3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.2. Ảnh hưởng của loại và thành phần dung dịch bôi trơn làm mát
Hình 2.2. Ảnh hưởng của các thông số bôi trơn làm mát tới các tham số và kết quả của quá trình mài
2.1. Ảnh hưởng của phương pháp bôi trơn làm mát
Có 3 phương pháp bôi trơn làm mát: mài khô, bôi trơn làm mát tối thiểu và bôi trơn làm mát tưới tràn. Mặc dù mài khô và bôi trơn làm mát tối thiểu có nhiều ưu điểm đặc biệt giúp giảm lượng dung dịch thải ra môi trường, tuy nhiên về hiệu quả về mặt kỹ thuật vẫn còn hạn chế hơn phương pháp tưới tràn (đặc biệt trong mài). Đồng thời trong thực tiễn sản xuất tại Việt Nam, phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn vẫn được áp dụng chủ yếu cho mài. Trong phạm vi của đề tài chỉ nghiên cứu về phương pháp bôi trơn làm mát tưới tràn
2.2. Ảnh hưởng của loại và thành phần dung dịch bôi trơn làm mát.
Trong [18] H.Z.Choi và các cộng sự đã thực nghiệm mài tròn ngoài sử dụng các loại dung dịch bôi trơn làm mát đó là: không khí làm lạnh, dung dịch bôi trơn làm mát Emulsion 4% và khí nén cộng với nước dạng sương mù. Kết quả cho thấy chất lượng bề mặt của phương pháp làm nguội dùng khí nén cộng với nước dạng sương mù đạt hiệu quả tốt như sử dụng dung dịch bôi trơn làm mát.
39
Hình 2.3. Giá trị độ nhám bề mặt gia công khi sử dụng các phương pháp bôi trơn làm mát khác nhau [18]
Ảnh hưởng của loại dung dịch bôi trơn làm mát, chế độ bôi trơn làm mát cũng được Monici và các cộng sự [19] quan tâm và đã nghiên cứu thực nghiệm với 2 loại đá Oxit nhôm và đá CBN, 4 loại đầu vòi phun và 2 loại dung dịch BTLM là Emulsion 5% và dầu nguyên chất. Kết quả đo độ nhám được thể hiện trên Hình 2.3 Qua đó nhận thấy rằng chất lượng bề mặt khi gia công bằng đá CBN tốt hơn khi gia công bằng đá mài Oxit nhôm. Khi mài bằng đá mài Oxit nhôm sử dụng dầu nguyên chất cho nhám bề mặt thấp hơn do khả năng làm nguội tốt hơn so với Emulsion tổng hợp. Còn khi mài bằng đá mài CBN với 2 loại dung dịch BTLM thì nhận được độ nhám bề mặt gần như nhau. Với đá mài Oxit nhôm đường kính đầu vòi phun càng nhỏ (áp suất dung dịch bôi trơn làm mát càng lớn) thì chất lượng bề mặt càng tốt, còn khi sử dụng đá mài CBN thì chất lượng bề mặt thay đổi không đáng kể.
40
Hình 2.4. Ảnh hưởng của loại dung dịch BTLM và áp suất BTLM đến độ nhám bề mặt mài [19]
Để rõ hơn ảnh hưởng của loại dung dịch bôi trơn làm mát tới độ nhám bề mặt gia công, E.J da Silva và các đồng nghiệp [30] đã tiến hành thí nghiệm mài bằng đá mài CBN với 4 loại dung dịch bôi trơn làm mát là nước, dung dịch bán tổng hợp 3%, dung dịch bán tổng hợp 20% và dầu nguyên chất.
41
Hình 2.5. Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch bôi trơn làm mát khác nhau [30]
Kết quả cho thấy khả năng làm nguội của nước kém, làm tăng ma sát giữa chất dính kết và phoi, do đó giá trị nhám lớn nhất. Sử dụng dầu nguyên chất cho độ nhám nhỏ nhất (độ nhám nhỏ hơn 0,33µm), khi càng tăng lượng bóc
tách kim loại ta càng thấy rõ hơn điều này. Dung dịch bán tổng hợp 20% cho độ nhám nhỏ hơn dung dịch bán tổng hợp 3%.
