2. Dầu cắt gọt thụ động
2.2.4.1. Ảnh hƣởng của loại dung dịch và áp suất tƣới nguộ
Ảnh hưởng của loại dung dịch và áp suất tưới nguội đến ứng suất dư bề mặt đã đượccác tác giả Webster và Ciu [14] nghiên cứu với đá mài CBN và hai loại đầu phun: đầu phun thông thường và đầu phun Webster (đầu phun Webster do Webster thiết kế có các đường kính lỗ là 3mm, 4mm, 5mm, áp suất tưới của đầu phun Webster cao hơn đầu phun thường). Hai loại dung dịch trơn nguội được sử dụng là nhũ tương tổng hợp nồng độ 5% và dầu nguyên chất.
Kết quả đo ứng suất dư bề mặt mài được biểu diễn trên hình 2.17. Từ các đồ thị hình 2.17 có thể nhận xét như sau: Khi mài bằng đá CBN sử dụng dầu nguyên chất cho ứng suất dư bề mặt với trị số nhỏ hơn khi sử dụng emulsion, đó là do dầu nguyên chất có khả năng giảm ma sát tại vùng mài tốt hơn so với emulsion nên khả năng làm giảm nhiệt độ mài và hư hại do nhiệt tốt hơn.
Hình 2.17. Ứng suất dư bề mặt mài bằng đá CBN khi sử dụng các loại dung dịch tưới nguội và áp suất khác nhau [14].
E.J da Silva và các đồng nghiệp cũng đã tiến hành thí nghiệm với hai loại đá mài (Al203 và CBN) và bốn loại dung dịch trơn nguội [18] , kết quả (hình 2.18):
- Trong chu kỳ mài đầu tiên, tất cả các loại dung dịch trơn nguội với hai loại đá mài đều cho ứng suất dư nén (trừ dầu tổng hợp khi mài bằng đá Al2O3). Riêng với đá mài Al2O3, khi lượng bóc tách vật liệu tăng thì ứng suất dư thay đổi thành
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ứng suất dư kéo, nguyên nhân là do khả năng dẫn nhiệt kém của Al2O3 làm tăng ma sát và mất đi các cạnh sắc của đá mài.
- Khi mài bằng đá mài Al2O3 với dung dịch trơn nguội là dầu thì ứng suất dư bề mặt là ứng suất dư nén, nguyên nhân là do dầu có khả năng bôi trơn tốt làm giảm nhiệt độ mài và hư hại do nhiệt.
- Với đá mài CBN: do khả năng duy trì độ sắc và tính chất nhiệt tốt nên ứng suất dư nén hình thành trong tất cả các chu kỳ mài.
.
Hình 2.18. Ứng suất dư với các loại dung dịch trơn nguội khi mài bằng đá CBN và Al2O3 [18].
Các vết nứt xuất hiện trên bề mặt mài do ứng suất dư là một đặc trưng của mài thép không gỉ. Kết quả chụp ảnh bề mặt mài (hình 2.19) cho thấy khi tưới nguội bằng khí nitơ hoá lỏng thì hiện tượng nứt do ứng suất đã giảm đáng kể (vết nứt hẹp và nông hơn) [15].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
a)
b)
Hình 2.19. Nứt do ứng suất khi mài thép không gỉ AISI 304 [15]. a) Làm mát bằng khí nitơ hóa lỏng b) Làm mát bằng dầu cắt
2.2.4.2. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch trơn nguội
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội đến ứng suất dư bề mặt khi mài thép không gỉ 3X13 đã được nghiên cứu [2] với các điều kiện:
- Đá mài Sđ60.MV1.G.V1.250x30x75.50m/s. - Chế độ sửa đá: Ssđ = 0,3 m/ph, tsđ = 0,02mm.
- Chế độ cắt: Vđ = 37,9 m/s, Vct = 9 m/ph, t = 0,01mm, Sn= 15 mm/ht. - Dung dịch trơn nguội với hai nồng độ khác nhau: nhũ tương 5% và 10%. - Bề mặt mài được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét sau khi nhúng chi tiết mài vào dung dịch MgCl2 nồng độ 40g/l ở nhiệt độ sôi trong 48 giờ.
