+ Nghiên cứu thực nghiệm khi mài thép SCM21 bằng đá WA80I/J7V đã được H. Z. Choi, S. W. Lee, D. J. Kim [10] thực hiện. Tác giả đã sử dụng phương pháp bơi trơn tối thiểu nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của dung dịch chất thải bơi trơn đến mơi trường sinh thái, độ nhám bề mặt giảm và giảm chi phí gia cơng do lượng dung dịch sử dụng cho bơi trơn ở dạng sương mù nên khơng tốn kém lượng dung dịch cho quá trình bơi trơn. Các loại dung dịch bơi trơn được tác giả sử dụng đĩ là: nước làm mát, khí nén lạnh và nước làm mát dạng sương mù để so sánh giữa nước làm mát dạng sương mù với khí nén lạnh và nước làm mát. Kết quả cho thấy chất lượng bề mặt và hiệu quả làm mát tốt như nước làm mát đồng thời giảm lượng dung dịch bơi trơn do đĩ giảm chi phí gia cơng.
Hình 2.8 Độ nhám bề mặt gia cơng khi sử dụng các phương pháp bơi trơn làm nguội khác nhau [10].
Từ hình 2.8 ta thấy:
Khi sử dụng nước làm mát hoặc khí lạnh kết hợp với sương mù cho chất lượng bề mặt tốt hơn khí nén lạnh (vì độ nhám thấp hơn).
Nước làm mát so với nước làm mát dạng sương mù:
- Với chiều sâu cắt từ 5 đến 15 mm/s thì nước làm mát dạng sương mù cho độ nhám tương đương với nước làm mát.
- Với chiều sâu cắt lớn hơn 15 mm/s thì nước làm mát dạng sương mù cho độ nhám thấp hơn hay chất lượng bề mặt cao hơn.
- Ở cả ba phương pháp bơi trơn,chiều sâu cắt càng tăng thì chất lượng bề mặt càng giảm.
+ Nghiên cứu tiếp theo của các tác giả Webster và Ciu [11] đã tiến hành thí nghiệm với:
- Hai loại đá mài: Al2O3 và CBN.
- Hai loại đầu phun: đầu phun thơng thường và đầu phun Webster do Webster thiết kế cĩ 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: nhũ tương tổng hợp nồng độ 5% và dầu nguyên chất.
Kết quả đo độ nhám bề mặt mài được biểu diễn trên (hình 2.9).
Hình 2.9. Ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội và áp suất tưới nguội đến độ nhám bề mặt mài [11].
Từ các đồ thị hình 2.9 cĩ thể nhận xét như sau:
- Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá mài CBN thấp hơn so với khi mài bằng đá mài AL2O3.
- Khi mài bằng đá mài AL2O3 sử dụng dầu nguyên chất cho nhám bề mặt thấp hơn do khả năng bơi trơn tốt hơn so với nhũ tương tổng hợp.
- Khi mài bằng đá mài CBN với 2 loại dung dịch trơn nguội thì nhận được độ nhám bề mặt gần như nhau, đĩ là do đá mài CBN cĩ khả năng duy trì các cạnh sắc trong suốt quá trình gia cơng mà khơng địi hỏi phải sửa đá liên tục.
- Khi mài bằng đá mài AL2O3 đường kính đầu vịi phun càng nhỏ (áp suất dung dịch trơn nguội càng lớn) thì chất lượng bề mặt càng tốt, cịn khi sử dụng đá mài CBN thì chất lượng bề mặt thay đổi khơng đáng kể.
+ Để rõ hơn ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội tới độ nhám bề mặt gia cơng, E.J da Silva và các đồng nghiệp [12] đã tiến hành thí nghiệm mài bằng đá mài CBN với 4 loại dung dịch trơn nguội là nước, dung dịch bán tổng hợp 3%, dung dịch bán tổng hợp 20% và dầu nguyên chất.
Hình 2.10. Độ nhám bề mặt khi mài bằng đá CBN với các loại dung dịch trơn nguội khác nhau [12].
Kết quả hình 2.10 cho thấy:
- Khả năng bơi trơn của nước kém làm tăng ma sát giữa chất dính kết và phoi, do đĩ giá trị nhám tăng. Cụ thể là khi tăng lượng bĩc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt tăng từ 0,26µm lên 0,57µm.
- Sử dụng dầu nguyên chất cho độ nhám nhỏ nhất (độ nhám nhỏ hơn 0,33µm), khi càng tăng lượng bĩc 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 cơng nghệ trơn nguội với khí nitơ được hố lỏng ở nhiệt độ thấp khi mài các loại vật liệu khĩ gia cơng. Nabil Ben, Habib Sidhom và Chedly Braham [13] đã nghiên cứu thực nghiệm mài thép khơng gỉ AISI 304 trên máy mài phẳng với hai mơi trường là dầu hồ tan và khí nitơ hĩa lỏng, kết quả cho thấy độ nhám bề mặt mài thấp nhất khi sử dụng khí nitơ hố lỏng (bảng 2.2). Sở dĩ như vậy là khi sử dụng khí nitơ hĩa lỏng cĩ tác dụng làm mát vùng mài tốt hơn khi dùng dầu.
Bảng 2.2. Độ nhám bề mặt khi mài thép AISI 304 với hai mơi trường làm mát [13].
Vct (m/ph) t(mm)
Ra (µm)
Dầu Nitơ hĩa 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
Như vậy loại dung dịch trơn nguội là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng bĩc tách vật liệu, chất lượng bề mặt gia cơng và tuổi thọ của đá mài.
