có tác dụng làm nguội và phần nào bôi trơn: dung dịch nƣớc xà phòng (0.9%), Na3PO4 (0.5%), NaNO3 (0.4%). dung dịch dầu Emuxi (10%) ...
- Nhóm tác dụng bôi trơn và phần nào làm lạnh: Dầu phức hợp: 70% Sunfofơrezon + 30% dầu thực vật, ...
* Các chất khí làm nguội bôi trơn đƣợc sử dụng dƣới dạng khí tinh khiết, các hỗn hợp khí hoặc hỗn hợp khí với một lƣợng chất lỏng làm nguội hoặc bôi trơn (chất khí - lỏng) hoặc với các hạt chất làm nguội bôi trơn rắn. Các khí đƣợc sử dụng để làm nguội bôi trơn nhƣ: không khí, ôxi, nitơ, khí Cácbonic. Có thể làm nguội bằng cách cho luồng khí tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt tại vùng cắt, hoặc làm nguội gián tiếp bằng cách tạo ra sự tuần hoàn các khí hoá lỏng trong thân dụng cụ. Chất khí phổ biến nhất, trực tiếp đƣợc dẫn vào vùng cắt là không khí hoặc hỗn hợp không khí - nhũ tƣơng. Đặc biệt hiệu quả là làm lạnh bằng các chất khí có nhiệt độ âm (không khí -10 -16O C), khí Cácbonic và khí khác. Các chất khí này không chỉ làm nguội dụng cụ cắt mà còn làm giảm độ mòn mặt trƣớc của dụng cụ, làm nguội cả sản phẩm gia công nên đôi khi gây dòn. Các chất khí này không chỉ làm nguội vùng cắt mà còn có khả năng mang đi các phoi nhỏ khỏi vùng cắt.
* Các chất rắn làm nguội bôi trơn đƣợc sử dụng dƣới dạng màng cứng phủ lên bề mặt dụng cụ cắt, dƣới dạng các miếng lắp dẫn nhiệt áp sát vào các mặt nóng và dƣới dạng các hạt nhỏ dẫn nhiệt ra. Các hạt này đƣợc cho vào chất lỏng làm nguội bôi trơn hoặc cho vào các chất khí nạp vào vùng cắt (các hạt Graphit, Disunfit Molipden và các loại khác).
2.6.3 Sự làm nguội và bôi trơn của các chất bôi trơn làm nguội
a) Sự làm nguội
Tác dụng làm nguội của các chất làm nguội dựa trên hiệu ứng trao đổi nhiệt. Khi cắt, nhiệt cắt sẽ truyền vào dao, phoi, chi tiết gia công và môi trƣờng xung quanh. Nhƣ vậy một phần nhiệt lƣợng đƣợc truyền cho chất làm nguội, một phần luồng nhiệt thoát ra khỏi vùng cắt. Ngoài ra nhiệt cũng truyền ra khỏi vùng cắt thông qua quá trình bốc hơi của chất làm nguội, chất làm nguội hấp thụ
nhiệt năng khi hoá hơi do đó cũng làm giảm nhiệt cắt. Hai nguồn tạo nhiệt chính khi cắt - Mặt phẳng trƣợt và bề mặt tiếp xúc giữa dao và phôi (đặc biệt là trên miền tạo phoi, kề mặt trƣớc của dao) – Công sản ra khi cắt vật liệu phoi biến thành nhiệt lƣợng, trong khi đó, công sản ra để thắng ma sát trƣợt cũng là một nguyên nhân tạo thành nhiệt cắt trong quá trình cắt. Các chất lỏng làm nguội không ngăn chặn đƣợc sự toả nhiệt và không tiếp cận đƣợc tới các vùng tạo ra nhiệt cắt. Nhiệt lƣợng toả ra trong vùng trƣợt, chủ yếu đƣợc phoi mang đi, còn phần nhỏ truyền vào chi tiết gia công. Các chất lỏng làm nguội gốc nƣớc làm giảm nhiệt độ một cách hữu hiệu cả của phôi lẫn phoi, sau khi phoi bong ra khỏi dao. Việc làm nguội phoi có ý nghĩa thứ cấp, còn việc làm nguội phôi có ý nghĩa quan trọng nhằm đảm bảo độ chính xác gia công cơ khí.
