1.3.2.1. Công nghệ gia công khô
- Khái niệm: Khi gia công cắt gọt không sử dụng dung dịch BT-LN được gọi công nghệ gia công khô.
- Ưu điểm: Các bộ phận sạch sẽ hơn, không sinh ra chất thải, không làm ô nhiễm môi trường, không hao tốn dung dịch trơn nguội, máy không cần trang bị hệ
thống bôi trơn. Vấn đề sức khỏe công nhân liên quan tới chất lỏng BT-LN được loại trừ. Việc tái chế cũng đơn giản hơn vì phoi sinh ra trong quá trình gia công không bám dầu và nó có thể kết hợp với các kim loại vụn khác. Những ưu đãi đó tạo nên giá trị cho công nghệ gia công khô.
- Nhược điểm: Yêu cầu cao về máy móc và thiết bị, phải có những dụng cụ đặc biệt chịu được nhiệt độ cao sinh ra trong quá trình cắt. Dụng cụ cắt dùng trong gia công khô phải được phủ một lớp kim loại đặc biệt nhằm tăng độ cứng và độ bền
ở nhiệt độ cao. Các dụng cụ này giá thành đắt hơn so với giá thành của dụng cụ
truyền thống, mặc dù vậy tuổi bền khi gia công khô của các loại dụng cụ này vẫn thấp hơn khi gia công ướt, do đó phải thay thế nhiều lần hơn.
1.3.2.2. Công nghệ bôi trơn-làm nguội tưới tràn
- Khái niệm: Công nghệ BT-LN tưới tràn là đưa một lượng lớn dung dịch trơn nguội thông qua các ống và van dẫn dung dịch vào vùng cắt để làm nguội phoi, chi tiết gia công và dụng cụ. Dung dịch trơn nguội được thu lại trong thùng chứa và
được đưa trở lại vùng cắt. - Ưu điểm:
+ Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt tốt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt độ làm việc của chi tiết, dao, phoi, thấp và ổn định;
+ Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước và giữa phôi và mặt sau của dụng cụ cắt. - Nhược điểm:
+ Gây ô nhiễm môi trường làm việc, đất đai, nguồn nước, tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn, đặc biệt tăng chi phí cho làm sạch trước khi thải vào môi trường, tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội;
+ Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt.
1.3.2.3. Công nghệ bôi trơn-làm nguội tối thiểu
Công nghệ MQL là sử dụng dòng khí áp lực cao đưa trực tiếp vào vùng cắt một lượng dung dịch tối thiểu dưới dạng sương mù, hoặc dạng tia cao áp để BT-LN và đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Phương pháp BT-LN này tác động theo cơ chế
BT-LN biên dạng (phần này được nêu rõ ở chương 2).
1.3.2.4. Các phương pháp bôi trơn-làm nguội khác
- Công nghệ sử dụng dung dịch khô:
Bôi trơn bằng dung dịch khô là phương pháp phát huy tính năng bôi trơn trong
điều kiện gia công có nhiệt cao, nâng cao hiệu suất của quá trình tản nhiệt trong vùng cắt bằng cách sử dụng các loại vật liệu như Graphite và Molybdenum disulfide (MoS2) [51, 52]. Phương pháp này thể hiện rõ ưu điểm khi sử dụng trong các quá trình cắt vận tốc cao. Điều này có nghĩa đây là phương pháp trơn nguội có ảnh
hưởng lớn đến năng suất cắt gọt. Các loại vật liệu này được sử dụng dưới dạng hạt với kích thước nhỏđến micro/nano. Khi tiếp xúc với vùng gia công, chúng phân bố
dưới dạng lớp mỏng và thâm nhập vào khe hở giữa bề mặt chi tiết gia công và bề
