3. Đối tượ ng, mục đ ớch, phương phỏp và nội dung nghiờn cứ u
3.3.Mụ hỡnh thớ nghiệ m
3.3.1. Yờu cầu của hệ thống thớ nghiệm
Mục đớch:
+ Xõy dựng hệ thống thiết bị bụi trơn – làm nguội tối thiểu để vừa phục vụ nghiờn cứu thực nghiệm đề tài, vừa ứng dụng vào thực tiễn sản xuất.
+ Với mục đớch đú, hệ thống thớ nghiệm phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau: - Đỏp ứng được yờu cầu lý thuyết cần nghiờn cứu.
- Đảm bảo độ chớnh xỏc, độ tin cậy và ổn định. - Đảm bảo việc thu thập và xử lý số liệu thuận lợi. - Đảm bảo tớnh khả thi.
- Sử dụng đơn giản, đảm bảo tớnh linh hoạt cao, cú thể sử dụng cho nhiều loại mỏy cụng cụ.
- Đảm bảo tớnh kinh tế.
3.3.2. Sơđồ nguyờn lý hoạt động của hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội kiểu sương mự nguội kiểu sương mự
Hệ thống bụi trơn – làm nguội tối thiểu phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau: - Dễ lắp đặt và sử dụng.
- Áp suất dũng khớ nộn phải ổn định và điều chỉnh được trong phạm vi cần thiết. Việc điều chỉnh phải dễ dàng, thuận lợi.
- Lưu lượng dung dịch bụi trơn – làm nguội phải ổn định, khả năng bụi trơn tốt. Phải điều chỉnh được lưu lượng một cỏch chủ động và độc lập với việc điều chỉnh ỏp suất dũng khớ.
Để đỏp ứng được cỏc yờu cầu trờn, sơđồ nguyờn lý hoạt động của hệ thống như hỡnh 3-3. 1- Hệ thống cung cấp khớ nộn. 2- Van điều chỉnh ỏp suất khớ nộn. 3- Bỡnh cung cấp dung dịch. 4- Buồng trộn dung dịch. 5- Vũi phun. 6- Sensor ổn định lưu lượng. 7- Dụng cụ. 8- Chi tiết gia cụng. 3.3.3. Điều kiện thực nghiệm
Để thuận tiện cho việc so sỏnh phương phỏp làm mỏt bằng khụng khớ nộn cú trộn dung dịch làm mỏt với cỏc phương phỏp mài khụ và mài làm mỏt kiểu tưới tràn (mài ướt), tỏc giả chọn điều kiện thực nghiệm như sau:
Hỡnh 3-3. Hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội
Quỏ trỡnh thực nghiệm được làm mỏt bằng khớ nộn trộn lẫn với dung dịch trơn nguội là Emusil, đỏ mài kim cương cú vật liệu kết dớnh bằng kim loại là Đồng. Đỏ mài được chế tạo cú tỷ lệ lỗ khớ nhưđược giới thiệu trong Bảng 4-1.
Đỏ mài kim cương chất kết dớnh kim loại cú kớch thước đường kớnh φ100mm, chiều rộng 8mm, kớch thước hạt mài #140/170, tỷ lệ lỗ khớ từ 35% đến 58% với 3 mức độ: nhỏ (35%), vừa (45%) và tỷ lệ lớn là 58%. Đỏ được luyện trong mụi trường chõn khụng với điều kiện ỏp suất 133,3Pa. Sau khi xử lý qua Photpho, đỏ được nung núng ởđiều kiện 9800kPa, sau đú được xử lý lạnh trong mụi trường Nitơ lỏng. Cỏc thụng số của đỏ mài được thể hiện trong Bảng 3-4.
