Dung dịch có khả năng xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập vào các vết nứt tế vi, khi đó nó đóng vai trò nhƣ cái chêm làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn.
- Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hóa hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nó càng lớn, nhờ đó tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do nhiệt của dao giảm đi
- Khi gia công vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá hủy mạng tinh thể ở lớp cứng nguội.
- Chất bôi trơn làm nguội luôn phải có xu hƣớng làm giảm lực cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi.
- Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm nhiệt tại vùng cắt, giảm độ mấp mô bề mặt. Dung dịch trơn nguội có thể pha chế theo nhiều công thức khác nhau để thích hợp với từng điều kiện gia công khác nhau.
Ảnh hƣởng của các thông số công nghệ bôi trơn tối thiểu đến quá trình gia công
*Ảnh hƣởng của thành phần dung dịch
Trong công nghệ bôi trơn tối thiểu thì vai trò của dung dịch bôi trơn có nhiệm vụ chủ yếu là bôi trơn. Còn quá trình làm nguội chủ yếu là do dòng khí áp lực cao. Loại dầu cắt và thành phần dung dịch ảnh hƣởng đến quá trình gia công chủ yếu do các yếu tố :
- Khả năng tạo sƣơng mù của dung dịch.
- Khả năng xâm nhập của các hạt sƣơng mù vào vùng cắt.
- Khả năng bám dính và khả năng tạo màng dầu bôi trơn trong vùng cắt. - Khả năng chịu đƣợc nhiệt độ và áp lực cao của màng dầu.
- Không độc hại và không gây ô nhiễm môi trƣờng.
Vì vậy dung dịch bôi trơn dùng trong bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài những yêu cầu chung nhƣ tƣới tràn còn cần chú ý chọn thỏa mãn các điều trên. Trong đó đặc biệt chú ý là chọn độ nhớt hợp lý, nhiệt độ hóa hơi cao và không độc hại. Loại dung dịch thƣờng dùng có thể là dung dịch Emunxi có pha thêm dầu thực vật hoặc các loại dầu nhờn hoặc dầu thực vật
*Ảnh hƣởng của kiểu dẫn dung dịch vào vùng cắt Hiệu quả của phƣơng pháp bôi trơn phụ thuộc rất nhiều vào phƣơng
pháp, vị trí, góc vòi dẫn dung dịch vào vùng cắt. Ngoài những yêu cầu về không gian làm việc, không gian và kết cấu của máy, khả năng điều chỉnh của bản thân thiết bị bôi trơn thì vòi phun nên bố trí có vị trí tƣơng quan với dụng cụ cắt và phôi sao cho thích hợp nhất để hiệu quả bôi trơn là cao nhất. Có thể sử dụng một số cách dẫn dung dịch nhƣ sau :
- Phun theo phƣơng tiếp tuyến với mặt trƣớc của dao.
Ƣu điểm: Áp lực khí đủ lớn sẽ nâng cánh phoi lên, kết hợp với phôi quay sẽ đƣa dung dịch vào ngập vùng cắt. Không gian bố trí vòi phun dễ dàng.
Nhƣợc điểm: Nếu áp lực dòng khí không đủ lớn thì khả năng bôi trơn làm nguội không tối ƣu. Khả năng nâng phoi sẽ không tốt nếu chiều dày phoi lớn.
Trong bôi trơn tối thiểu cần chú ý cách phun này. Nếu dùng trong bôi trơn làm nguội tƣới tràn thì ý nghĩa không lớn vì lƣợng dung dịch vào đƣợc vùng cắt chỉ đạt 50 ÷ 60%, phần nhiều lƣợng dung dịch bị dẫn ra ngoài theo hƣớng trƣợt của phoi, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn rất khó, sự tiếp xúc của phoi và mặt trƣớc là tiếp xúc chặt, trong điều kiện đó dung dịch trơn nguội chỉ có thể xâm nhập vào vùng cắt nhờ có những khoảng chân không hình thành giữa dao và phoi. Khoảng chân không nhƣ vậy có thể hình thành nhờ có lẹo dao. Lúc lẹo dao bị cuốn đi, giữa dao và phoi hình thành khoảng trống, lớp kim loại biến dạng dẻo không thể tức thời điền đầy khoảng trống đó và dung dịch trơn nguội từ bên sƣờn của mặt tiếp xúc đƣợc hút vào thay thế. Khi áp dụng trong bôi trơn tối thiểu, áp lực dòng khí nén sẽ nâng cánh phoi lên, đồng thời đẩy dung dịch vào vùng ma sát giữa mặt trƣớc của dao với phoi, lúc này phoi trƣợt trên mặt trƣớc của dao trên lớp màng dầu.
Phun theo phƣơng tiếp tuyến với mặt sau của dao. Khi phun dung dịch trơn nguội theo phƣơng pháp này thì dòng khí áp lực cao sẽ đẩy toàn bộ dung dịch vào vùng ma sát mặt sau, phoi trƣợt trên mặt trƣớc sẽ mang dung dịch theo bôi trơn và làm nguội vùng cắt của mặt trƣớc dao.
Ƣu điểm: Hiệu suất tƣới cao. Bôi trơn đƣợc cả vùng ma sát mặt sau, vùng tạo phoi và mặt trƣớc của dao.
