50 Thép 9CrSi (9XC), độ cứng 55 58 HRC.

. p v pv

50 Thép 9CrSi (9XC), độ cứng 55 58 HRC.

Thép 9CrSi (9XC), độ cứng 55 - 58 HRC. Thành phần hoá học: Nguyên tố hoá học C Si P Mn Ni Cr Mo Hàm lƣợng (%) 0,8623 1,2351 0,0241 0,58613 0,03216 1,113 0,01917 3. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM. 3.1. Mục đích nghiên cứu.

Nghiên cứu so sánh giữa phƣơng pháp gia cơng có sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) với phƣơng pháp gia cơng khơ về mịn dao và hệ số co rút phoi khi gia công tinh thép 9XC đã qua tôi (đạt độ cứng 55 - 58 HRC). Qua đó đánh giá đƣợc ƣu nhƣợc điểm của bôi trơn tối thiểu so với gia công khô.

Các chỉ tiêu đánh giá gồm:

Cơ chế mòn của dao (qua chụp ảnh mịn dao bằng kính hiển vi điện tử). Độ mòn của dao.

Hệ số co rút phoi. 3.2. Q trình thí nghiệm.

3.2.1. Bố trí trang thiết bị thí nghiệm.

Máy tiện vạn năng OKUMA Nhật Bản. Dao tiện gắn mảnh CBN.

Vật liệu phôi: thép 9XC đã qua tôi (đạt độ cứng 55 - 58HRC). Kích thƣớc phơi: L = 350 mm, D = 62 mm

Cách bố trí đầu phun nhƣ hình 2.2. 3.2.2. Chế độ cơng nghệ.

Tiện tinh ngồi với các thơng số cơng nghệ: Tốc độ vịng quay trục chính: n = 970 vịng/phút Lƣợng chạy dao: S = 0,1 mm/vòng Chiều sâu cắt : t = 0,15 mm.

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chiều dày phoi : a = S.sin θ = 0.086 mm (θ = 600)

Khi gia công sử dụng hai phƣơng pháp là gia cơng khơ và gia cơng có bơi trơn làm nguội tối thiểu.

Gia cơng có bơi trơn tối thiểu sử dụng dung dịch bôi trơn là dầu thực vật. Áp suất khí P = 5 KB/cm2, lƣu lƣợng 0,22 ml/phút

Vịi phun đƣợc bố trí phun vào mặt sau của dao (hình 2.2). 3.2.3. Tiến trình thí nghiệm.

* Q trình gia cơng sử dụng bơi trơn tối thiểu.

Phơi gia cơng có chiều dài 350 mm. Mỗi lƣợt sẽ gia công chiều dài 300 mm (3,25 phút) với chế độ cắt đƣợc giữ không đổi. Sau mỗi lƣợt cắt sẽ tiến hành đo mòn của dao và chiều dày của phoi.

Khi gia công bằng phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu, sử dụng 3 mảnh dao CBN. Mảnh 1 gia công 3 lƣợt cắt tƣơng ứng với 10 phút gia công.

Mảnh 2 gia công 6 lƣợt cắt tƣơng ứng với 20 phút gia công. Mảnh 3 gia công 12 lƣợt cắt tƣơng ứng với 30 phút gia công.

* Q trình gia cơng khơ.

Phơi gia cơng và chế độ cắt đƣợc giữ nguyên nhƣ khi bôi trơn tối thiểu. Sử dụng 3 mảnh dao trong quá trình gia cơng khơ.

Mảnh 4 gia công 3 lƣợt cắt tƣơng ứng với 10 phút gia công. Mảnh 5 gia công 6 lƣợt cắt tƣơng ứng với 20 phút gia công. Mảnh 6 gia công 12 lƣợt cắt tƣơng ứng với 30 phút gia công. Sau mỗi lƣợt cắt tiến hành đo độ mòn của dao.

Các mảnh dao đƣợc đánh số thứ tự theo trình tự gia cơng.

* Chụp ảnh mòn dao.

Các mảnh dao sau khi gia cơng sử dụng kính hiển vi điện tử CEM, có độ phóng đại 10.000 lần để tiến hành chụp mòn mặt trƣớc và mặt sau của dao.

