Chương 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SỬA ĐÁ HỢP LÝ
3.1. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
3.1.2. Thiết bị thí nghiệm
a) Máy gia công
Hình 3.1. Máy phay CNC dùng cho thí nghiệm
Hiện nay, ở miền Bắc có nhiều cơ sở sản xuất chày cối nhưng các cơ sở
này không dùng máy mài CNC để chuyên mài bề mặt trụ ngoài định hình cho thực tế sản xuất, mặc dù máy mài CNC chỉ chuyên dùng để mài cho năng suất cao và chất lượng tốt. Trong khi đó, máy phay CNC ứng dụng rất linh hoạt trong sản xuất, nó có thể gia công được nhiều chủng loại vật liệu khác nhau, gia công nhiều bề mặt như phẳng, cong… và cả những bề mặt phức tạp. Bên cạnh đó, máy phay CNC ngoài thực hiện chức năng phay nó còn có thể thực hiện các nguyên công khoan, mài, … Nghiên cứu này ứng dụng khả năng mài của máy phay CNC để mài công tua bề mặt trụ ngoài vuông.
Máy thực hiện quá trình sửa đá và mài là máy phay CNC (Model M-V50C của hãng MITSUBISHI Nhật Bản) (Hình 3.1). Máy có tốc độ trục chính 6000 vòng/phút, hệ điều hành MELDAS 335, hành trình 800 x 500 x 651 mm, kích thước bàn 500 x 1000 mm.
b) Đá mài
Đá mài có nhiều loại được sử dụng trong gia công cơ khí như đá mài kim cương, đá mài oxide nhôm, đá mài CBN, … Vì hạt mài CBN cứng hơn nhiều so với hạt oxide nhôm (Al2O3) và hạt cacbit silic (SiC) nên đá mài CBN có khả năng chống mài mòn cao hơn đá mài oxide nhôm và cacbit silic. Bên cạnh đó, đá mài CBN có độ dẫn nhiệt cao hơn nên có độ bền nhiệt cao hơn và có khả năng giữ được biên dạng và tuổi thọ sửa đá cao hơn so với hai loại đá mài trên [25]. Trong thực tế sản xuất, đá oxide nhôm được dùng để mài cả thép SKD11
và cũng đạt được chất lượng như yêu cầu, tuy nhiên nhược điểm của loại đá này khi mài là đá mòn nhanh và rất bụi, đặc biệt mài trên máy mài có vận tốc mài lớn thì càng bụi. Máy mài và khu vực mài phải che chắn cẩn thận để hạn chế bụi ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Đó cũng là một lý do mà nghiên
cứu này lựa chọn đá mài CBN để tiến hành thí nghiệm để khắc phục được hiện tượng khi mài đá bị mòn nhanh và rất bụi. Ngoài ra, đá mài CBN được hãng
sản xuất đá mài khuyến cáo dùng thích hợp khi mài các chi tiết là vật liệu có độ cứng cao [62]. Thép SKD11 qua tôi có độ cứng cao được sử dụng để gia công trong nghiên cứu này phù hợp khi dùng đá CBN để mài.
Đá mài CBN được chọn (Hình 3.2) là loại đá nhập của hãng Norton (Winter - Đức) với ba cỡ đường kính là 100; 125 và 150 mm. Ký hiệu đá: B91 KSSRY A V240 (D-1K1A1-100-6-7; D-1K1A1-125-6-7 và D-1K1A1-150-6-
7), đây là loại đá CBN kích thước hạt trung bình, đá liên kết nhựa tổng hợp, bề mặt đá dạng trụ tròn [63].
Hình 3.2. Đá mài CBN dùng cho thí nghiệm
c) Máy sửa đá
Hình 3.3. Máy sửa đá dùng cho thí nghiệm
Trong thực tế, một số nghiên cứu dùng đá CBN để mài và sửa đá bằng bút sửa kim cương, tuy nhiên đó là những nghiên cứu về mặt lý thuyết, về mặt thực tế sửa đá CBN bằng mũi kim cương không khả thi, chính vì lý do đó nên đá
mài CBN ít được dùng trong một số cơ sở sản xuất vì còn hạn chế ở phần sửa đá. Do đó, hiện nay có máy sửa đá chuyên dùng để sửa đá CBN [64] và đá kim cương. Luận án này sửa dụng loại máy sửa đá đó.
Máy sửa đá CBN loại V-TDM-2 của hãng VERTEX - Đài Loan (Hình 3.3) được sử dụng để sửa biên dạng đá mài CBN. Trục của máy sửa đá được đỡ bởi ổ bi đũa, cho tốc độ quay cao và chính xác. Máy có mô tơ dùng nguồn điện 110 V hoặc 220 V, tốc độ quay của mô tơ 108 vòng/phút. Công suất máy mài sửa đá mài 0.07 HP, các bề mặt của máy sửa đá mài được phủ sơn chống ăn mòn, cho tuổi bền cao. Vật liệu làm bánh sửa đá là ô xít nhôm, kích thước bánh sửa đá Φ75x26.
d) Phôi gia công
Phôi SKD11, bề mặt trụ ngoài định hình cần mài có kích thước 15 x 15 mm, chiều dài mài 5 mm, phôi qua tôi đạt độ cứng HRC (58÷60 HRC) (Hình 3.4).
