3. Đối tượ ng, mục đ ớch, phương phỏp và nội dung nghiờn cứ u
1.6.1.Tỏc dụng của dung dịch trơn nguội
+ Làm giảm hệ số ma sỏt của phoi trượt trờn mặt trước và làm giảm ma sỏt của mặt sau với bề mặt gia cụng. Do vậy, dung dịch trơn nguội làm giảm lực cắt và giảm nhiệt phỏt sinh trong vựng cắt.
+ Dẫn nhiệt ra khỏi vựng cắt làm giảm nhiệt độ vựng cắt. Độ chớnh xỏc, chất lượng bề mặt gia cụng được nõng lờn và độ mũn của dụng cụ cắt giảm.
+ Xõm nhập tốt nhất vào vựng cắt, đặc biệt xõm nhập vào những vết nứt tế vi, lỳc này nú đúng vai trũ như một cỏi chờm làm giảm lực liờn kết giữa cỏc nguyờn tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quỏ trỡnh cắt dễ dàng hơn.
+ Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hoỏ hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nú càng lớn, nhờ đú tuổi bền của dao tăng lờn và biến dạng do nhiệt của dao giảm đi.
+ Dung dịch trơn nguội tỏc động vào bề mặt phoi tạo ra lớp bọc cần thiết để phoi khụng bỏm vào nhau, thoỏt khỏi vựng tạo phoi dễ dàng.
+ Dung dịch bụi trơn – làm nguội luụn phải cú xu hướng làm giảm lực cắt, nhiệt cắt, giảm hệ số ma sỏt, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kộo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, tăng chất lượng bề mặt gia cụng [3].
+ Khi gia cụng vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giỳp phỏ huỷ mạng tinh thể ở lớp cứng nguội.
1.6.2. Yờu cầu đối với dung dịch trơn nguội
+ Cú tỏc dụng bụi trơn, giảm ma sỏt tốt ứng với từng vật liệu gia cụng và vật liệu làm dao, và điều kiện cắt cụ thể cú chất bụi trơn phự hợp, cho hệ số ma sỏt nhỏ.
+ Cú tỏc dụng làm nguội tốt. Dung dịch trơn nguội phải cú độ dẫn nhiệt và tỉ nhiệt cao. Trong thực tế phải lựa chọn cỏc dung dịch bụi trơn - làm lạnh phự hợp. Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà dựng tỏc dụng bụi trơn là chủ yếu, làm nguội là thứ yếu và ngược lại.
+ Khụng bị phõn huỷ dưới sự tỏc động của nhiệt độ cao, sử dụng được lõu dài.
+ Phải là tỏc nhõn cú lợi cho mỏy, chi tiết, dụng cụ bảo vệ chỳng khụng bị tỏc động của mụi trường như gỉ trột, ụxy hoỏ,...
+ Khụng gõy độc hại cho cụng nhõn và khụng gõy nhiễm mụi trường. + Đảm bảo tớnh kinh tế, dễ tỡm, giỏ cả phự hợp.
+Áp suất và nhiệt độ khi cắt kim loại rất cao, do đú dung dịch cần tạo được màng dầu bụi trơn chịu ỏp lực và nhiệt độ cao.
1.6.3. Cỏc loại dung dịch bụi trơn làm nguội dựng trong gia cụng cắt gọt
Để cú loại dung dịch bụi trơn – làm nguội phự hợp với phương phỏp gia cụng bằng trộn lẫn cỏc thành phần: Dầu mỏ, mỡđộng vật, dầu thực vật, cỏc nguyờn tố hoỏ học (lưu huỳnh, clo, phốt pho), Emusil (nhũ tương), chất khớ, cỏc loại chất rắn (than chỡ, bột tan,...) vào nhau với tỷ lệ hợp lý phụ thuộc vào lượng chất hoà tan trong dung mụi, khả năng hoà tan được của chất hoà tan trong mụi trường dung mụi, sau gia cụng cắt gọt chỳng tồn tại dưới dạng nào.