+ Một nghiên cứu khác củacác tác giả K. Pamesh, H. Huang và L. Yin [15] khi nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dung dịch tưới nguội đến chất lượng bề mặt khi mài, các tác giả đã tiến hành mài ở vận tốc cắt 42 m/s và 104 m/s với tốc độ dung dịch tưới nguội khác nhau, ảnh SEM bề mặt mài được cho trong hình 2.11 đến hình 2.16.
Từ hình 2.11 đến hình 2.16 ta cĩ nhận xét:
- Với cùng một vận tốc cắt thì khi sử dụng tốc độ tưới nguội cao sẽ cho chất lượng bề mặt mài tốt hơn khi sử dụng tốc độ tưới nguội thấp.
- Khi sử dụng cùng một tốc độ tưới nguội thì chất lượng bề mặt mài sẽ tốt hơn khi vận tốc cắt cao hơn.
Hình 2.11. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 3,5 m/s [15].
Hình 2.12. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 10 m/s [15].
Hình 2.13. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 42 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 15,4 m/s [15].
Hình 2.14. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 3,5 m/s [15].
Hình 2.15. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 10 m/s [15].
Hình 2.16. Ảnh SEM bề mặt mài với vận tốc cắt 104 m/s, tốc độ dung dịch trơn nguội 16 m/s [15].
+ Nghiên cứu tiếp theo về ảnh hưởng của nồng độ dung dịch trơn nguội do Koji Kato, Norisugu Umehara và Minoru Suzuki [3] thực hiện. Các tác giả đã tiến hành nghiên cứu xác định ảnh hưởng của nồng độ dung dịch từ tính đến lớp biến cứng bề mặt khi mài. Kết quả thu được như sau:
Hình 2.17. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến lớp biến cứng bề mặt mài [3].
Từ đồ thị hình 2.17 ta thấy:
- Khi sử dụng dung dịch tưới nguội là nước thì mức độ biến cứng lớp bề mặt lớn nhất.
- Khi sử dụng dung dịch tưới nguội gồm 50% nước và 50% chất lỏng từ tính thì mức độ biến cứng bề mặt giảm rất nhanh.
- Khi sử dụng dung dịch tưới nguội là 100% chất lỏng từ tính thì mức độ biến cứng cũng giảm nhưng với mức độ ít hơn.
Sở dĩ như vậy là do mức độ biến cứng kim loại lớp bề mặt mài phụ thuộc nhiều vào tải trọng cơ, nhiệt giữa đá mài, bề mặt chi tiết mài và phoi. Khi sử dụng dung dịch tưới nguội là nước thì tác dụng làm lạnh tốt nhưng tác dụng bơi trơn lại kém. Khi sử dụng dung dịch tưới nguội là 50% nước + 50% chất lỏng từ tính thì vừa cĩ tác dụng làm mát lại vừa cĩ tác dụng bơi trơn làm giảm ma sát giữa đá mài với bề mặt mài và giữa phoi mài với bề mặt vật mài nên mức độ biến cứng lớp kim loại bề mặt mài giảm nhanh.
+ Ảnh hưởng của loại dung dịch và áp suất tưới nguội đến ứng suất dư bề mặt đã được các tác giả Webster và Ciu [11] nghiên cứu với đá mài CBN và hai loại đầu phun: đầu phun thơng thường và đầu phun Webster (đầu phun Webster do Webster thiết kế cĩ 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 2.18. Từ các đồ thị hình 2.18 cĩ 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, đĩ là do dầu nguyên chất cĩ 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 2.18. Ứng suất dư bề mặt mài bằng đá CBN khi sử dụng các loại dung dịch tưới nguội và áp suất khác nhau [11].
+ 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 [12] , kết quả (hình 2.19):
- 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 bĩc tách vật liệu tăng thì ứng suất dư thay đổi thành 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 cĩ khả năng bơi 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 2.19. Ứng suất dư với các loại dung dịch trơn nguội khi mài bằng đá CBN và Al2O3 [12].
+ 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 [1] nghiên cứu khi mài bằng đá mài Al2O3 với 5 mơi trường cĩ lưu lượng tưới nguội khác nhau. Kết quả đo ứng suất dư lớp bề mặt được cho trong đồ thị hình 2.20. Từ đồ thị hình 2.20 ta thấy:
- Khi mài khơ bề mặt mài cĩ 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 khơ khơng cĩ tác dụng bơi 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 bơi trơn và làm mát là tốt nhất).
Hình 2.20. Ứng suất dư bề mặt mài với lưu lượng tưới nguội khác nhau [1].
+ Để rõ hơn ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư lớp bề mặt, tác giả Stephenson [2] đã thí nghiệm mài thép GCr15 bằng đá mài CBN trong hai trường hợp mài khơ và mài ướt. Kết quả đo ứng suất dư lớp bề mặt được thể hiện trong đồ thị hình 2.21.
Hình 2.21. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch tưới nguội tới ứng suất dư bề mặt khi mài bằng đá Al2O3 và đá CBN [2].
Từ đồ thị hình 2.21 ta thấy:
- Ứng suất dư lớp bề mặt khi mài bằng đá CBN luơn luơn là ứng suất dư nén, đĩ là do đá mài CBN cĩ khả năng duy trì các cạnh sắc trong suốt quá trình gia cơng mà khơng địi hỏi phải sửa đá liên tục.
- Ứng suất dư theo hướng mài luơn luơn cĩ trị số lớn hơn ứng suất dư theo phương vuơng gĩc với hướng mài.
- Khi mài ướt trị số ứng suất dư luơn cĩ trị số nhỏ hơn khi mài khơ trong cả hai phương theo hướng mài và theo phương vuơng gĩc với hướng mài.