1.4.4.1. Mòn và tuổi bền của dao khoan
-Quy luật mòn của dao khoan
Quy luật mòn của dao khoan tương tự như quy luật mòn của các dụng cụ
khác như hình 1.14.
Mòn xuất hiện theo ba giai đoạn:
+Giai đoạn I: Là mòn ban đầu với khoảng thời gian không lớn, xảy ra với cường độ lớn.
+Giai đoạn II: Là mòn bình thường. Giai đoạn này lượng mòn của dao khoan gần như tỷ lệ tuyến tính với thời gian làm việc.
+Giai đoạn III: Là mòn khốc liệt. Giai đoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị gãy đầu dao. Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao làm việc, cần phải mài lại hoặc thay dao.
THÔNG SỐ VÀO 1-MÁY VÀ ĐỒ GÁ 2-DAO KHOAN 3-CÔNG NGHỆ TRƠN NGUỘI - Thành phần hóa học - Lưu lượng - Áp lực 4-PHÔI - Vật liệu phôi - Độ cứng 5. CHẾĐỘ CẮT THÔNG SỐ RA 1-NĂNG SUẤT GIA CÔNG 2-TUỔI BỀN CỦA DAO 3-ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC 4-CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CÁC ĐẠI LƯỢNG XUẤT HIỆN KHI KHOAN LỰC TẠO PHOI NHIỆT CẮT TRẠNG THÁI MÒN RUNG ĐỘNG
-Tuổi bền của dao khoan
Tuổi bền dao khoan ký hiệu T (phút) là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ giữa 2 lần mài sắc.
Tuổi bền của dao khoan và quá trình mài mòn có quan hệ với nhau. Lượng mòn càng tăng thì tuổi bền càng nhỏ. Lượng mòn thay đổi khi ta thay đổi điều kiện cắt, tức là ta thay đổi các chếđộ cắt như: thông số hình học của dao, dung dịch trơn nguội…
-Đánh giá tuổi bền của dao khoan
Để đánh giá tuổi bền của dao khoan ta có thể làm một loạt thí nghiệm đo độ
nhám của bề mặt chi tiết, độ mòn của dao khoan. Căn cứ vào đó xác định tuổi bền cho phép làm việc của dao.
Ngoài ra người ta còn đánh giá tuổi bền của dao khoan qua lực hướng kính, lực tiếp tuyến…
1.4.4.2. Ảnh hưởng của vật liệu và hình học dến tuổi bền của dao
-Ảnh hưởng của thông số hình học
Thực nghiệm cho thấy rằng các thông số hình học của dao khoan ảnh hưởng
đến tuổi bền. Khi dùng dao thép gió để khoan vật liệu khó gia công thì tuổi bền của dao phụ thuộc vào góc sau α, góc đỉnh dao 2φ và tỷ lệ giữa chiều dài phần làm việc và đường kính của dao L/D.
Khi khoan vật liệu khó gia công bằng dao thép gió P18 thì có quan hệ giữa tuổi bền của dụng cụ và các thông số hình học của dao α, 2φ được cho theo sơđồ
-Ảnh hưởng của vật liệu làm dao
Vật liệu làm dao ảnh hưởng đến tuổi bền của dao. Thực nghiệm cho thấy khi dùng dao thép gió P9K10 thì tuổi bền của dao tăng từ 2 đến 3 lần so với dao thép gió P9 và P18.
Ngoài ra bề rộng f của lưỡi cắt cũng ảnh hưởng đến tuổi bền của dao. Khi bề
rộng tăng thì tuổi bền của dao tăng. 1.4.5. Mối quan hệ giữa các thông số
1.4.5.1. Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt
Quan hệ giữa tuổi bền của dao khoan và vận tốc cắt được đưa ra dưới dạng [1]:
T = f(V)
Hoặc T = A1VA2 (1.41)
Trong đó các hệ số A1 và A2 phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể và
được xác định bằng thực nghiệm.
Phạm vi sử dụng theo tuổi bền của dao được cho ở hình 1.26
1.4.5.2. Quan hệ giữa lượng mòn của dao khoan với thời gian cắt
Lượng mòn thường được xác định theo mặt sau (Δs). Lượng mòn phụ thuộc vào phương pháp gia công.
Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian cắt được đưa ra dưới dạng [1]:
Δ = f(τ)
Hoặc Δ = C1τC2 (1.42)
Trong đó C1 và C2 là các hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể và
được xác định bằng thực nghiệm.