Căn cứ vào các ảnh chụp thu đƣợc, đo đƣợc độ mịn của dao và tìm hiểu cơ chế mịn.

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thơng số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Sử dụng kính hiển vi điện tử CEM để chụp và đo chiều dày, căn cứ vào hình ảnh của phoi để đánh giá và tính hệ số co rút phoi.

3.3. Các số liệu thí nghiệm.

Kết quả quan sát các mảnh dao sau khi tiện trên kính hiển vi điện tử cho thấy các mảnh dao khi gia cơng khơ và gia cơng có bơi trơn làm nguội tối thiểu đều bị mòn cả mặt trƣớc và mặt sau.

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Hình ảnh mịn mặt trước dụng cụ cắt.

Hình3.4a) Sau 10 phút gia cơng khơ Hình3.4b) Sau 10 phút gia cơngMQL

Hình3.5a) Sau 20 phút gia cơng khơ Hình3.5b) Sau 20 phút gia cơng MQL

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tơi, sử dụng bôi trơn làm nguội

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Lƣợng mòn mặt trƣớc

n = 970 vòng/phút; t = 0,15 mm; S = 0,1 mm/vòng, Áp suất: P = 5 KB/cm2 Vật liệu phơi: thép 9XC nhiệt luyện đạt độ cứng 55 ÷ 58 HRC

Vật liệu dao: CBN

Thời gian cắt (phút) Lƣợng mịn mặt trƣớc (μm)

Gia cơng khơ Bôi trơn tối thiểu

10 104,40 104,02

20 119,08 117,80

30 146,71 118,00

Nhận xét: Từ ảnh chụp mặt trƣớc của dụng cụ cắt cho thấy, mòn xẩy ra trên mặt

trƣớc của dụng cụ đối với cả phƣơng pháp gia công khô và bôi trơn tối thiểu. Có thể chia ra thành 3 vùng rõ rệt theo phƣơng thốt phoi thơng qua mức độ bám dính của vật liệu dụng cụ cắt với mặt trƣớc. Vùng 1 là vùng ngay sát lƣỡi cắt với những vết biến dạng dẻo do các hạt cứng gây nên; vùng 2 tiếp theo với sự dính nhẹ của vật liệu gia công lên mặt trƣớc, vùng 3 là vùng phoi thoát ra khỏi mặt trƣớc. Quan sát ảnh chụp mảnh dao khi tiện ở 10, 20 và 30 phút gia cơng (hình 3.4, hình 3.5, hình 3.6) đều cho thấy vật liệu gia cơng dính tập trung ở vùng phoi thoát ra khỏi mặt

Bảng 3.1. Lượng mòn mặt trước của dụng cụ cắt

Hình 3.7. Quan hệ giữa lượng mịn mặt trước u và thời gian cắt khi gia cơng khơ và gia cơng có sử dụng bơi trơn tối thiểu.

Thời gian gia công (Phút) U(μm) 30 20 10 0 150 100 50 Khô MQL (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tơi, sử dụng bôi trơn làm nguội

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

trƣớc của dụng cụ cắt chứ không phải ở vùng gần lƣỡi cắt. Chiều dài tiếp xúc phoi và mặt trƣớc tăng dần từ mũi dao đến vùng tiếp xúc giữa bề mặt tự do của phoi với mặt trƣớc đối với cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu.

Vùng 1 ngay sát lƣỡi cắt là vùng lớp vật liệu gia cơng sát mặt trƣớc dính và dừng trên mặt trƣớc tạo nên vùng biến dạng thứ 2 trên phoi. Qua hình ảnh chụp mịn mặt trƣớc cho thấy chiều rộng của vùng này đối với gia công khô và bôi trơn tối thiểu là khác nhau. Với thời gian khác nhau 10, 20 và 30 phút đều cho thấy chiều rộng của vùng 1 khi gia cơng có bơi trơn tối thiểu bé hơn nhiều so với khi gia cơng khơ. Điều này có nghĩa là vùng 2 khi gia cơng có bơi trơn tối thiểu tiến sát về lƣỡi cắt hơn khi gia công khơ. Việc tạo ra góc trƣớc phụ âm ở vùng 1 ngay sát lƣỡi khi gia công là kết quả khơng mong muốn vì điều này sẽ làm cho phoi bị trƣợt ngƣợc lại tạo nên lớp biến trắng trên bề mặt gia cơng. Có thể giải thích hiện tƣợng này là do khi bôi trơn tối thiểu, dung dịch bôi trơn đƣợc phun trực tiếp vào vùng cắt làm giảm ma sát giữa mặt trƣớc của dao với phoi làm cho phoi trƣợt dễ dàng hơn trên mặt trƣớc, hơn nữa áp lực khí nén cũng giúp nâng phoi làm cho vùng 2 tiến sát hơn vào phía lƣỡi cắt.

