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 nhiệt ra khỏi vùng cắt khó khăn hơn so với bào và tiện, làm cho nhiệt độ của mũi khoan cao hơn so với tiện.
Trong quá trình khoan phoi được đùn ngược ra ngoài theo rãnh xoắn của mũi khoan, làm cản trợ dung dịch tưới vào vùng cắt, làm hạn chế tác dụng làm nguội của dung dịch trơn nguội.
Nếu dùng dòng khí có áp lực cao để phun dung dịch vào vùng cắt thì sẽ dễ đưa dung dịch vào vùng cắt hơn.
2.4 ƯU ĐIỂM CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU KHI KHOAN.
Phương pháp tưới là phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Phương pháp này phải cần một dung dịch từ (0.17 – 0.25) 10-3 m3/s, dung dịch khó xâm nhập được vào vùng cắt.
Khi phun, dung dịch được phun ra dưới áp suất (19-24)10-5 N/mm2 vào mặt sau của dụng cụ. Đường kính của tia dung dịch vào khoảng 0.25 – 0.24 mm. Lượng dung dịch cần vào khoảng (0.07 – 0.1) 10-3 m3/s. Tia dung dịch dưới áp suất đó sẽ
phun vào khu vực cắt với tốc độ cao (2500 – 3000m/ph), do đó chúng có tác dụng giảm nhiệt nhanh. Vì vậy phương pháp phun để làm lạnh thì tuổi bền của dao tăng lên nhiều.
Khi cần cuốn phoi thì dùng áp lực khoảng 5 kg/cm2.
Ngoài ra còn có phương pháp phun sa mù, dưới áp suất cao khoảng (2- 3).10N/mm2, chất lỏng và không khí được hòa lẫn trong một bình đặc biệt và phun vào vùng cắt với tốc độ khoảng 1800 m/ph. Tác dụng của việc hút nhiệt phương pháp này rất cao, cho phép nâng cao tuổi bền của dụng cụ từ 1,5 đến 3 lần so với phương pháp tưới thông thường
Từ các vấn đề lý thuyết trên thì bôi trơn – làm nguội tối thiểu là dùng một thể
tích dung dịch trơn nguôi nhỏ nhất tưới vào vùng cắt dưới dạng sương mù theo các rãnh của dao. Áp lực khoảng (3-5) kg/cm2, chất lỏng và không khí được hòa lẫn trong một bình.
Tác dụng tải nhiệt rất cao, nâng cao tuổi bền của dụng cụ.
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Trong chương II, tác giả tập trung giới thiệu tổng quan về bôi trơn làm nguội và vai trò quan trọng của nó trong gia công cắt gọt.
Để thuận tiện cho công tác nghiên cứu, tác giảđã xem xét công nghệ bôi trơn làm nguội theo 02 loại, như sau:
+ Công nghệ bôi trơn – làm nguội tưới tràn + Công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu
Bôi trơn làm nguội tưới tràn là phương pháp bơm dung dịch từ bể chứa vào vùng cắt, sau đó lại thu hổi về bể. Phương pháp này giúp quá trình gia công cắt gọt bằng chức năng làm nguội, bôi trơn dội rửa.
Bôi trơn làm nguội tối thiểu là dùng 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.
Trong bản luận văn cũng đã tóm tắt các ưu, nhược điểm như sau:
1. Công nghệ bôi trơn làm nguôi tưới tràn có các ưu điểm:
- Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế được tác dụng xấu của nhiệt độ với dụng cụ cắt.
- Đảm bảo nhiệt độ của môi trường thấp và ổn định. - Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng
- Giảm ma sát giữa phoi với mặt trước và phoi với mặt sau của dụng cụ cắt. Tuy nhiên, có những nhược điểm như:Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn, gây ô nhiễm môi trường làm việc.
2. Công nghệ bôi trơn – làm việc tôi thiểu có các ưu điểm:
- Lượng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20 đến 30% so với lượng dung dịch sử dụng với phương pháp tưới tràn, do đó giảm được chi phí cho việc chế tạo chất bôi trơn làm lạnh.
- Giảm chi phí dọn thải và làm sạch môi trường - Đảm bảo được tuổi bền của dụng cụ.
- Không gian làm việc sạch, góp phần giảm ô nhiễm môi trường
- Phoi khô.
Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn một số nhược điểm như: nhiệt độ
chi tiết cao, đưa phoi ra khỏi vùng cắt và ra khỏi máy khó khăn.
Để tìm hiểu được các đặc điểm nổi bật của công nghệ bôi trơn tối thiểu cần thiết phải tiến hành các bước nghiên cứu. Trong chương III, tác giả sẽ trình bày công tác “nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tới nhấp nhô bề mặt và tuổi bền mũi khoan khi khoan”.