• Dung dịch thực: Là dung dịch trong suốt, cú thể cú màu, bao gồm cỏc chất vụ cơ và hữu cơ tan trong nước, thể hiện ở (hỡnh 1-11). Cỏc chất hoà tan phõn bố ngẫu nhiờn trong mụi trường nước, loại dung dịch này cú sức căng bề mặt cao hơn nước nguyờn chất, chỳng được sử dụng trong làm mỏt hoặc làm sạch.
• Dung dịch cú cỏc ion tương tỏc: Là dung dịch kiểu cú cỏc ion dương và ion õm, chỳng là cỏc tỏc nhõn tớch cực tạo thành khối tớch tụ trờn bề mặt dung dịch,
chỳng tạo thành chất keo phủ lờn toàn bộ bề mặt chi tiết sau khi gia cụng . Loại dung dịch này cú sức căng bề mặt thấp hơn nước nguyờn chất. Trong dung dịch này cú nhúm cỏc phần tử hoạt động được phõn bố như trờn (hỡnh 1-12). Loại dung dịch này tương đối sạch và cú khả năng bụi trơn tốt, nếu bổ sung thờm cỏc chất phụ trợ như: Clo, lưu huỳnh, phốt pho thỡ khả năng bụi trơn – làm nguội sẽ tốt hơn.
• Dạng Emusil: Là loại dung dịch cú cỏc giọt dầu nằm lơ lửng trong nước, như dầu khoỏng, parafin hoặc dầu thụ. Dung dịch này tạo ra bằng cỏch pha dầu khoỏng với cỏc tỏc nhõn Emusil và cỏc chất khỏc để tạo cỏc giọt dầu nhỏđến 0.08 ữ 0.003 àm (hỡnh 1-13).
Dung dịch cú khả năng bụi trơn tốt hơn nếu bổ sung thờm cỏc chất phụ trợ như dầu thực vật, mỡđộng vật hoặc cỏc sản phẩm este khỏc, nếu bổ sung thờm cỏc
Hỡnh 1-12. Cỏc phần tử tớch tụ khối và phần tử hoà tan
thành phần như: Lưu huỳnh, phốt pho hay Clo thỡ khả năng bụi trơn – làm nguội sẽ tốt hơn. Loại này vừa cú tỏc dụng bụi trơn vừa cú tỏc dụng làm nguội.
• Dung dịch tạo thành từ cỏc thành phần hoỏ học
Dung dịch này là sự kết hợp của ba loại ở trờn, nhưng cú cỏc đặc điểm khỏc sau dõy:
+ Lượng dầu hoà tan ớt hơn từ 5 ữ 45% so với loại 2.
+ Lượng Emusil và cỏc phõn tử hoạt động trờn bề mặt cao hơn so với loại 2, điều này cho ta thấy kớch thước khối cầu nhỏ hơn so với loại 3. Khi dựng loại dầu này sẽ giỳp quỏ trỡnh tỏch phoi tốt, khả năng thõm nhập vựng cắt để bụi trơn làm nguội tốt.
• Dung dịch được tạo thành từ cỏc thành phần dầu
Được lấy từ dầu thụ, dầu thực vật, mỡđộng vật, chỳng cú thểở thểđơn hoặc dưới dạng pha trộn. Dầu thụ cú nhiều nguồn khỏc nhau như dầu mỏ, parafin, độ nhớt của chỳng cũng khỏc nhau phụ thuộc vàocỏc thành phần pha trộn. Nếu bổ sung thờm dầu thực vật sẽ làm tăng khả năng dớnh ướt của dung dịch và cải thiện khả năng bụi trơn, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Cũng cú thể cho thờm cỏc chất như phốt pho, lưu huỳnh, Clo, làm tăng thờm khả năng bụi trơn – làm nguội của dung dịch.
• Tuỳ theo tỏc dụng bụi trơn hoặc làm nguội là chủ yếu dung dịch trơn nguội được phõn loại như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nhúm cú tỏc dụng làm nguội là chủ yếu: Những loại dung dịch này sử dụng khi mục đớch giảm nhiệt độ là chủ yếu. Nú được dựng cho cỏc quỏ trỡnh cắt mà ở đú nhiệt lượng phỏt sinh lớn, cần được dẫn khỏi vựng cắt nhanh, giảm tỏc động xấu của nhiệt độ đến độ chớnh xỏc gia cụng, chất lượng bề mặt và quỏ trỡnh mũn của dụng cụ cắt.