Quan sát trên toàn bộ chiều dài lƣỡi cắt ở vùng sát lƣỡi cắt (vùng 1) cho thấy khi bôi trơn tối thiểu các rãnh biến dạng dẻo do cào xƣớc của các hạt cứng trên bề mặt ở vùng này ít hơn so với khi gia cơng khơ thể hiện rõ trên hình 3.11. Điều này chứng tỏ dung dịch bôi trơn đã thâm nhập vào vùng cắt và tạo nên màng dầu bôi trơn giữa phoi và mặt trƣớc dao và ma sát giữa các hạt cứng với lƣỡi cắt giúp chúng dễ dàng trƣợt ra khỏi bề mặt gia cơng.

Vùng 2 là vùng dính của vật liệu gia công, vùng này phát triển từ mũi dao và tăng dần về phía vùng phoi thốt ra khỏi mặt trƣớc. diện tích vùng này đối với cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu là tƣơng đƣơng nhau.

Vùng 3 là vùng vật liệu gia cơng dính nhiều trên mặt trƣớc với các vết trƣợt của phoi ở cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu là giống nhau.

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình3.8a) Sau 10 phút gia cơng khơ Hình3.8b) Sau 10 phút gia cơng MQL

Hình3.9a) Sau 20 phút gia cơng khơ Hình3.9b) Sau 20 phút gia cơng MQL

Hình3.10b) Sau 30 phút gia cơng MQL Hình3.10a) Sau 30 phút gia cơng khơ

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Lƣợng mòn mặt sau

n = 970 vòng/phút; t = 0,15 mm; S = 0,1 mm/vòng, Áp suất: P = 5 KB/cm2 Vật liệu phơi: thép 9XC nhiệt luyện đạt độ cứng 55 ÷ 58 HRC

Vật liệu dao: CBN

Thời gian cắt (phút) Lƣợng mịn mặt sau (μm)

Gia cơng khơ Bôi trơn tối thiểu

10 116,52 113,04

20 185,22 113,04

30 351,11 244,44

Nhận xét: Ma sát giữa mặt sau của dụng cụ cắt và bề mặt gia công là ma sát thông

thƣờng kèm theo sự bám dính của vật liệu gia cơng và các vết cào xƣớc trên mặt sau của dụng cụ cắt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Quan sát hình 3.8, hình 3.9 và hình 3.10 đều cho thấy bề rộng của vết mòn theo mặt sau khi gia cơng có bơi trơn làm nguội tối thiểu nhỏ hơn so với khi gia công khơ. Do cách bố trí đầu phun trực tiếp vào mặt sau của dụng cụ cắt đã làm giảm đáng kể ma sát giữa mặt sau của dụng cụ cắt với bề mặt chi tiết gia cơng.

Hình 3.11. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia cơng khơ và gia cơng có sử dụng bơi trơn tối thiểu.

U(μm)

Thời gian gia công (Phút) 0 10 20 30 350 150 250 50 MQL Khô

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Từ ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử CEM đo đƣợc lƣợng mòn mặt sau của dao cho thấy lƣợng mòn đo đƣợc ở các thời điểm sau khi tiện 10, 20 và 30 phút khi bôi trơn tối thiểu nhỏ hơn khi gia công khô.