Bảng 3-4. Thụng sốđỏ mài dựng thực nghiệm
Đỏ mài Vg (vol %) Vb (vol %) VP (vol %)
M1 29,5 14,0 56,5 M2 27,6 26,5 45,9 M3 25,3 39,1 35,6 Quỏ trỡnh thực nghiệm với đỏ mài kim cương cú lỗ khớ ởđiều kiện như sau:
- Mỏy mài: Trung tõm mài VKC45 - Tốc độđỏ: 20m/s
- Tốc độ di chuyển của phụi: 60mm/ph
- Vật liệu gia cụng: T15K6, kớch thước L15 x W6 x H22 (Dài x Rộng x Cao) - Chiều sõu cắt: 2àm, 4àm, 6àm, 8àm và 10àm
- Phương phỏp mài: Mài thuận (vộc tơ vận tốc cắt tại mặt phẳng cắt cựng chiều với chuyển động của phụi)
Nhiệt mài sinh ra trờn bề mặt chi tiết gia cụng được xỏc định bằng cặp nhiệt ngẫu gắn vào ngay phớ dưới bề mặt chi tiết gia cụng và trục đỏ mài. Khoảng cỏch từ bề mặt gia cụng đến vị trớ đầu đo trong phạm vi khụng lớn hơn 100àm.
Đỏ mài thực nghiệm cú vật liệu kết dớnh là kim loại, thụng số này đó làm tăng khả năng dẫn nhiệt của đỏ mài nhờ hệ số dẫn nhiệt cao của kim loại. Cũng với điều kiện mài như nhau, nếu sử dụng cỏc loại đỏ kim cương sử dụng vật liệu kết
dớnh là nhựa tổng hợp hoặc thuỷ tinh thỡ khả năng làm giảm nhiệt trong khu vực gia cụng sẽ thấp hơn nhiều vỡ nhựa và thủy tinh đương nhiờn cú hệ số dẫn nhiệt kộm hơn.
Để chế tạo được đỏ mài cú tỷ lệ lỗ khớ cao, khi sản xuất đỏ cần tuõn thủ một quy trỡnh rất phức tạp và mất nhiều thời gian. Trước khi chế tạo, hạt mài được qua một quy trỡnh xử lý cẩn thận , sau đú được phủ một lớp kim loại ở bề mặt ngoài cỏc hạt mài. Tiếp theo đỏ mài được đỳc, ộp tạo hỡnh tuỳ theo hỡnh dỏng kết cấu và biờn dạng bề mặt chi tiết cần gia cụng. Sau đú đỏ mài được xử lý qua quỏ trỡnh thiờu kết hiếm khớ ở nhiệt độ từ 10230K đến 12730K trong thời gian khỏ dài. Quỏ trỡnh thiờu kết diễn ra càng chậm, càng nhiều thời gian thỡ khả năng liờn kết giữa cỏc hạt mài càng cao và như thế cũng làm tăng tỷ lệ lỗ khớa bờn trong hạt mài. Tiếp theo là quỏ trỡnh xử lý Phophor, xử lý nhiệt và cuối cựng là xử lý Nitơở nhiệt độ dưới khụng trong thời gian khoảng 10 phỳt.
Hỡnh 3-4. Topograph đỏ mài lỗ khớ M1
Quỏ trỡnh thực nghiệm được tiến hành với giả thuyết trong điều kiện mụi trường lý tưởng-khụng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, giú, độ ẩm khụng khớ, rung động ngoại vi ớt,…Quỏ trỡnh thực nghiệm lần lượt với cỏc loại đỏ mài M1, M2 và
M3, điều chỉnh cỏc thụng số chếđộ cắt như tốc độ tịnh tiến bàn mỏy, vận tốc quay của đỏ, chiều sõu lớp cắt.
Hỡnh 3-5. Topograph của đỏ mài lỗ khớ M2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết cấu của đỏ mài dựng thực nghiệm được mụ tả trờn Hỡnh 3-4, Hỡnh 3-5 và Hỡnh 3-6. Theo đú, mật độ và kớch thước của cỏc lỗ khớ trờn đỏ mài M1 là lớn nhất.
Kết quả thực nghiệm được xỏc định thụng qua cỏc giỏ trị thu được ở thiết bị đo nhiệt trờn bề mặt chi tiết gia cụng. Sau khi đo, kết quả được kết nối và xử lý trờn mỏy tớnh để so sỏnh, đối chứng. Quỏ trỡnh thực nghiệm được tiến hành nhiều lần, mỗi lần thay đổi một trong cỏc thụng số thực nghiệm để tỡm ra mối liờn hệ, ảnh hưởng của chỳng đối với quỏ trỡnh làm mỏt khi mài.