- Nhúm cú tỏc động bụi trơn là chủ yếu: Những dung dịch loại này cú tỏc dụng bụi trơn là chủ yếu, mục đớch là giảm ma sỏt, mục tiờu giảm nhiệt độ vựng cắt là thứ yếu (dựng ở cỏc dạng gia cụng với V cắt nhỏ). Loại này sử dụng khi gia cụng tinh lần cuối, dung dịch bụi trơn làm giảm lực núi chung, đặc biệt là giảm ma sỏt giữa mặt sau của dao cụ với bề mặt đó gia cụng. Kết quả là dung dịch bụi trơn gúp phần làm tăng độ chớnh xỏc gia cụng và giảm độ nhấp nhụ bề mặt gia cụng.
Kết luận chương 1
- Tỏc giảđó nờu được tầm quan trọng của nguyờn cụng mài trong sản xuất cơ khớ, xỏc định được nguyờn nhõn sinh nhiệt trong quỏ trỡnh mài.
- Xỏc đinh được cỏc dạng hư hỏng thường xuất hiện do nhiệt mài sinh ra trong quỏ trỡnh mài: chỏy phụi, ram, ứng suất dư, biến dạng nhiệt - làm cơ sở cho việc đỏnh giỏ nhiệt trong quỏ trỡnh mài thụng qua chất lượng bề mặt chi tiết sau khi gia cụng.
- Cỏc phương phỏp bụi trơn - làm nguội được sử dụng trong quỏ trỡnh gia cụng: phương phỏp tưới tràn, phương phỏp gia cụng khụ, phương phỏp bụi trơn - làm nguội tối thiểu. Trong cỏc phương phỏp đú thỡ phương phỏp tưới tràn được dựng phổ biến nhất hiện nay, nhưng lại cú nhược điểm: gõy ra ụ nhiễm mụi trường, đất đai và nguồn nước, hiệu quả bụi trơn - làm nguội thấp, tốn dung dịch
- Cú nhiều loại dung bụi trơn làm nguội: Dung dịch thực, Dung dịch cú cỏc ion tương tỏc, Dạng Emusil, Dung dịch tạo thành từ cỏc thành phần hoỏ học, Dung dịch được tạo thành từ cỏc thành phần dầu. Dạng Emusil mặc dự cú tớnh độc hại nhưng vẫn được dựng nhiều vỡ khả năng bụi trơn làm mỏt tốt.
Chương 2
PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT TRONG QUÁ TRèNH MÀI
2.1. Nhiệt sinh ra trong vựng mài.
Khi mài, nhiệt sinh ra do quỏ trỡnh cày xước tạo phoi chỉ tập trung ở vựng tiếp xỳc giữa bề mặt hạt mài và bề mặt chi tiết gia cụng trờn phạm vi hẹp và trong thời gian rất ngắn. Hơn nữa, số lượng hạt mài đi qua trờn diện tớch bề mặt gia cụng trong một đơn vị thời gian rất lớn (vận tốc đỏ mài rất lớn), lượng nhiệt phỏt sinh lớn, do đú bề mặt gia cụng bị nung núng liờn tục ở nhiệt độ cao. Việc duy trỡ nhiệt độ cao trong thời gian dài như vậy là nguyờn nhõn chủ yếu để gõy ra những hư hỏng do nhiệt khi mài. Như vậy, diện tớch bề mặt tiếp xỳc giữa bề mặt gia cụng và bề mặt đỏ mài càng rộng thỡ nhiệt mài sinh ra càng lớn. Diện tớch bề mặt tiếp xỳc phụ thuộc vào chiều sõu lớp cắt t, chiều rộng tiếp xỳc giữa đỏ mài và chi tiết gia cụng b và đường kớnh đỏ mài D. Hỡnh 2-1 mụ phỏng quỏ trỡnh cắt của đỏ mài trụ khi gia cụng mặt phẳng theo phương phỏp mài thuận.