Hiện nay một số nước đã ứng dụng công nghệ làm nguội với khí nitơ được hoá lỏng ở nhiệt độ thấp khi mài các loại vật liệu khó gia công. Nabil Ben, Habib Sidhom và Chedly Braham [20] đã nghiên cứu thực nghiệm mài thép không gỉ AISI 304 trên máy mài phẳng với hai môi trường là dầu hoà tan và khí nitơ hóa lỏng, kết quả cho thấy độ nhám bề mặt mài thấp nhất khi sử dụng khí nitơ hoá lỏng (bảng 2.1). Sở dĩ như vậy là khi sử dụng khí nitơ hóa lỏng có tác dụng làm nguội vùng mài tốt hơn khi dùng dầu.
42
Bảng 2.1. Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai môi trường làm nguội [5]. Vct (m/ph) t(mm) Ra (µm) Dầu Nitơ hóa lỏng 1 0,030 2,70 2,52 3 0,010 1,84 1,26 5 0,006 1,68 1,01 7 0,004 1,62 1,03 9 0,003 1,55 0,97
Trong nước nhiều nghiên cứu đối với quá trình mài ngoài và mài phẳng cũng được tiến hành. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng đã được Đỗ Đức Trung [3] nghiên cứu. Tác giả đã tiến hành nghiên cứu trên thép ổ lăn SUJ2 bằng AL2O3 và đá CBN trên máy mài phẳng, sử dụng phương pháp tưới tràn với lưu lượng 25 l/p và bốn loại dung dịch BTLM: Emulsion, Machinery coolant, Tectyl cool 1240, Tectyl cool 1290. Kết quả đạt được như sau:
Bảng 2.2.Trị số độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [4].
Dung Emulsion Tectyl 1240 Tectyl 1290 Machinery Mài
dịch cool cool coolant khô
Đá Al203 CBN Al203 CBN Al203 CBN Al203 CBN CBN Ra(µm) 0,86 0,89 0,73 0,89 0,67 1,03 0,84 0,81 0,67
Kết quả trên bảng 2.2 cho thấy ảnh hưởng của loại dung dịch BTLM đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN theo những qui luật khác nhau. Với đá Al2O3 thì Ramax = 0,86µm khi tưới bằng Emulsion và Ramin= 0,67µm khi tưới bằng
43 Tectyl cool 1290; độ nhám giảm dần theo thứ tự Emulsion, Machinery coolant, Tectyl cool 1240, Tectyl cool 1290; mức độ thay đổi Ra khoảng 28%. Với đá CBN thì
Ramax = 1,03µm khi tưới bằng Tectyl cool 1290 và Ramin = 0,67µm khi mài khô; độ nhám giảm dần theo thứ tự Tectyl cool 1290, Tectyl cool 1240 – Emulsion, Machinery coolant, mài khô; mức độ thay đổi Ra khoảng 27%.
Hình 2.6. Ảnh hưởng của loại dung dịch BTLM đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN [3].
Như vậy sự khác nhau về qui luật ảnh hưởng của loại dung dịch BTLM đến độ nhám bề mặt gia công khi mài bằng đá Al2O3 và CBN chủ yếu là do sự
khác nhau về tác dụng BTLM của dung dịch tùy thuộc vào loại đá mài. Do đó để giảm độ nhám bề mặt gia công cần chọn loại dung dịch BTLM hợp lý phù hợp với từng loại đá mài.
Với mỗi loại đá mài thì loại dung dịch BTLM ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công qua tác dụng BTLM và làm mát của dung dịch. Khi mài khô bằng đá CBN thì có thể nhiệt cắt cao làm cho lớp kim loại bề mặt gia công bị thay đổi cấu trúc dẫn đến tăng khả năng biến dạng đàn hồi, các hạt mài khó ăn sâu vào vật liệu gia công nên độ nhám bề mặt gia công giảm.