Trong quá trình cắt, dao chịu tác động của nhiệt độ cao vì vậy phần lớn các trƣờng hợp, làm nguội hiệu quả nhất thực hiện thông qua dao bằng cách nạp chất lỏng vào bề mặt dao có nhiệt độ cao nhất, vì ở đây diễn ra sự thoát nhiệt nhanh và sự hƣ hỏng của bề mặt này cũng có thể dễ xảy ra nhất. Hiểu biết về phân bố nhiệt trong dao có thể giúp ta sử dụng hợp lý các chất lỏng làm nguội. Sử dụng chất làm nguội không ngăn chặn đƣợc sự phát sinh của nhiệt độ cao trên bề mặt phân chia dao - phoi do sự toả nhiệt diễn ra trong vùng chảy dẻo, mà chất lỏng làm nguội lại không tác động đƣợc tới vùng này. Nhiệt độ cực đại trên mặt trƣớc của dao cao hơn 900oC không phụ thuộc vào việc quá trình cắt diễn ra khô hay có nạp chất lỏng làm nguội bằng cách tƣới hoặc phun tia vào mặt sau phụ của dao. Việc sử dụng DDTN làm giảm nhiệt độ của dao. Việc phun tia vào mặt sau phụ hiệu quả hơn nhiều so với tƣới vào mặt trƣớc. Khi nhiệt tại mặt sau giảm, tốc độ mòn vì khuếch tán tại mặt sau cũng giảm, do đó mòn của dao giảm. b) Sự bôi trơn
Tác dụng bôi trơn của các CBTLN là tạo ra trên các bề mặt làm việc một màng bôi trơn, do đó làm giảm nhiệt cắt và lực cắt trong quá trình cắt. Màng bôi trơn đƣợc duy trì tại bề mặt tiếp xúc giữa dao và phoi và giữa dao và phôi ở áp suất cao. Ngoài hiệu quả bôi trơn, các CBTLN còn ngăn chặn sự mòn khuếch tán và mòn dính bám của dụng cụ. Tác dụng bôi trơn của CBTLN là tác
động lên bề mặt tiếp xúc và làm giảm lực ma sát trong quá trình tạo phoi. Các CBTLN có thể góp phần làm tăng độ bền dao, mặc dù trong một vài điều kiện, chúng có thể làm tăng tốc độ mòn. Trong quá trình cắt, có hiện tƣợng dính của phoi với dao, khi diện tích dính càng lớn thì lực cắt càng tăng. Khi gia công thép trong môi trƣờng chân không, diện tích tiếp xúc giữa phoi và bề mặt dao lớn hơn so với gia công thép trong không khí.
Điều này dẫn đến lực cắt lớn và phoi dày. Nếu nạp ôxi vào buồng chân không, góp phần làm giảm diện tích tiếp xúc và làm lực cắt giảm. Ôxi trong không khí bao quanh dao ở điều kiện thông thƣờng sẽ ngăn chặn hiện tƣợng dính do bề mặt mới đƣợc tạo thành trong quá trình gia công của phoi dính vào mặt trƣớc của dao và trên phôi rất dễ dính với mặt sau của dao. Vai trò của Ôxi trong không khí cũng nhƣ vai trò của S và Cl trong DDTN là chúng liên kết các bề mặt kim loại mới đƣợc tạo thành, làm giảm hiện tƣợng dính với dao. Do đó cũng làm giảm hiện tƣợng mòn của dao.
Nhƣ vậy, bản thân không khí ở mức độ nào đó đã tác động nhƣ là một chất bôi trơn, và nếu nhƣ quá trình cắt diễn ra trong chân không thì lực cắt sẽ rất lớn do sự dính kết giữa phoi (hoặc chi tiết gia công) với dao rất mạnh. Các nguyên tố hoạt hoá khác, chủ yếu là S và Cl, đã đƣợc đƣa vào DDTN, có tác động tƣơng tự nhƣ ôxi. Ngay cả trong thành phần DDTN, phải hoạt động trong các trạng thái khí do nhiệt độ cao trên bề mặt tiếp xúc. Các DDTN có thể hiệu quả hơn không khí, vì chúng loại trừ sự hình thành các túi chứa Nitơ và cho phép các nguyên tố hoạt hoá thấm vào khe hở và chính nhờ vậy mà góp phần tiếp tục làm giảm bề mặt dính kết. Về mặt này có lẽ nƣớc tác động nhƣ là một chất lỏng cả bôi trơn lẫn làm nguội, thấm vào giữa bề mặt dao và phoi và gây ra sự phủ ôxi và làm giảm sự dính kết. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.6.4 Một số hóa chất thƣờng dùng trong dung dịch trơn nguội * Dầu mỏ
Loại dầu này chỉ thích hợp với thủy động lực học hoặc bôi trơn dƣới dạng tạo màng mỏng, chống ôxy hóa và chịu nhiệt cao. Dầu mỏ thƣờng đƣợc sử dụng
làm dầu cắt gọt, có thể sử dụng ở trạng thái nguyên chất hoặc trộn thêm một số chất bổ sung khác.
* Mỡ động vật
Mỡ động vật thƣờng đƣợc sử dụng làm chất phụ trợ trong dầu cắt. Chất béo và dầu sử dụng tốt cho bôi trơn, chúng còn giảm nhiệt cắt, giảm hệ số ma sát trong quá trình gia côn
*Dầu thực vật
Dầu thực vật thƣờng đƣợc chiết suất từ các loại quả, củ nhƣ lạc, vừng, cọ, hạt cải, đậu nành, ôlƣu... hoặc nhựa các loại cây. Các loại dầu này có chứa chất béo, nên chúng có đầy đủ tính chất để bôi trơn và làm nguội trong gia công cắt gọt. Dầu thực vật chia làm hai loại:
- Dầu tồn tại dƣới dạng khô đƣợc lấy từ các loại nhựa cây. Chúng đƣợc chế biến thành dạng màng dai bền co giãn đƣợc nên dễ vận chuyển và lƣu giữ nhƣng trƣớc khi sử dụng cần phải chế biến lại để đƣa về dạng loảng.