3.3.4. Kết quả thực nghiệm + Mài với đỏ mài M1, tốc độđỏ: 20m/s Nhiệt độ bề mặt Chiều sõu mài 2àm 4àm 6àm 8àm 10àm Lần 1 297.85 300.65 304.32 306.08 308.45 Lần 2 298.16 301.15 304.76 306.25 308.78 Lần 3 298.82 301.38 305.38 306.87 309.64 TB 298.28 301.06 304.82 306.40 308.96 Lực cắt tiếp tuyến (N) TB 0.28 0.66 0.94 1.45 1.84 + Mài với đỏ mài M2, tốc độđỏ: 20m/s Nhiệt độ bề mặt (0K) Chiều sõu mài 2àm 4àm 6àm 8àm 10àm Lần 1 297.92 305.96 309.96 312.99 319.86 Lần 2 298.04 305.76 310.08 313.26 320.26 Lần 3 298.82 306.42 311.23 313.78 320.94 TB 298.26 306.05 310.42 313.35 320.35 Lực cắt tiếp tuyến (N) TB 0.32 0.61 0.89 1.19 1.71
+ Mài với đỏ mài M3, tốc độđỏ: 20m/s Nhiệt độ bề mặt Chiều sõu mài 2àm 4àm 6àm 8àm 10àm Lần 1 297.46 297.85 300.85 307.76 312.84 Lần 2 297.99 298.54 301.78 308.24 313.26 Lần 3 298.12 298.85 302.05 308.42 313.45 TB 297.86 298.42 301.56 308.14 313.18 Lực cắt tiếp tuyến (N) TB 0.30 0.51 0.79 1.16 1.66
Chương 4
XỬ Lí SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
4.1. Khả năng làm mỏt của khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt với bề mặt chi tiết gia cụng.
Dựa vào kết quả thực nghiệm thu được, tỏc giả đó sử dụng cỏc phần mềm chuyờn dụng xử lý và vẽđược cỏc đồ thị thể hiện mối quan hệ của nhiệt mài sinh ra trong quỏ trỡnh mài với chiều sõu cắt ứng với cỏc trường hợp dựng cỏc đỏ mài cú tỷ lệ rỗ khớ khỏc nhau. 2 4 6 8 10 0 280 300 320 340 360 Chiều sâu cắt, àm
Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công
o K
Hỡnh4-1. Quan hệ giữa nhiệt bề mặt chi tiết gia cụng và chiều sõu mài khi dựng đỏ mài M1
2 4 6 8 10 0 280 300 320 340 360 Chiều sâu cắt, àm N h
iệt độ bề mặt chi tiết gia công
o K
Hỡnh4-2. Quan hệ giữa nhiệt bề mặt chi tiết gia cụng và chiều sõu mài khi dựng đỏ mài M2 2 4 6 8 10 0 280 300 320 340 360 Chiều sâu cắt, àm
Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công
o K
Hỡnh4-3. Quan hệ giữa nhiệt bề mặt chi tiết gia cụng và chiều sõu mài khi dung đỏ mài M3
2 4 6 8 10 M1 M2 M3 Mài khụ Mài dựng khụng khớ + dd làm mỏt 0 280 300 320 340 360 Chiều sâu cắt, àm Nhiệt độ b
ề mặt chi tiết gia công
o K
Mài dùng chất bôi trơn
Hỡnh 4-4. So sỏnh khả năng làm mỏt của cỏc phương phỏp làm mỏt khỏc nhau khi gia cụng thộp T15K6 với chiều sõu cắt khỏc nhau
Trờn cỏc Hỡnh 4-1; 4-2; 4-3 cho thấy, khi mài ở cỏc chiều sõu cắt tăng dần thỡ nhiệt sinh ra trờn bề mặt gia cụng cũng tăng theo. Nhiệt sinh ra do quỏ trỡnh búc tỏch phoi, quỏ trỡnh ma sỏt giữa đỏ mài và chi tiết gia cụng, 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. Nờn khi tăng chiều sõu cắt thỡ nhiệt độ bề mặt cũng tăng theo. Mặt khỏc, theo giả thuyết được đưa ra trong phần 3.1 và cụng thức tớnh lượng nhiệt được đưa ra khỏi vựng mài nhờ lưu lượng khớ thổi qua bề mặt gia cụng Qre =q1.Vkh (cụng thức 3-1) thỡ khi gia cụng với chiều sõu cắt nhỏ thể tớch chiếm chỗ của phoi trong quỏ trỡnh gia cụng là ớt, do vậy thể tớch khụng khớ chiếm chỗ lớn (Vkk) nờn lượng nhiệt được mang ra khỏi vựng cắt nhờ khụng khớ thổi sẽ lớn – nhiệt độ bề mặt gia cụng nhỏ. Ngược lại, khi chiều sõu cắt lớn – nhiệt độ bề mặt sẽ lớn.