l Chi tiết gia c ông Đá m ài D Vf V Hỡnh 2-1. Mụ phỏng cỏc thụng số khu vực mài
Cụng trong quỏ trỡnh mài được xỏc định theo cụng thức sau: A=Ftì(Vw±Vf)
Trong đú: Ft: Lực mài tiếp tuyến (N) Vw: Vận tốc dài của đỏ mài
Vf: Vận tốc của chi tiết (Tốc độ chạy dao)
Dấu + ứng với mài thuận và dấu - ứng với mài nghịch Toàn bộ năng lượng mài được phõn bố trong khu vực gia cụng như sau: - Phần lớn năng lượng truyền vào bề mặt chi tiết gia cụng và làm tăng nhiệt độ chi tiết mài, đặc biệt là nhiệt độ trờn bề mặt mài của chi tiết.
- Phần năng lượng truyền vào đỏ mài và nung núng đỏ.
- Phần năng lượng truyền vào và nung núng phoi cũng như tạo động năng cho phoi khi bay ra khỏi vựng mài.
- Phần năng lượng truyền vào mụi trường.
- Phần năng lượng búc phoi để tạo ra bề mặt gia cụng.
Theo cỏc kết quả nghiờn cứu đó được cụng bố thỡ gần như tất cả năng lượng cần thiết trong quỏ trỡnh mài đều chuyển thành nhiệt, trừ cụng biến dạng dẻo và cụng kớn. Tổng của hai cụng loại này nhỏ, khụng quỏ 5%. Trong phần lớn cỏc trường hợp, cụng biến dạng đàn hồi và cụng kớn lớn nhất chỉ bằng 2% ữ3% tổng cụng cắt gọt. Phần cũn lại ớt nhất 97% chuyển hoỏ thành nhiệt, cỏc nguồn nhiệt này phõn bố trong cỏc yếu tố của quỏ trỡnh gia cụng rất phức tạp.
Khi mài, nhiệt mài sinh ra từ 4 nguồn chủ yếu:
Trong miền tạo phoi. Nhiệt sinh ra do ma sỏt giữa cỏc phần tử của vật liệu gia cụng trong quỏ trỡnh biến dạng. Quỏ trỡnh này phụ thuộc nhiều vào hệ số biến dạng dẻo của vật liệu chi tiết gia cụng. Sự chuyển đổi cụng của vựng biến dạng đàn hồi là bậc nhất, Qdl(vựng 1 trong Hỡnh 1-3)
Trờn bề mặt tiếp xỳc của phoi và mặt trước của hạt mài. Nhiệt sinh ra do sự truyền cụng của biến dạng dẻo bậc hai và ma sỏt ngoài, Qc (vựng 2 trong Hỡnh 1-3). Lượng nhiệt sinh ra phụ thuộc nhiều vào bề mặt hạt mài, vật liệu hạt mài và vật liệu chi tiết gia cụng.
Trờn bề mặt sau của hạt mài tiếp xỳc với mặt cắt (mặt đang gia cụng của chi tiết). Nhiệt sinh ra do sự chuyển đổi cụng ma sỏt, Qt2 (vựng 4 trong Hỡnh 1-3). Lực ma sỏt phụ thuộc vào gúc sau của hạt mài và bề mặt chi tiết.
Nhiệt sinh ra do cụng dứt phoi ra khỏi chi tiết gia cụng, Qd4. Quỏ trỡnh tạo phoi rất phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố như: vật liệu gia cụng, thụng số hỡnh học của hạt mài, chuyển động cắt,...
2.2. Nhiệt độ bề mặt của chi tiết mài-Lý thuyết M.C.Shaw
2.2.1. Cơ sở nhiệt động học-Lý thuyết M.C. Shaw.
Do tỏc động của nhiệt mài tới độ chớnh xỏc gia cụng cũng như chất lượng của chi tiết mài là rất lớn nờn đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về nhiệt mài. Nhiều lý thuyết về nhiệt mài sinh ra trong vựng mài cũng như cỏch xỏc định nhiệt độ bề mặt mài của chi tiết đó được đưa ra. Một trong cỏc lý thuyết đú được M.C. Shaw đưa ra. Lý thuyết này đó được coi là cơ sởđể thực hiện việc phõn tớch cũng như tớnh toỏn nhiệt độ bề mặt mài của chi tiết cũng như xỏc định sự phõn bố nhiệt trong quỏ trỡnh mài cho cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu về nhiệt mài.