Từ ảnh chụp về cơ chế mòn và những nhận xét ở trên cho thấy dầu bôi trơn đã đƣợc phun trực tiếp vào vùng cắt và tạo nên màng dầu làm giảm ma sát giữa mặt sau của dụng cụ cắt với chi tiết gia công và giữa mặt trƣớc của dụng cụ cắt với phoi. Từ đó làm lƣợng mịn mặt sau của dụng cụ cắt theo phƣơng hƣớng kính cũng giảm đi. Nhìn vào biểu đồ cũng cho thấy lƣợng mịn mặt sau theo phƣơng hƣớng kính khi gia cơng khơ có xu hƣớng tăng nhanh hơn so với khi bôi trơn tối thiểu.

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bôi trơn tối thiểu đến q trình tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Kích thước và hình ảnh phoi nhận được sau gia cơng bằng phương pháp gia công

khơ và gia cơng có sử dụng bơi trơn làm nguội tối thiểu

Hình 3.12a) Sau 10 phút gia cơng khơ Hình 3.12b) Sau 10 phút gia cơng MQL

Hình 3.13a) Sau 20 phút gia cơng khơ Hình 3.13b) Sau 20 phút gia cơng MQL

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Thời gian gia công Lần đo 1 (μm) Lần đo 2 (μm) Lần đo 3 (μm) Giá trị trung bình (μm) 10 phút 84,39 85,87 83,29 84,51 20 phút 104,03 101,58 102,17 102,76 30 phút 122,58 109,32 117,56 116.48

Thời gian gia công Lần đo 1 (μm) Lần đo 2 (μm) Lần đo 3 (μm) Giá trị trung bình (μm)

10 phút 74,99 74,19 74,52 74,56

20 phút 81,87 78,41 78,70 79,66

30 phút 88,58 89,08 86,15 87,93

Thời gian gia công Gia công khô Gia công MQL

10 phút 0,976 0,860

20 phút 1,186 0,918 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

30 phút 1,348 1,011

Bảng3.4. Chiều dày phoi của phương pháp gia công MQL Bảng3.3. Chiều dày phoi của phương pháp gia công khô

Bảng3.5. Hệ số co rút phoi K

Hình 3.15. Hệ số co rút phoi khi gia cơng khơ và gia cơng có sử dụng bôi trơn tối thiểu.

0.5

0 1.5

Thời gia gia công (phút)

10 20 30

Khô MQL

tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nhận xét:

a) Sự hình thành phoi:

Do chiều sâu cắt nhỏ vận tốc cắt lớn nên phoi hình thành trong cả hai phƣơng pháp gia cơng, gia cơng khơ và có sử dụng bơi trơn làm nguội tối thiểu đều là phoi dây

Sự hình thành phoi ở đây cũng giống nhƣ khi tiện thƣờng, khi dao dịch chuyển các phần tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi. Qua hình ảnh nhận đƣợc từ kính hiển vi điện tử đã cho thấy rõ các lớp của phoi.

b) Hệ số co rút phoi:

Qua bảng 3.3 cho thấy hệ số co rút phoi đều tăng lên khi thời gian gia công tăng ở cả hai phƣơng pháp gia công, gia cơng khơ và bơi trơn làm nguội tối thiểu. Có thể giải thích hiện tƣợng này là do dụng cụ cắt càng bị mịn thì ma sát càng tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng và biến dạng của phoi tăng.

Do thép 9XC đã qua tơi có độ cứng cao (55÷58 HRC) nên sự biến dạng của kim loại khi cắt khơng thể có giá trị lớn đƣợc.

Với phƣơng pháp gia công khô, phoi bị biến dạng nhiều hơn nên hệ số co rút phoi lớn hơn.

Với phƣơng pháp gia cơng có sử dụng bơi trơn làm nguội tối thiểu biến dạng phoi nhỏ hơn rõ rệt, điều này chứng tỏ dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát giữa phoi với mặt trƣớc của dao, giữa phôi với mặt sau của dao... do đó sẽ làm giảm nhiệt cắt và hệ số co rút phoi giảm.

.KẾT LUẬN CHƢƠNG 3

Qua nghiên cứu thực nghiệm tác giả đã chứng minh đƣợc ƣu điểm của

50 Thép 9CrSi (9XC), độ cứng 55 58 HRC.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM