NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI TIỆN CỨNG
2.1.2. Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện cứng.
Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép qua tôi cứng.
Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn. Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian. Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết.
Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng. Tiện cứng là một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường> 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4µm, rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công tinh.
Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn (các trục ngắn), con lăn,.. tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,..
Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này.
Các máy tiện thông thường có thể được dùng nếu đáp ứng được các yêu cầu trên.
Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA, DNMA, TNG,…nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người ta phân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình (khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt.
So với những mảnh cácbít thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng kể (từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều.
Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng.
Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh độ cứng vật liệu từ 55-67HRC, V = 80-160 (m/ph), S = 0,04-0,08 (mm/vg); t = 0,1-0,5mm; với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45-60HRC, V = 120-180 (m/ph), S = 0,02-0,04 (mm/vg), t = 0,02-0,3mm.
Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước đến ±0,01mm hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt đạt rất nhỏ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất dư nén khi gia công (tnhỏ), điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ bền mỏi cao. Song với mài lại là một bất lợi.
Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau:
- Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm.
- Giảm chi phí đầu tư thiết bị và tăng độ chính xác gia công.
- Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn và cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu. - Gia công được các contour phức tạp.
- Có thể chọn gia công khô hoặc có dung dịch trơn nguội.
Mặc dù vậy tiện cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (tmin) thì quá trình cắt không thể thực hiện được.
Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hướng công nghệ mới để đạt được các mục đích này. Nhưng phải đến những năm 1990, với sự phát triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phương thì tiện cứng mới được áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy. Tiện cứng đã thực sự trở thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi cứng. Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung.
Tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh dao thường có giá thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quan trọng bởi trong quá trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gian máy,… ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và tính cạnh tranh trên thị trường.
Việc áp dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng là rất cần thiết vừa để nâng cao chất lượng của sản phẩm vừa có thể tăng được tuổi thọ của dao từ đó làm giảm giá thành dụng cụ cắt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tuy nhiên quá trình tiện cứng là quá trình cắt với tốc độ cao, chiều sâu cắt nhỏ, do đó nhiệt cắt sinh ra rất lớn.
Đối với quá trình tiện cứng, do nhiệt cắt sinh ra rất lớn nên việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình này chỉ nhằm mục đích bôi trơn làm giảm ma sát giữa mặt sau của dao và chi tiết gia công, giữa phoi và mặt trước của dao. Do chiều dày phoi khi tiện cứng nhỏ nên với áp lực khí đủ lớn có thể sẽ nâng được cánh phoi và tạo nên màng dầu ngăn cách giữa chi tiết gia công và dao.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng như áp suất của dòng khí, lưu lượng tưới dung dịch bôi trơn. Lưu lượng tưới và áp suất dòng khí phải đảm bảo để tạo nên dung dịch tưới dạng sương mù và xâm nhập được vào vùng cắt. Độ nhớt của dầu bôi trơn cũng ảnh hưởng đến việc tạo sương mù.