Một nghiên cứu khác của Ngô Cường, Nguyễn Đình Mãn đã nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của nồng độ dung dịch BTLM đến độ nhám bề mặt khi mài thép không gỉ 3X13 bằng đá mài cacbit silic đen [1].
44
Hình 2.7.. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhám bề mặt mài [1]
Từ kết quả trên hình 2.7 ta thấy: độ nhám bề mặt lớn nhất khi dùng dung dịch BTLM là nước. Khi thay đổi nồng độ Emulsion từ (5÷10)% thì nhám bề mặt giảm nhiều (từ 0,57 đến 0,48µm). Khi thay đổi nồng độ Emulsion từ (10÷15)% thì nhám bề mặt cũng giảm nhưng ít hơn (từ 0,48 đến 0,41µm).
Từ hình 2.8 cho thấy: Khi tăng nồng độ dung dịch BTLM sẽ làm giảm ứng suất dư vì vậy hiện tượng nứt bề mặt mài do ứng suất cũng giảm theo.
Sở dĩ như vậy là vì nồng độ dung dịch BTLM ảnh hưởng đến quá trình hóa học và ma sát xảy ra ở vùng mài qua đó ảnh hưởng đến mòn hóa học và mòn cơ học của hạt mài. Kết quả thí nghiệm cho thấy tác dụng làm nguội của dung dịch BTLM ảnh hưởng lớn hơn tác dụng làm mát. Tăng nồng độ dung dịch BTLM làm giảm ma sát giữa đá và chi tiết mài do đó làm tăng tuổi bền của đá, tuy nhiên tuổi bền của đá cũng chỉ tăng tới một giới hạn nào đó ứng với giá trị tối ưu của nồng độ dung dịch (giá trị này thay đổi theo các điều kiện mài cụ thể). Khi mài thép 3X13 bằng đá mài cacbit silic đen thì giá trị tối ưu của nồng độ dung dịch là khoảng 10%.
45
Hình 2.8. Ảnh SEM bề mặt mài với dung dịch Emulsion [1]. a) Nồng độ 5% b) Nồng độ 10%
Một nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu [9], tác giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch BTLM đến chất lượng bề mặt khi mài phẳng. Vật liệu tác giả lựa chọn nghiên cứu là thép 9XC qua tôi, đá mài được lựa chọn là đá Hải Dương. Phương pháp BTLM được tác giả lựa chọn là phương pháp tưới tràn với bốn loại dung dịch BTLM là: Dầu Caltex Aquatex 3180, dầu AVANTIN 361I, và dầu JP.Way. Trong nghiên cứu này, ngoài so sánh các loại dung dịch BTLM, nồng độ dung dịch, lưu lượng hợp ký cũng được đề xuất. Kết quả thu được như sau:
46
Hình 2.9. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến độ nhám bề mặt mài đối với dầu Caltex Aquatex 3180 [3]
Hình 2.10. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi mài khi dùng dầu AVANTIN361I [3]
Hình 2.11. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng đến nhám bề mặt khi dùng dầu JP.Way[3]
47 Qua nghiên cứu tác giả đã đề xuất được chế độ BTLM (nồng độ dung dịch và lưu lượng tưới) hợp lý khi mài nhôm bằng đá mài xẻ rãnh sản xuất tại Việt Nam với các loại dung dịch BTLM kể trên. Các giá trị nồng độ và lưu lượng tối ưu được đề xuất nên dùng là: + Với dầu Caltex Aquatex 3180: sử dụng nồng độ 6 % và lưu lượng tưới
10 l/ph;
+ Với dầu AVANTIN 361I: sử dụng nồng độ 4 % và lưu lượng tưới 10
l/ph;
+ Với dầu JP.Way: sử dụng nồng độ 2 % và lưu lượng tưới 10 l/ph.
Đồng thời chế độ BTLM tối ưu đề xuất kể trên cho việc sử dụng dầu Caltex Aquatex 3180 cho phép giảm lực mài và giảm độ nhám bề mặt gia công.