Hình 2.20 cho thấy: tăng nồng độ dung dịch trơn nguội sẽ làm giảm ứng suất dư nên hiện tượng nứt bề mặt mài do ứng suất cũng giảm theo.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
a)
b)
Hình 2.20. Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch nhũ tương [2]. a) Nồng độ 5% b) Nồng độ 10%
2.2.4.3. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng tƣới nguội
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư lớp bề mặt đã được các tác giả K.Q. Xiao và L.C.Zhang nghiên cứu khi mài bằng đá mài Al2O3 với 5 môi trường có lưu lượng tưới nguội khác nhau [11] . Kết quả đo ứng suất dư lớp bề mặt được cho trong đồ thị hình 2.21. Từ đồ thị hình 2.21 ta thấy:
- Khi mài khô bề mặt mài có trị số ứng suất dư kéo lớn nhất. Trong trường hợp này hầu như ứng suất dư trên bề mặt vật mài là ứng suất dư kéo (vì khi mài khô không có tác dụng bôi trơn và làm mát).
- Khi sử dụng phương pháp tưới nguội với lưu lượng lớn nhất bằng chất làm lạnh cho trị số ứng suất dư nén lớn nhất. Và trong trường hợp này hầu như ứng suất dư trên bề mặt vật mài là ứng suất dư nén (vì trong trường hợp này tác dụng bôi trơn và làm mát là tốt nhất).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.21. Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác nhau [11]. Để rõ hơn ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư lớp bề mặt, các tác giả Yuan Zhejum và Hu Zhonghui – Submitted đã thí nghiệm mài thép GCr15 bằng đá mài CBN trong hai trường hợp mài khô và mài ướt [20]. Kết quả đo ứng suất dư lớp bề mặt được thể hiện trong đồ thị hình 2.22.
Hình 2.22. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 và đá CBN [20].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Từ đồ thị hình 2.22 ta thấy:
- Ứng suất dư lớp bề mặt khi mài bằng đá CBN luôn luôn là ứng suất dư nén, đó là do đá mài CBN có khả năng duy trì các cạnh sắc trong suốt quá trình gia công mà không đòi hỏi phải sửa đá liên tục.
- Ứng suất dư theo hướng mài luôn luôn có trị số lớn hơn ứng suất dư theo phương vuông góc với hướng mài.
- Khi mài ướt trị số ứng suất dư luôn có trị số nhỏ hơn khi mài khô trong cả hai phương theo hướng mài và theo phương vuông góc với hướng mài.
Hình 2.23 là kết quả nghiên cứu của các tác giả T. Nguyen, L.C. Zhang [19] trong trường hợp mài thép 45 bằng đá mài BWA60MVA1 với những chiều sâu cắt khác nhau.
Hình 2.23. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá BWA60MVA1 [19].
Đồ thị hình 2.23 cho thấy:
- Khi mài ở chiều sâu cắt nhỏ (10m) ứng suất dư bề mặt khi làm lạnh bằng không khí cùng một lượng dầu tối thiểu, chất làm lạnh hay không khí đều cho tác dụng tương tự nhau. Điều này chứng tỏ rằng khi mài ở chiều sâu cắt nhỏ, ứng suất dư bề mặt chủ yếu chỉ phụ thuộc vào những tác động cơ khí.
- Tuy nhiên khi mài ở chiều sâu cắt lớn hơn (15m) cho thấy ứng suất dư kéo có xu hướng xuất hiện cao hơn theo hướng ngang với hướng mài mặc dù trong
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
lòng vật mài vẫn còn tồn tại ứng suất dư nén. Điều này có thể được giải thích là do sự truyền nhiệt không đều bên trong lòng vật mài.
- Một nghiên cứu của Malkin cho thấy phần lớn nhiệt được truyền ra ngoài là do tác dụng của dòng không khí lạnh được phun theo hướng tiếp tuyến với bề mặt gia công (có tác dụng hơn so với khi phun dòng khí lạnh theo hướng ngang với bề mặt gia công).
Nghiên cứu của các tác giả R. P. Upadhyaya và S.Malkin [16] về ảnh hưởng của lưu lượng tưới nguội cũng cho thấy: nếu tăng lưu lượng tưới nguội thì làm tăng lượng dung dịch vào vùng tiếp xúc đá – chi tiết do đó làm giảm ma sát, tăng tốc độ tản nhiệt nên nhiệt độ mài giảm. Tuy nhiên với mỗi phương pháp tưới nguội cụ thể thì chỉ nên tăng lưu lượng tưới nguội đến một giới hạn nhất định bởi vì sau đó nhiệt độ mài hầu như giảm không đáng kể.