- Dầu thực vật dƣới dạng lỏng, chúng đƣợc ép từ các loại thực vật nhƣ dừa, vừng, lạc, hải ly. Chúng tồn tại dƣới dạng lỏng nên có thể hòa với hầu hết các loại chất béo và sẽ không có dạng màng khô co giãn khi phơi ngoài không khí. Các nguyên tố hóa học
Emunxi ở dạng huyền phù là loại dầu hòa tan trong nƣớc tạo thành hỗn hợp dầu pha. Nhũ tƣơng thƣờng đƣợc chia ra dƣới hai dạng cơ bản: - Nhũ tƣơng trực tiếp: là dầu khoáng phân tán trong nƣớc ở dạng các giọt rất nhỏ, loại này có tác dụng làm nguội nhiều hơn bôi trơn. - Nhũ tƣơng gián tiếp: là các giọt nƣớc phân tán trong dầu, loại này có tác dụng bôi trơn tốt hơn làm nguội.
* Chất khí
Chất khí có khả năng làm nguội và bôi trơn, đây là phƣơng pháp mới, với phƣơng pháp này, áp lực không khí sẽ đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Tất cả các loại khí đều có tính đối lƣu, do đó bôi trơn - làm nguội phải đƣợc cung cấp dƣới dạng khí nén. Khi dùng khí để bôi trơn - làm nguội cần chú ý đến vấn đề an toàn lao động do áp lực dòng khí cao.
*Các loại chất rắn
Chất rắn dùng trong bôi trơn - làm nguội trong gia công cắt gọt nhƣ: than chì, disulphat, môlípđen... Những loại này dùng rất hạn chế vì chúng không đảm bảo an toàn lao động, gây ô nhiễm môi trƣờng và độc hại
2.6.5. Phƣơng pháp tƣới nguội
Tùy theo tính chất gia công , tốc độ cắt, chiều sâu cắt mà ngƣời ta có nhiều phƣơng pháp tƣới nguội khác nhau:
+ Phƣơng pháp bôi trơn gián đoạn bằng tay
Theo phƣơng pháp này thì dung dịch trơn nguội sẽ đƣợc đƣa vào vùng cắt bằng dụng cụ thủ công nhƣ bình xịt, cọ quét. Dung dịch trơn nguội lúc này chủ yếu là bội trơn, và chỉ giải nhiệt một phần chớ không làm nguội vùng cắt nhƣ các phƣơng pháp khác. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng cho phƣơng pháp gia công bào, khoan lỗ và khi cắt ren trong gia công nguội.
+ Phƣơng pháp dòng chảy tự do
Ở phƣơng pháp tƣới nguội dòng chảy tự do thì dung dịch trơn nguội sẽ đƣợc cấp đến vùng cắt dƣới dạng một dòng chảy không có áp suất tƣới từ trên xuống, cung cấp nhờ vào một bơm cấp hoặc một bễ chứa đặt trên cao. Phƣơng pháp này dùng để bội trơn và làm nguội cho vùng cắt với chế độ cắt thấp, và
thƣờng đƣợc dùng trong các phƣơng pháp gia công thông thƣờng với hình thức gia công đơn chiếc, thiết bị gia công thiếu bô phận che chắn.
+ Phƣơng pháp dòng chảy với áp suất cao
Dung dịch trơn nguội đƣợc cấp vào vùng cắt với áp suất và vận tốc cao, nhờ vào một bơm cấp có áp suất cao, dòng chảy đƣợc phun từ mọi phía có khả năng đến tất cả các vị trí trong vùng cắt nên khả năng làm mát và bội trơn vùng cắt tốt. Phƣơng pháp tƣới nguội dòng chảy với áp suất cao thƣờng đƣợc dùng trong tất cả các phƣơng pháp gia công với chế độ cắt cao, nhƣng phải có thiết bị che chắn và thu hồi dung dịch trơn nguội cho tốt.
+ Phƣơng pháp phun bằng thiết bị chuyên dùng
Trong phƣơng pháp tƣới nguội phun với thiết bị chuyên dùng thì dung dịch trơn nguội sẽ đƣợc cấp vào vùng cắt dƣới dạng sƣơng mù nhờ vào một vòi phun khí nén có áp suất cao thổi ngang qua miệng phun dung dịch tƣới nguội, nhờ tƣới nguội dƣới dạng sƣơng mù nên khả năng thấm vào các vị trí của vùng cắt và khả năng làm nguội cao hơn, làm tăng tuổi thọ của dao. Phƣơng pháp này đƣợc dùng trong các trƣờng hợp gia công với chế độ cắt rất cao và vật liệu khó gia công.