Quan hệ (1.42) được xác định bằng thực nghiệm tương ứng với các điều kiện gia công cụ thể như: máy, vật liệu gia công, vật liệu dao, công nghệ trơn nguội…
Đại lượng Δ và T có hồi quy tuyến tính, khi đó đường hồi quy là đường thẳng.
Từ 1.42, lấy logarit hai vế ta được:
Đặt logΔ = Y; logC1 = b; C2 = a; logτ = x; phương trình trên được viết:
Y = ax + b (1.43)
Phương trình (1.43) được gọi là phương trình hồi quy. Trong đó a, b là các hệ số thực nghiệm.
Đường thẳng thể hiện sự phụ thuộc của Y theo x dựa vào các cặp (xi, yi). Bằng phương pháp bình phương cực tiểu ta xác định các hệ số a, b như sau:
Thế vào phương trình trên x bằng xi, Y bằng Yi [6], ta có: Yi = axi + b
Lập hiệu Yi – yi, (i = 1, …, n)
Trong đó yi là các giá trị tương ứng với xi. Xác định a, b sao cho:
Giải hệ trên ta được các hệ số như sau:
Sau khi xác định được các hệ số a, b ta có hàm hồi quy thực nghiệm dạng:
ŷ = ax + b
Hàm số mũ dạng: Δ = 10b.τa (1.46)
Đây là quan hệ hàm số giữa độ mòn và thời gian cắt của dao khoan. 1.4.5.3. Quan hệ giữa độ mòn và độ nhám với áp suất phun làm mát
Quan hệ giữa độ mòn và độ nhám với áp suất phun P cũng được thể hiện dưới dạng quan hệ như sau:
Δ = f(P)
Ra = f(P)
Tương tự như quan hệđộ mòn với thời gian cắt, ta có:
Δ = 10c.Pd (1.47)
Ra = 10c1.Pd1 (1.48)
Trong đó các hệ số c, d, c1, d1, được xác định bằng thực nghiệm. Cách xác định tương tự như các hệ số a, b của quan hệ giữa độ mòn mũi khoan với thời gian cắt.
1.4.6. Phương pháp xác định tuổi bền của dao khoan
Tuổi bền của dụng cụ T (phút) là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ giữa 2 lần mài sắc.
Tuổi bền của dụng cụ và quá trình mài mòn có quan hệ với nhau. Lượng mòn càng tăng thì tuổi bền càng nhỏ. Lượng mòn thay đổi khi ta thay đổi điều kiện cắt, tức là thay đổi các chế độ cắt như thông số hình học của dụng cụ, dung dịch trơn nguội…
Để xác định tuổi bền của dụng cụ cắt bằng cách làm thực nghiệm đo độ mòn cho phép mặt sau [Δs] tương ứng với các khoảng thời gian cắt. Với các kết quả thực nghiệm, đồ thị quan hệ giữa độ
mòn, tuổi bền được xác lập (hình 1.27).
Khi lượng mòn Δs = [Δs] (lượng mòn cho phép) thì τ = T (tuổi bền của dao). 1.4.7. Giới hạn vấn đề nghiên cứu
Từ sơđồ mô hình khoan, ta thấy các thông số đầu vào của quá trình khoan
ảnh hưởng đến các thông sốđầu ra như: - Năng suất gia công
- Tuổi bền của dao
- Chất lượng bề mặt gia công
Đề tài nghiên cứu được mang tên “Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn hạn chế tới nhấp nhô bề mặt và tuổi bền mũi khoan khi khoan thép CT3 bằng mũi khoan thép gió Ф12 do nhà máy dụng cụ cắt Hà Nội chế tạo”.
Trong luận văn này tác giả nghiên cứu để xác định lượng mòn ∆ của mũi khoan và tuổi bền của dao khoan qua các quan hệ hàm số :
Δ = f(τ) (1.49)
α = f(P) (1.50)
T = f(P) (1.51)
Trong đó : Δ – lượng mòn của dao khoan theo cạnh viền ;
τ – thời gian cắt ;
T – tuổi bền của dao khoan ; P – áp suất khí.
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Trong bản luận văn này, chương I là chương bắt đầu và là chương lý thuyết căn bản đặt nền móng cơ sở cho việc tiến hành nghiên cứu của đề tài.
Chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì công nghệ
gia công cắt gọt cũng có những bước phát triển nhanh chóng với những máy móc công nghệ hiện đại và sự trợ giúp của máy tính. Tuy nhiên qúa trình công nghệ cắt gọt luôn luôn gắn chặt với điều kiện công nghê như : phương pháp công nghệ, kiến thức công nghệ, vật liệu dao, phương pháp bôi trơn làm nguội… Do đó, để chọn ra chếđộ cắt tối ưu là vấn đề không đơn giản và có các bước nghiên cứu cho từng quá trình cụ thể. Muốn vậy, nhà nghiên cứu phải có được các kiển thức căn bản về cắt gọt mà mình định nghiên cứu. Xuất phát từ các yêu cầu đó, trong chương I tác giả đã giải quyết các vấn đề sau đây :
- Trình bày được các vấn đề cơ bản trong quá trình tạo phoi: Nguyên cứu những ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, sự co rút phoi và hiện tượng lẹo dao.
- Giới thiệu các lý thuyết của quá trình nhiệt trong gia công cắt gọt kim loại: Nguyên cứu nhiệt sinh ra trong vùng gia công, sự phân bố của nhiệt. - Khái quát quá trình mòn của dụng cụ trong quá trình gia công bằng
phương pháp cắt gọt kim loại: Nghiên cứu các dạng mài mòn phần cắt của dụng cụ, phương pháp xác định tuổi bền của dụng cụ.
- Tổng quan về quá trình khoan: Nghiên cứu các thông số cơ bản của dao khoan, đặc tính quá trình cắt, lực cắt và mối quan hệ giữa lượng mòn và tuổi bền của dao.
Các vấn đề đã nghiên cứu ở trong chương này là các kiến thức lý thuyết căn bản làm nền tảng ban đầu quan trọng cho việc nghiên cứu các vấn đề cụ thể của đề
tài. Do vậy, việc tổng quan lại các vấn đề lý thuyết quan trọng về gia công cắt gọt kim loại đã được trình bày trong chương I là việc làm không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu đề tài.
CHƯƠNG II
CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI
2.1. VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI TRONG GIA
CÔNG CẮT GỌT.
Bôi trơn- làm nguội trong quá trình cắt gọt có tác dụng như sau:
2.1.1. Tác dụng bôi trơn của dung dịch:
Bôi trơn làm nguội có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát ở các bề mặt sau: - Giảm ma sát giữa mặt sau của phoi với mặt trước của dao.
- Giảm ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt đang gia công. Do giảm ma sát nên lượng mòn của dụng cụ giảm dẫn đến tuổi bền tăng.
- Đảm bảo nhiệt độ của môi trường thấp và ổng định.
- Các phân tử của các dung dịch bôi trơn nguội bao quanh các phân tử
của phoi làm cản trở sự dính, giúp phoi thoát ra khỏi khu vực cằt dễ
dàng.
Ngoài ra tính bôi trơn của dung dịch trơn nguội gắn liền với khả năng xâm nhập của dung dịch và những vết nứt tế vi, làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến cho lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt được dễ dàng hơn.
Dung dịch trơn nguội gồm có các nhóm:
a. Nhóm có tác dụng làm lạnh: các dung dịch chất điện ly.
b. Nhóm có tác dụng làm lạnh và một phần bôi trơn: dung dịch nước xà phòng, dung dịch emunxi.
Các thành phần dung dịch trơn nguội được thể hiện ở bảng 2.1. Bảng 2.1. Thành phần của một số dung dịch trơn nguội: Nhóm Tên Thành phần % I Dung dịch nước Nước 98 Cacbonat canxi 2 Nước 99 Tri natri photphat 0.8 Nitrit natri 0.2
II
Dung dịch nước và xà phòng
Nước 98.2 Xà phòng 0.9 Tri natri photphat 0.5 Nitrit natri 0.4 10% Emunxi Nước 90 Emunson 10 III Sunfua phrezon Dầu cọc sợi số 380 Nigron 18 Lưu huỳnh 2 Dầu phức hợp Sunfua phrezon 70 Dầu thực vật 30 Thành phần Emunxi gồm nước và 20 – 25% emunson
2.1.2. Tác dụng làm nguội của dung dịch
Dung dịch bôi trơn có tác dụng sau:
- Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, dẫn đến giảm nhiệt độ trên dụng cụ cắt và chi tiết gia công, giảm nhiệt độ môi trường, giảm khả năng biến dạng nhiệt của chi tiết trong quá trình gia công, do đó tăng độ chính xác gia công và nâng cao tuổi thọ của dao.
2.1.3. Tác dụng làm sạch thiết bị
Dòng dung dịch trơn nguội đẩy các vụn kim loại ra khỏi thiết bị (sống trượt, khe hở trên bàn xe dao), làm giảm quá trình mài mòn của thiết bị.