CHƯƠNG III
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN MŨI KHOAN KHI KHOAN
BẰNG THỰC NGHIỆM
3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 3.1.1. Mô hình thí nghiệm
3.1.1.1 Đặt vấn đề:
Mô hình thí nghiệm phải đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật trong nghiên cứu thí nghiệm. Mô hình đảm bảo được các yêu cầu sau:
- Đáp ứng được các yêu cầu của lý thuyết đề ra. - Đảm bảo được độ chính xác, độ tin cậy - Đảm bảo được tính khả thi - Đảm bảo được tính kinh tế 3.1.1.2. Sơđồ thí nghiệm Hình 3.1. Sơđồ thí nhiệm THÔNG SỐ VÀO -Áp suất P QUÁ TRÌNH KHOAN THÔNG SỐ RA - Độ mòn ∆ - Tuổi bền
3.1.1.3. Mô hình thí nghiệm
3.1.2 Điều kiện thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành trong các điều kiện cụ thể sau đây:
a. Máy gia công
- Máy phay CNC VMC – 85S (Đài Loan)
- Tốc độ vòng quay n= 60 ÷ 8000 v/ph.
- Công suất máy N= 3,5 KW
b. Dụng cụ cắt:
- Dao khoan Φ12
- Vật liệu thép gió P18. Mũi khoan được sản xuất tại Công ty dụng cụ cắt số 1 Hà Nội Bảng 3.1 Thành phần hóa học của thép gió. Mác thép Thành phần hóa học, % C Cr W Mo V Co P18 0,7÷0,8 3,8÷4,4 17,5÷19 <0,3 1,0÷1,4 -
c. Vật liệu gia công
- Thép CT3 dày 28, ở trạng thái thường hóa
Bảng 3.2.Thành phần hóa học và cơ tính của thép CT3 ở trạng thái thường hóa.
Mác thép Thành phần hóa học, % Cơ tính C Si Mn P S Cr Ni σc σb Ak Kg/mm2 Kgm/cm2 CT3 0,14 ÷0,22 0,12 ÷0,30 0,4 ÷0,65 ≤0,04 ≤0,05 ≤0,3 ≤0,3 24 37 ÷48 4 d. Thiết bịđo Thiết bịđo độ mòn (đồng hồ so) e. Dung dịch trơn nguội Dung dịch dầu Damus 3,3% - Bôi trơn tối thiểu Q=2,23.10-3 1/ph - Bôi trơn tưới tràn Q = 15 1/ph f. Chếđộ cắt Vc = 18,8 m/ph, S= 0,22 mm/v, n= 600 v/ph 3.2 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ
Quá trình tiến hành thí nghiệm gồm hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Bôi trơn làm nguội tưới tràn và bôi trơn làm nguội tối thiểu với áp suất khí P= 5 Kg/cm2.
- Giai đoạn 2: Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu đến các thông số ∆, T (mòn của mũi khoan).
3.2.1 Bôi trơn tưới tràn và bôi trơn tối thiểu P= 5Kg/cm2
- Bôi trơn tưới tràn:
Tiến hành khoan với chế độ công nghệ cắt không đổi: S=0.22 mm/vg, vc = 18.8 m/ph, n= 600 v/ph, lưu lượng Q = 15 lít/ph.
Trong quá trình thí nghiệm tiến hành đo độ mòn mũi khoan sau khoảng thời gian 0,848 phút (4 lỗ khoan).
- Bôi trơn tối thiểu với P=5Kg/cm2
Tiến hành khoan với chế độ công nghệ cắt không đổi: S=0,22 mm/vg, vc= 18,8 m/ph, n=600 v/ph, lưu lượng Q=2,23.10-3 lít/ph
Trong quá trình thí nghiệm tiến hành đo độ mòn mũi khoan sau khoảng thời gian 0,848 phút (4 lỗ khoan).