Nhƣợc điểm: Không gian bố trí vòi phun và hiệu chỉnh vòi phun khó khăn. Dòng khí sẽ đẩy phoi theo hƣớng không mong muốn. Khoảng cách giữa đầu vòi phun đến vùng cắt cần có các nghiên cứu với từng trƣờng hợp cụ thể để tìm đƣợc giá trị tối ƣu.
*Ảnh hƣởng của áp suất dòng khí
- Áp lực dòng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu gia công khỏi vùng cắt không để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ cắt, đồng thời áp lực của dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các kẽ hở tại vùng tiếp xúc của mặt trƣợt của phoi và mặt
trƣớc, của chi tiết và mặt sau. Áp lực dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào vết nứt tế vi trên bề mặt chi tiết tạo thành cái nêm giúp cho biến dạng dẻo bề mặt biến cứng của chi tiết. Yếu tố này cho thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên chi tiết phụ thuộc vào áp lực khí lớn hay nhỏ.
- Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đƣa các phần tử dung dịch vào vùng cắt một cách thuận lợi nhất. Các phần tử này va đập trực tiếp lên chi tiết gia công tạo thành ứng suất dƣ nén trên bề mặt chi tiết chống lại biến dạng dẻo tại vùng chi tiết tiếp xúc với mặt sau của dao.
- Áp lực dòng khí sẽ tạo ra khí động lực học nâng cánh phoi khỏi mặt trƣớc dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dòng khí đẩy dung dịch vào vùng gia công hiệu quả nhất.
- Dòng khí đƣợc bố trí có hƣớng ngƣợc chiều với hƣớng của các hạt kim loại khi tách phoi bắn ra ngoài. Tác dụng này sẽ giúp đẩy các hạt kim loại bay ra khỏi vùng gia công và không gây va đập với dụng cụ cắt. Hiện tƣợng này có tác dụng
làm giảm ứng suất có hại nhƣ tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt dụng cụ cắt. - Tác dụng của dòng khí sẽ làm chuyển động các phân tử tích tụ trong dung
dịch, các phần tử này sẽ chuyển động đến va vào chi tiết với áp lực của dòng khí nén, tạo thành một lớp màng phủ lên bề mặt chi tiết, giúp bảo vệ chi tiết trong môi trƣờng sau khi gia công.
- Hiện tƣợng tán nhiệt nhanh từ vùng cắt ra môi trƣờng xung quanh phụ thuộc rất nhiều vào áp lực của dòng khí. Nếu áp lực của dòng khí lớn:
- Khả năng tạo sƣơng mù và đƣa các hạt sƣơng mù vào vùng cắt tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt tốt
- Khả năng giữ các hạt sƣơng mù trong vùng cắt kém. - Không an toàn cho ngƣời và thiết bị.
Nếu áp suất dòng khí nhỏ:
- Khả năng tạo sƣơng mù và đƣa các hạt sƣơng mù vào vùng cắt không tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt kém. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểu cần lựa chọn đƣợc áp suất dòng khí hợp lý ứng
với từng phƣơng pháp gia công và các điều kiện cụ thể khác. Nếu dòng khí nhiệt độ thấp thì hiệu quả của quá trình làm nguội sẽ đạt hiệu quả rất cao .
- Dung dịch trơn nguội đã đƣợc sử dung rộng rãi trong quá trình gia công cắt gọt nhằm giảm nhiệt cắt, bôi trơn, di chuyển phoi ra khỏi vùng cắt và bảo vệ dụng cụ cắt tránh khỏi sự ăn mòn. Do sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình cắt gọt đã dẫn đến những ảnh hƣởng không tốt đến sức khỏe ngƣời công nhân , môi trƣờng và khía cạnh kinh tế. Ngƣời công nhân tiếp xúc với dung dịch trơn nguội có thể gây ra bệnh viêm da và do sƣơng mù tạo ra trong suốt quá trình cắt gọt có thể dẫn tới một số bệnh khác nhƣ : đau mắt, viêm đƣờng hụ hấp, hen, thậm chí viêm phổi…Ngoài ra khi thải dung dịch trơn nguội ra ngoài môi trƣờng đã dẫn đến một sự nguy hiểm là ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm , dòng nƣớc và gây ra những tác động không tốt về môi trƣờng. Các nghiên cứu đã đƣa ra những nhận xét chi phí liên quan đến dung dịch trơn nguội chiếm một số lƣợng lớn trong tổng giá thành gia công sản phẩm.
Đó chính là một trong những nguồn gốc chính của vấn đề liên quan đến chi phí gia công.
Mặc dù trong dung dịch trơn nguội chứa một số hóa chất độc hại ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời và gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣng phần lớn các nhà sản suất vẫn sử dụng dung dịch trơn nguội dƣới dạng chất lỏng với một số lƣợng lớn, thƣờng xuyên nhất là áp dụng phƣơng pháp tƣới tràn. Tuy nhiên trong một vài năm gần đây đó áp dụng phƣơng pháp gia công khô (không sử dụng dung dịch trơn nguội ) vào trong sản xuất đã phát huy đƣợc hiệu quả. Nhƣng công nghệ này đã gặp phải một số vấn đề trong quá trình gia công nhƣ: tuổi bền của dụng cụ cắt thấp, biến dạng nhiệt lớn, độ cứng vững của hệ thống công nghệ phải cao…
CHƢƠNG 3
QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỐC ĐỘ CẮT, LƢỢNG CHẠY DAO KHI TIỆN KHÔ VÀ TIỆN ƢỚT