Ngoài các tác dụng tích cực như đã nêu thì dung dịch trơn nguội cũng có nhược điểm: tăng ô nhiễm môi trường, tăng chí phí gia công.
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN LÀM NGUỘI 2.2.1 Gia công khô 2.2.1 Gia công khô
Gia công khô hạn chế được ô nhiễm môi trường và giảm chi phí đối với sự
tiêu hao dung dịch trơn nguội.
Gia công khô không thực hiện được việc bôi trơn, không giảm ma sát trong quá trình cắt.
Khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt thấp hơn, do đó nhiệt độở vùng cắt cao. Tuổi bền của dụng cụ cắt thấp hơn trong cùng điều kiện gia công.
Dễ lùa những phoi có kích thước nhỏ (bụi kim loại) vào các khe hẹp của các bộ phận thiết bị, do đó làm tăng tốc độ mài mòn của các bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết chyển động tương đối với nhau.
2.2.2 Bôi trơn làm nguội theo kiểu tưới tràn.
Bôi trơn – làm nguôi theo kiểu tưới tràn là phương pháp bơm dung dịch từ bể
chứa vào vùng cắt, dung dịch lại được thu hồi lọc sạch về bể chứa.
Phương pháp này giúp qua trình gia công cắt gọt bằng chức năng làm nguội, bôi trơn, dội rửa.
Bảo vệ dụng cụ cắt, giảm tác dụng xấu của nhiệt cắt.
Đảm bảo nhiệt độ của môi trường làm việc thấp và ổn định. Góp phần đảm bảo chất lượng của chi tiết ổn định.
Mặt khác phương pháp này tồn chi phí cho việc sản xuất, tái chế và thải các chất bôi trơn làm lạnh, gây ô nhiễm môi trường, thể tích dung dịch tieu hao lớn, chi phí dọn thải lớn, tăng chi phí gia công.
Để khắc phục các tồn tại trên ta có thể giải quyết theo các hướng sau:
- Nghiên cứu chế tạo các chất bôii trơn làm nguội ít độc hại và có tuổi thọ cao. - Nghiên cứu dung dòng khí lạnh có áp lực cao phun vào vùng cắt.
- Nghiên cứu áp dụng công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu.
Qua các hướng trên ta nghiên cứu áp dụng công nghệ bôi trơn – làm nguội tôi thiểu.
2.2.3 Bôi trơn – làm nguội tối thiểu:
Công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu là dung một dòng khí có áp lực cao phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt Dưới tác dụng của dòng khí áp lực cao dung dịch được tạo thành dưới dạng sương mù, do đó sẽ tăng được diện tích tiếp xúc của dung dịch trơn nguội với dao, chi tiết gia công và phoi dẫn tới kả năng tải nhiệt khỏi vùng cắt, phát huy được chức năng bôi trơn và làm nguôi tới mức tối đa với một thể tích dung dịch trơn nguội tối thiểu.
Bôi trơn- làm nguội tối thiểu làm giảm lượng tiêu hao dung dịch trơn nguội góp phần giảm chí phí gia công.
Giảm lượng chất thải và chi phí cho việc làm sạch chất thải, hạn chế ô nhiễm môi trường.
Đảm bảo được tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt gia công. Nhược điểm: phải có trang thiết bị phụ kèm theo như máy nén khí, vòi phun, đồng hồđo áp lực.
Mặc dù vẫn còn một số nhược điểm trên nhưng do hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao, đặc biệt là góp phần bảo vệ môi trường nên công nghệ bôi trơn làm nguôi tối thiểu đang được áp dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt ở các nước tiên tiến.
2.2.4 Giảm nhiệt vùng cắt bằng dòng khí lạnh.
Gần đây các thực nghiệm đã nghiên cứu dòng khí lạnh có áp suất cao phun vào vùng cắt để làm nguội.
Phương pháp này lảm giảm được nhiệt cắt ở vùng cắt nhanh nhưng không có tác dụng bôi trơn, do đó dụng cụ cắt nhanh mòn.
2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI KHOAN.
Khoan là một phương pháp gia công lỗ thường dung nhất. Khoan có những
đặc điểm sau:
Đặc điểm tạo phoi khi khoan: việc thoát phoi khó, tốc độ thoát phôi nhỏ hơn nhiều so với khi tiện, phay, bào …. Phoi cũng dễ bị biến dạng nhiều hơn, do vậy tải