3.2.1.2. Số liệu thí nghiệm và xử lý các số liệu thí nghiệm
a. Số liệu thí nghiệm
Số liệu thí nghiệm được cho trong bảng 1 và 4 phụ lục B. b. Xử lý số liệu thí nghiệm
- Tìm quan hệ giữa độ mòn với thời gian cắt dưới dạng:
∆= A.τB
Trong đó: ∆- lượng mòn của dao khoan (µm);
τ – thời gian cắt (phút); A,B – các hệ số thực nghiệm. Từ phương trình 3.1 Lấy logarit hai vế ta được:
log∆ = logA + Blogτ
Đặt log∆ = y; logA = b; B = a; logτ = x. Phương trình trên được viết: y= ax + b
Các hệ số a,b được xác định bằng phương pháp bình phương cực tiểu (1.44; 1.45):
N N N N ∑xiyi - ∑xi ∑yi i=1 i=1 i=1 a= N N N ∑xi2 - ( ∑xi)2 i=1 i=1 N N N N ∑yi ∑xi2 - ∑xi ∑xiyi i=1 i=1 i=1 i=1 b=
N N N ∑ xi2 – ( ∑ xi)2 i=1 i=1
Sau khi xác định các hệ số a, b ta có hàm hồi quy thực nghiệm dạng:
ŷ = ax+b
Sau khi xác định được a, b ta có: ∆ = 10b . τa
- Xử lý kết quả thí nghiệm
Từ các số liệu ở bảng 1 và 4 ở phụ lục B, bằng phần mềm Matlab ta xác định
được các hệ số a, b của 2 phương trình hồi quy như sau:
Bôi trơn tưới tràn: y= 0,52x + 0,72
Bôi trơn tối thiểu với P= 5kg/cm2 y= 0,46x + 0,386 Phương trình mũ của bôi trơn tưới tràn:
∆ = 5,24τ0,52
Phương trình mũ của bôi trơn tối thiểu P = 5 kg/cm2:
∆ = 2.43τ0,46
3.2.1.3 So sánh bôi trơn tưới tràn và bôi trơn làm nguội tối thiểu P = 5 kg/cm2
Từ 2 phương trình:
∆ = 5,24τ0,52 ∆ = 2.43τ0,46
Với lượng mòn cho phép [∆] = 27 (µm) thì thời gian cắt cho phép của bôi trơn tưới tràn và bôi trơn tối thiểu P= 5kg/cm2 như sau:
Thời gian cắt khi bôi trơn tưới tràn: τ = 23,4 (phút) Thời gian khi bôi trơn tối thiểu: τ = 187,6 (phút) Từđó đoạn đường làm việc của mũi khoan đi được là:
Bôi trơn tưới tràn: S = 3 (mét)
Bôi trơn tối thiểu P= 5kg/cm2 S = 24,7 (mét)
Từđồ thị hình 3.3:
1- Bôi trơn làm nguội tưới tràn;
2- Bôi trơn làm nguội tối thiểu với áp suất khí P = 5 kg/cm2 S – Chiều dài đoạn đường làm việc của mũi khoan (mét); [∆] – Tiêu chuẩn mài mòn cho phép của cạnh viền = 27 µm
Nhận xét:
Từ biểu đồ hình 3.3 cho ta thấy rằng khi bôi trơn làm nguội tưới tràn thì chiều dài đoạn đường làm việc của mũi khoan nhỏ hơn nhiều so với đoạn đường làm việc của mũi khoan khi bôi trơn tối thiểu P = 5 kg/cm2 , tức là tuổi bền của dao khi bôi trơn tưới tràn nhỏ hơn khi bôi trơn tối thiểu. Nguyên nhân là do dung dịch làm nguội chưa kịp vào vùng cắt làm mũi dao nóng lên và gây mòn nhanh hơn khi bôi trơn làm nguội tối thiểu.
Do vậy, qua việc so sánh trên tác giả tập trung vào “Nghiên cứu xác định
ảnh hưởng của công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu tới độ nhấp nhô bề mặt và tuổi bền mũi khoan khi khoan”
3.2.2. Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu đến các thông số∆ và T 3.2.2.1 Xây dựng sơđồ quy hoạch thực nghiệm
Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm như hình 3.4. Giữ nguyên lưu lượng dầu bơi trơn Qbt = 2,23.10-3 lít/phút và điều chỉnh áp lực khí phun ở các mức 3,4 và 5 Kg/cm2. Trong quá trình thực hiện tiến hành đo độ nhấp nhô bề mặt và độ mòn, xác định tuổi bền của mũi khoan. Bảng 3.3. Ma trận thực nghiệm
Điểm thí nghiệm Thông sốảnh hưởng
P (kg/cm2) P1 3 P2 4 P3 5 3.2.2.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm Tại mỗi điểm thí nghiệm Pi (i = 1,2) , ứng với mỗi thông số áp suất P1 và P2, tiến hành khoan với chếđộ công nghệ cắt không đổi:
S = 0,22 mm/v, n = 600 v/ph, vc = 18,8 m/ph, Q = 2.23 .10-3 lít/ phút.
Trong quá trình thí nghiệm tiến hành đo độ mòn mũi khoan sau khoảng thời gian 0,848 phút (4 lỗ khoan).
3.2.2.3. Số liệu thí nghiệm và xử lý các số liệu thí nghiệm
a. Số liệu thí nghiệm
b. Xử lý số liệu thí nghiệm
b1. Tìm quan hệ giữa độ mòn và thời gian cắt:
∆ = A1 . τB1
Trong đó: A1, B1 – là các hệ số thực nghiệm được xác định tương tự như mục 3.2.1
Từ các số liệu ở bảng 2 và 3 ở phụ lục B, bằng phần mềm Matlab ta xác định
được các quan hệ trong các bảng 3.4 và 3.5 sau đây:
Bảng 3.4. Phương trình hồi quy thực thực nghiệm dạng ∆ = f(τ)