mặt dụng cụ cắt. Các hạt bôi trơn này đóng vai trò là yếu tố làm giảm sự tiếp xúc giữa các bề mặt này, qua đó làm giảm ma sát giữa chúng nhằm giảm nhiệt sinh ra khi gia công. Kích thước hạt lớn sẽ phát huy tác dụng với trường hợp bề mặt gia công có chiều cao nhấp nhô cao và vận tốc cắt thấp, kích thước hạt nhỏ được sử
dụng trong các trường hợp ngược lại. - Công nghệ dùng Nitơ lỏng:
Nitơ là một chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếm khoảng 4/5 thể
tích không khí. Tan rất ít trong nước (ở nhiệt độ thường, một lít nước chỉ hoà tan
được 23 ml nitơ). Nitơ hoá lỏng ở -195,8oC và hoá rắn ở - 210oC. Trong những năm gần đây để giải quyết vấn đề của dung dịch BT-LN, Nitơ lỏng được sử dụng để làm mát và bôi trơn, dòng nitơ được đưa chính xác vào những điểm cần BT-LN. Việc dùng lưu lượng nhỏ và chi phí thấp của Nitơ lỏng đã làm cho kỹ thuật này trở thành một sự lựa chọn hấp dẫn, có thể sử dụng cho các trang thiết bị đã được thiết kế cho việc sử dụng dung dịch BT-LN. Sự bay hơi của Nitơ vào không khí không gây hại nếu nó không chiếm hết chỗ của ôxy, không có dung dịch nào phải khử bỏ. Phương pháp này sẽ là sự lựa chọn thích hợp cho các doanh nghiệp muốn loại bỏ việc sử
dụng dung dịch trơn nguội truyền thống nhưng không có đủ khả năng để mua trang thiết bị cho việc sử dụng công nghệ gia công khô (Dry machining). Tuổi bền dụng cụ cắt và chất lượng quá trình cắt cũng được cải thiện khi áp dụng công nghệ này vì lúc đó dụng cụ cắt và bề mặt gia công có nhiệt độ thấp. Phoi được tái chế như kim loại vụn thông thường. Nhưng công nghệ này còn có hạn chế: Nitơ lỏng nguy hiểm với công nhân vì nhiệt độ thấp của nó, lượng rò rỉ lớn, nó sẽ chiếm hết chỗ của ôxy có trong phòng. Khi các trang thiết bị phù hợp và công nghệ điều khiển được sử
- Công nghệ dùng dòng khí lạnh áp lực cao:
Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành phun dòng khí lạnh với áp lực cao vào vùng cắt để làm nguội quá trình cắt. Nhìn chung, phương pháp này có hiệu quảđối với tuổi thọ của dao [16, 21]. Dung dịch trơn nguội có thể làm lạnh bằng các phương pháp khác nhau phụ thuộc vào thiết kế, chất làm lạnh có thể đạt đến nhiệt
độ - 700C. Nó có thể được sử dụng trong nhiều trường hợp mà chất bôi trơn dạng dung dịch không sử dụng được. Giải quyết được vấn đề về môi trường và an toàn. Tuy nhiên, phương pháp này có một số hạn chế cần lưu tâm, như: trang thiết bị
phức tạp và giá thành cao. Do vậy, trong một số trường hợp, lợi ích thu được không bù đắp nổi chi phí làm lạnh.
Hiện nay xu hướng sử dụng khí nén bơm với áp lực cao được sử dụng nhiều hơn. Mặc dù khả năng làm lạnh và bôi trơn không được như dung dịch trơn nguội nhưng chức năng làm nguội của phương pháp này dẫu sao cũng đã được khẳng định tốt hơn phương pháp gia công khô. Loại khí nén như CO2 được dùng thành công trong việc nâng cao tuổi thọ của dao, sử dụng loại khí này đưa qua đầu phun có lỗ≤
1 mm, hướng vào vùng cắt đặt càng gần càng tốt để giảm thiểu phân tán nhiệt và bảo vệ người vận hành khi sử dụng khí nén. Tuy nhiên khi sử dụng dòng khí lạnh áp lực cao chỉ có tác dụng làm nguội, không đảm bảo được việc bôi trơn.