Hỡnh 4-4 chỉ nhiệt độ của bề mặt chi tiết mài khi mài khụ, mài ướt và mài làm mỏt bằng khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt ở dạng sương mự. Cú thể thấy rằng nhiệt độ bề mặt chi tiết mỏy khi mài làm mỏt bằng khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt ở dạng sương mự là thấp hơn so với khi mài khụ. Ta thấy, với chiều sõu mài nhỏ (2àm) thỡ phương phỏp này giả quyết vấn đề nhiệt rất tốt, nhiệt độ bề mặt xấp xỉ bằng nhiệt bề mặt khi dựng phương phỏp tưới tràn, ở chếđộ cắt này nhiệt sinh ra ớt và khả năng thõm nhập của khụng khớ vào vựng mài tốt, lưu lượng khớ qua vựng mài cao – khả năng khuyếch tỏn nhiệt tốt. Tuy nhiờn, ở chế độ cắt này so với phương phỏp làm mỏt bằng khụng khớ lạnh thỡ phương phỏp này lại cho nhiệt độ bề mặt cao hơn khỏ nhiều do nhiệt độ của chi tiết mài trước khi mài bằng khụng khớ lạnh là thấp hơn nhiều so với mài bằng khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt ở dạng sương mự. Khi chiều sõu cắt tăng dần do cụng tỏch phoi lớn, ma sỏt lớn, khả năng thõm nhập của luồng khớ bị hạn chế nờn nhiệt độ bề mặt đó tăng lờn, tuy nhiờn cú thể thấy rằng độ dốc của đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt gia cụng và chiều sõu cắt trong trường hợp làm mỏt mà tỏc giả nghiờn cứu thấp hơn so với phương phỏp mài khụ và mài bằng khụng khớ lạnh, điều đú cho thấy sự tăng lờn của nhiệt độ bề mặt gia cụng thấp hơn. Điều này cú thể được giải thớch là với sự cú mặt của khụng khớ và dung dịch làm mỏt trong vựng mài, một phần nhiệt đó được lấy đi khỏi bề mặt chi tiết, một phần nhờ dung dịch trơn nguội làm giảm hệ số ma sỏt giữa đỏ mài với bề mặt gia cụng.