Theo cỏc nghiờn cứu của M.C. Shaw, lý thuyết về cơ sở nhiệt động học trong qua trỡnh mài như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dựa theo “Định luật nhiệt động thứ nhất dạng vi phõn” cú thể viết: dQ−dW=dE (2-1)
Nghĩa là năng lược truyền vào chi tiết gia cụng (dQ) trừ đi năng lượng của truyền từ chi tiết gia cụng ra khụng khớ (dW) bằng tổng năng lượng mài (dE) xột trờn một đơn vị diện tớch vi phõn. Theo thực nghiệm, nhiệt truyền qua chi tiết gia cụng ở lớp bề mặt tiếp xỳc giữa chi tiết gia cụng và bề mặt đỏ cú khoảng cỏch dS xột theo cả 3 phương X, Y, Z được tớnh như sau:
dS dT . A . d . k dQ= θ (2-2) Trong đú:
dθ - độ chờnh lệch nhiệt giữa hai mụi trường. dS - diện tớch bề mặt truyền nhiệt
Z Y X dx dy dz
dT - thời gian xảy ra quỏ trỡnh truyền nhiệt
k - hệ số phụ thuộc vào khả năng dẫn nhiệt của vật liệu đỏ mài.
Đơn vị do của k là mm2/s, k biến thiờn theo sự thay đổi của nhiệt độ sinh ra khi gia cụng. Hệ sốđặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật liệu cú nguồn nhiệt di chuyển trờn đú, phụ thuộc vào vật liệu và cấu trỳc của đỏ, độẩm, ỏp suất và đặc biệt là nhiệt độ. Hệ số k càng lớn thỡ khả năng khuyếch tỏn nhiệt trong khu vực gia cụng càng nhanh.
Sự phụ thuộc của k vào nhiệt độ phần lớn trong cỏc trường hợp được biểu diễn như sau:
k=k0(1+βθ)
Ở đõy k0 là giỏ trị của k khi giỏ trị θ=00C, β là hằng số xỏc định bằng thực nghiệm cho từng loại vật chất. Vật chất là cỏc loại vật liệu chi tiết gia cụng khi mài, thỡ β>0 và giỏ trị của k cú thể chọn từ 20ữ400.
Để thuận tiện, sự thay đổi năng lượng mài được tớnh theo cụng thức sau đõy: dE=c.dθ.γ.dV0 (2-3)
Trong đú:
γ - trọng lượng riờng của chi tiết gia cụng cú thể tớch V0.
c - nhiệt dung riờng. Đơn vị tớnh của c là KJ/kg/0F và c biến thiờn khi nhiệt độ thay đổi.
Y X l l A B V' Nếu chỳng ta kết hợp cụng thức (2-1), cụng thức (2-2) và cụng thức (2-3) ỏp dụng với một đơn vị vi phõn thể tớch được trỡnh bày trong Hỡnh 2-2, ta cú:
dT d c q z y x c k 2 2 2 2 2 2 = θ γ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∂ θ ∂ + ∂ θ ∂ + ∂ θ ∂ γ (2-4)
Trong đú q là tỷ lệ số gia về năng lượng mài trờn một đơn vị thể tớch. Giỏ trị của q phụ thuộc vào khả năng hấp thu hoặc khuyếch tỏn năng lượng, sự phõn ró phúng xạ, ma sỏt, sự biến dạng dẻo hoặc những nguyờn nhõn hư hỏng khỏc khi mài. Ở đõy, chỳng ta đề cập đến khả năng phỏt sinh của q do biến dạng dẻo khi mài. Nhưng trước hết phải kể đến những ảnh hưởng do ma sỏt trờn bề mặt chi tiết gia