Hình 3.4. Mẫu thí nghiệm
e) Dung dịch trơn nguội
Một số loại dung dịch trơn nguội như Avantin300, Caltex Aquatex3180, Avantin361, Jpway, … được sử dụng làm mát trong gia công cơ khí. Trong nghiên cứu [15], các loại dung dịch bôi trơn như: Avantin361, Caltex Aquatex
10
4 68 ỉ13
15±0.05 2.5
A A
A - A
5
20
B B
B - B
14.2
R2 R2
ỉ25
3180, Jpway và Avantin300 được khảo sát hiệu quả sử dụng đến nhám bề mặt và lực cắt khi mài. Kết quả cho thấy, Caltex Aquatex3180 của hãng Caltex là dung dịch trơn nguội có những ưu điểm hơn các loại dung dịch được khảo sát.
Caltex Aquatex3180 có giá thành hợp lý hơn, do đặc trưng thành phần của dung dịch trơn nguội này là loại dầu gốc đặc biệt kết hợp với các chất nhũ hóa cao cấp, bền vững nên có tính năng tẩy rửa, ít bọt, khử mùi tốt đồng thời mang lại khả năng gia công tốt, độ chính xác gia công cao, nhám bề mặt tốt. Loại dầu này có các tác nhân liên kết đã được nhiệt hóa phù hợp nhất với khí hậu tại Việt Nam. Theo thống kê của các nhà cung cấp dầu bôi trơn làm nguội thì Caltex Aquatex3180 là một trong ba loại dầu cắt gọt tốt nhất và là một trong năm loại dầu cắt gọt được sử dụng rộng rãi và bán chạy nhất hiện nay.
Vì vậy, Caltex Aquatex3180 là dung dịch trơn nguội được sử dụng trong toàn bộ các thí nghiệm của luận án.
f) Máy đo độ nhám SURFTEST SJ-210/SJ- 310 (Hình 3.5)
Hình 3.5. Máy đo nhám dùng cho thí nghiệm
Máy đo nhám của hãng Mitutoyo – Nhật Bản là thiết bị được dùng để đo nhám bề mặt của mẫu thí nghiệm. Ký hiệu máy: SJ-210 / SJ-310, lực đầu đo:
0.75 mN / 4 mN, bỏn kớnh đầu dũ/gúc đầu dũ: 2 àmR/60°, tiờu chuẩn đo: JIS
1982, JIS 1994, JIS 2001, ISO 1997/ANSI/VDA, phạm vi: 360 àm (-200 àm đến +160 àm), đơn vị đo: àm. Khi tiến hành đo nhỏm cho mẫu thớ nghiệm đó gia công, mẫu được định vị và kẹp chặt trên khối V ở vị trí giống nhau cho tất cả các mẫu, chiều dài cần đo là 5 mm dọc theo bề mặt phẳng của mẫu thí nghiệm.
g) Cân điện tử (electronic balance) WT3003NE (Hình 3.6) với độ chính xác 0,001 gram, cân có thể cân được khối lượng lớn nhất là 200 gram. Cân này được dùng để cân khối lượng mẫu thí nghiệm trước và sau gia công.
Hình 3.6. Cân điện tử dùng cho thí nghiệm
h) Kính hiển vi quang học có độ phân giải cao VHX-7000 (KEYENCE - Nhật Bản) (Hình 3.7).
Kính hiển vi kỹ thuật số với độ chính xác cao 4K có khả năng chụp ảnh có độ phân giải cao và dữ liệu đo để kiểm tra và phân tích lỗi tốt. Sê-ri VHX cung cấp độ sâu trường lớn hơn đến 20 lần so với kính hiển vi quang học truyền thống. KEYENCE thiết kế ống kính, camera và công cụ đồ họa riêng cho phép quan sát với sự cân bằng tối ưu về độ sâu và độ sáng. Dễ dàng thực hiện đo 2D và 3D.
Đầu đo được tích hợp hoàn toàn 4K, kính hiển vi có thể phân tích độ nhám, nhiễm bẩn, kích thước hạt và các phép đo khác…
Nhờ cảm biến hình ảnh CMOS 4K cùng hệ thống quang học mới được phát triển, VHX-7000 kết hợp độ sâu trường ảnh lớn với độ phân giải cao.
Hình 3.7. Kính hiển vi quang học dùng cho thí nghiệm
i) Panme đo kích thước (Mitutoyo – Nhật Bản) (Hình 3.8).
Panme đo kích thước có phạm vi đo 0 – 25 mm, độ chia 0.01 mm, độ chính xác ± 2 μm được sử dụng để đo đường kính ngoài, bề dày chi tiết, … có độ chính xác cao, kết quả được đọc trên vạch chia.
Hình 3.8. Panme đo kích thước
k) Dưỡng đo bán kính (Mitutoyo – Nhật Bản) (Hình 3.9).
Dưỡng đo bán kính 30 lá, độ chia 0.5/1 mm, được sử dụng để đo bán kính lồi hoặc lõm theo góc cạnh của chi tiết.
Hình 3. 9. Dưỡng đo bán kính