10 20 30 40 0 280 300 320 340 360 Nhiệt độ bề mặ t c h i tiết gia c ông o K Năng l−ợng mài (W) Mài khô Mài dùng không khí + dung dịch làm mát
Hỡnh 4-5. Nhiệt bề mặt – năng lượng mài khi dung đỏ mài M1
10 20 30 40 0 280 300 320 340 360 Năng l−ợng mài (W)
Nhiệt độ bề mặt chi tiết gia công (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o K Mài khô
Mài dùng không khí + dung dịch làm mát
10 20 30 40 0 280 300 320 340 360 Nhiệt độ bề
mặt chi tiết gia công
o K
Năng l−ợng mài (W) Mài khô
Mài dùng không khí + dung dịch làm mát
Hỡnh 4-7. Nhiệt bề mặt – năng lượng mài khi dung đỏ mài M3
Cỏc đồ thị trờn cỏc Hỡnh 4-5; 4-6; 4-7 thể hiện mối quan hệ giữa năng lượng mài và nhiệt mài trong trong hai trường hợp mài khụ và mài dựng khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt ở dạng sương mự. Chỳng ta biết rằng, cụng để tỏch phoi trong hai trường hợp là như nhau nhưng năng lượng mài khi mài bằng phương phỏp dựng khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt ở dạng sương mự là thấp hơn so với mài khụ, điều đú chứng tỏ rằng năng lượng để sinh nhiệt trong quỏ trỡnh gia cụng đó được giảm. Năng lượng mài ởđõy được xỏc định bằng cỏch đo lực mài tiếp tuyến, sau đú nhõn với vận tốc mài. Khi tiến hành thực nghiệm, với cỏc điều kiện nhưđó trỡnh bày trong phần 3.3.3, kết quả thu được cho thấy khi thay đổi năng lượng mài (bằng cỏch thay đổi chiều sõu cắt) thỡ mức độ truyền nhiệt từ trong bề mặt chi tiết gia cụng cũng thay đổi theo. Cú thể thấy rằng lượng tăng nhiệt độ bề mặt của chi tiết mài khi mài làm mỏt bằng khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt ở dạng sương mự là thấp hơn so với khi mài khụ.
4.2. Ảnh hưởng của cấu trỳc đỏ mài đến khả năng làm mỏt M3 M2 M1 Nh iệ t k h uyếc h tán Q re , W
Năng lựơng mài Qo, W
0 10 20 30 40 1 2 Vp=56,50% Vp=45,59% Vp=35,60%
Hỡnh 4-8. Ảnh hưởng của mật độ lỗ khớ đến khả năng khuyếch tỏn nhiệt
Kết cấu của đỏ mài bao gồm cỏc thành phần: hạt mài, chất kết dớnh và cỏc lỗ khớ. Chất kết dớnh cú tỏc dụng kết nối cỏc hạt mài lại với nhau bằng cỏc cầu liờn kết. Cỏc hạt mài được phõn bố và liờn kết với nhau một cỏch ngẫu nhiờn. Cỏc lỗ khớ trong đỏ mài được tạo nờn thụng qua quỏ trỡnh thiờu kết đỏ mài sau khi đỳc ộp. Tuỳ theo tớnh chất gia cụng và yờu cầu của quỏ trỡnh cụng nghệ mà đỏ mài được chế tạo bằng cỏc loại vật liệu hạt mài, độ hạt khỏc nhau; sử dụng cỏc loại chất kết dớnh đặc trưng và tạo ra tỷ lệ lố khớ của đỏ mài nhất định. Trong quỏ trỡnh gia cụng, cỏc thụng số này cú ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cắt gọt và cỏc yếu tố liờn quan đến quỏ trỡnh cắt khi mài.
Tỷ lệ lỗ khớ của đỏ mài quyết định tớnh cắt của đỏ thụng qua việc tạo ra cỏc gúc cắt cho hạt mài của chỳng. Chỳng ta hóy hỡnh dung một viờn đỏ mài được chế tạo cú tỷ lệ lỗ khớ thấp (gần bằng 0%) thỡ cú thể thực hiện quỏ trỡnh cắt như thế nào khi mài. Ở đõy chỳng ta hóy nhỡn nhận về cỏc lỗ khớ trong đỏ mài với tỏc dụng khỏc của chỳng- khả năng làm mỏt khi mài sử dụng khụng khớ trộn dung dịch làm mỏt ở dạng sương mự. Khi mài, lỗ khớ trờn bề mặt đỏ mài là thành phần chứa khớ
từ vũi cấp khớ đi qua khu vực gia cụng. Khi bề mặt đỏ với cỏc lỗ khớ chuyển động qua khu vực gia cụng, chỳng cú tỏc dụng mang một lượng khớ ở nhiệt độ nhất định đi ra khỏi khu vực đú. Vỡ thời gian để một tiết diện nhất định của đỏ mài đi qua