6. Nội dung của đề tài
1.2.2.4. Các phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội khi mài
- Phƣơng pháp gia công khô:
Gia công khô đƣợc tiến hành bằng cách phun một dòng khí với áp suất cao trực tiếp vào vùng cắt để giảm nhiệt cắt ở đá mài, chi tiết gia công và
36
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
phoi. Gia công khô hạn chế đƣợc ô nhiễm môi trƣờng và giảm chi phí đối với sự tiêu hao dung dịch trơn nguội. Tuy nhiên công nghệ gia công khô có những hạn chế nhƣ sau:
- Gia công khô không thực hiện đƣợc việc bôi trơn và không làm giảm đƣợc ma sát trong quá trình cắt.
- Khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt thấp hơn, do đó nhiệt độ ở vùng cắt cao.
- Tuổi bền của đá mài thấp hơn so với các trƣờng hợp cùng điều kiện gia công khi sử dụng những biện pháp tƣới nguội khác.
- Dễ lùa những phoi có kích thƣớc nhỏ (bụi kim loại) vào các khe hẹp của bộ phận thiết bị. Các bụi kim loại này là tác nhân làm tăng tốc độ mài mòn của các bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết chuyển động tƣơng đối với nhau.
- Phƣơng pháp tƣới tràn:
Bôi trơn – làm nguội theo kiểu tƣới tràn là phƣơng pháp bơm dung dịch từ bể chứa vào vùng cắt, sau đó dung dịch lại đƣợc thu hồi lọc sạch về bể chứa. Phƣơng pháp này tác động đến quá trình gia công bằng chức năng làm nguội - bôi trơn - dội rửa.
Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội theo kiểu tƣới tràn có ƣu điểm: - Bảo vệ đá mài, giảm tác dụng xấu của nhiệt cắt.
- Đảm bảo nhiệt độ của môi trƣờng làm việc thấp và ổn định. - Tạo điều kiện vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng.
Khi sử dụng phƣơng pháp tƣới tràn, thông thƣờng ngƣời ta bố trí trên máy mài một vòi phun với một máy bơm áp suất thấp vào khoảng vài atmôtphe (hình 1.8).
37
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.8:Sơ đồ tưới nguội thông dụng trên máy mài
Để tăng hiệu quả cấp dung dịch trơn nguội vào vùng cắt (làm tăng hiệu quả bôi trơn, làm mát vùng mài, làm sạch bề mặt đá mài, bề mặt chi tiết,…) ngƣời ta có thể bố trí thêm một vòi phun phía sau có một hoặc nhiều lỗ. Nếu vòi phun sau có nhiều lỗ thì nó đƣợc lắp cố định, còn nếu có một lỗ thì phải có kết cấu lắc qua lại với những góc nhất định để phun đƣợc hết vào bề rộng của mặt đá (hình 1.9).
Hình 1.9: Sơ đồ tưới nguội phối hợp ở bên ngoài bằng dung dịch có áp lực cao
Bề rộng của vòi phun phụ thuộc vào chiều rộng của đá. Áp suất của vòi phía sau từ 15÷25 KG/cm2 là tốt nhất, với áp suất này sẽ làm sạch đƣợc các chất bẩn và phoi bám vào bề mặt làm việc của đá, tăng đƣợc khả năng cắt gọt. Kết cấu của vòi phun có ảnh hƣởng nhiều đến việc làm nguội và làm sạch đá.
38
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.10 là kết cấu một loại vòi phun thông dụng có hai lỗ tƣới,
khoảng cách l giữa hai lỗ chọn l =3d1 (d1 là đƣờng kính của lỗ). Một số thí
nghiệm đã chọn d1 = 0,8÷1mm, khi d2 = 7 mm, l = 2 mm. Trong điều kiện
dung dịch không đƣợc tinh khiết lắm (có lẫn tạp chất cơ khí) thì có thể chọn
d1 = 1,5÷2 mm. Kết cấu của miệng vòi cũng phải chọn sao cho có lợi nhất về
áp suất và lƣu lƣợng chất lỏng khi qua miệng vòi. Bề dày của miệng vòi chọn theo tỷ số
1 1 d l < 4
Hình 1.10: Kết cấu vòi phun có hai lỗ tưới nguội
Phƣơng pháp tƣới tràn cải thiện đƣợc chất lƣợng bề mặt gia công và nâng cao năng suất mài. Tuy nhiên phƣơng pháp này tốn chi phí cho việc sản xuất, tái chế và thải các chất bôi trơn – làm nguội, gây ô nhiễm môi trƣờng, ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời lao động, lƣợng dung dịch tiêu hao lớn, chi phí dọn thải lớn, tăng chi phí gia công.
- Phƣơng pháp dùng dòng không khí lạnh
Ô nhiễm môi trƣờng là nhƣợc điểm lớn nhất của các loại dung dịch trơn nguội. Gần đây đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ sử dụng dòng khí lạnh có áp suất cao phun vào vùng cắt để làm nguội. Phƣơng pháp này chỉ có tác dụng làm nguội mà không có tác dụng bôi trơn.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khi mài thép không gỉ AISI304 bằng
đá Al2O3 với phƣơng pháp tƣới tràn và phƣơng pháp dùng dòng khí lạnh cho
thấy trong điều kiện mài nhƣ nhau thì phƣơng pháp dùng dòng khí lạnh có:
39
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
40%, tăng tuổi bền của đá mài, ứng suất dƣ bề mặt là ứng suất nén, tăng khả năng chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt; giảm hiện tƣợng nứt bề mặt do ứng suất dƣ [4]. Nhƣ vậy trong những trƣờng hợp cụ thể, phƣơng pháp dùng dòng khí lạnh có những ƣu điểm vƣợt trội so với phƣơng pháp tƣới tràn.
- Phƣơng pháp đƣa dung dịch từ trong ra ngoài theo mọi hƣớng qua các lỗ hổng của đá
Tƣới nguội bằng cách đƣa dung dịch qua các lỗ hổng của đá từ trong ra ngoài qua mọi hƣớng do đó nâng cao hiệu quả việc đƣa dung dịch vào vùng cắt. So với phƣơng pháp tƣới tràn: độ mòn của đá giảm, độ bền của đá tăng lên 2,5 lần; năng suất mài tăng; độ nhám bề mặt gia công đạt cấp 8 - 9, tăng hơn phƣơng pháp tƣới tràn từ một đến hai cấp; chất lƣợng bề mặt đƣợc cải thiện tốt, có thể giảm đƣợc tỷ lệ cháy và nứt [5].
Ƣu điểm
-Tốc độ của dòng dung dịch qua lỗ đƣợc tăng lên do có lực ly tâm của
đá mài trong quá trình làm việc. Mặt khác khi dung dịch qua lỗ rỗng tiết diện nhỏ, áp suất của nó cũng đƣợc tăng lên.
-Lƣu lƣợng dung dịch trơn nguội đi vào vùng mài tăng lên và tƣới
nguội đƣợc kịp thời do đó nhiệt độ mài giảm, chất lƣợng bề mặt tăng, khắc phục đƣợc hiện tƣợng cháy và nứt khi mài.
-Giảm đƣợc tiêu hao đá mài từ 27 - 45%.
Nhƣợc điểm.
-Không dùng đƣợc các loại đá có chất dính kết là vuncanic (cao su) và
bakêlit (nhựa tổng hợp), vì các loại đá này không có lỗ rỗng, do đó chất lỏng không thể đi qua đƣợc.
- Các chất bôi trơn phải tinh khiết, các tạp chất cơ khí không quá 0,05%
theo trọng lƣợng, nếu nhiều chi tiết bẩn sẽ làm tắc những lỗ rỗng của đá. Khi dùng đá hạt mịn thì tạp chất cơ khí yêu cầu thấp hơn 0,03%.
40
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
cầu làm nguội khi mài những loại vật liệu khó gia công, khi đó nhiệt độ của vùng mài cao làm giảm chất lƣợng bề mặt gia công.
-Đá mất cân bằng trong quá trình làm việc vì các hốc của đá phân bố
không đều theo thể tích làm cho việc dẫn dung dịch tƣới cũng không đều theo các hƣớng.
- Phƣơng pháp đƣa dung dịch từ trong ra ngoài bằng cách tạo các lỗ rỗng trên đá
Khi thực hiện bôi trơn – làm nguội theo phƣơng pháp này, tùy theo chiều dày của đá mà bố trí kích thƣớc và số lƣợng lỗ cho phù hợp. Những lỗ dẫn dung dịch tƣới nguội này có thể bố trí thẳng hoặc nghiêng một góc so với phƣơng hƣớng kính (hình 1.11).
Phƣơng pháp này có những ƣu điểm sau [5]:
- Tốc độ của dòng dung dịch qua lỗ đƣợc tăng lên do có lực ly tâm của đá mài trong quá trình làm việc. Mặt khác khi dung dịch qua lỗ rỗng tiết diện nhỏ, áp suất của nó cũng đƣợc tăng lên và có thể đạt đến vài chục atmôtphe.
- Lƣu lƣợng dung dịch trơn nguội đi vào vùng mài tăng lên và tƣới nguội đƣợc kịp thời do đó nhiệt độ mài giảm, chất lƣợng bề mặt tăng, khắc phục đƣợc hiện tƣợng cháy và nứt khi mài.
- Giảm đƣợc tiêu hao đá mài từ 27÷45%.
Tuy nhiên phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là việc chế tạo đá mài phức tạp (nhất là đối với những loại đá mài nhỏ và có hình dáng phức tạp).
41
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.11: Đá mài có lỗ để dẫn dung dịch trơn nguội đi qua
- Phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu (MQL)
Bôi trơn-làm nguội tối thiểu là sử dụng dòng khí áp lực cao trộn với thể tích dung dịch bôi trơn tối thiểu phun vào vùng cắt dƣới dạng sƣơng mù, hoặc dạng tia cao áp để BT-LN và chuyển phoi ra khỏi vùng gia công. Dƣới tác dụng của dòng khí áp lực cao dung dịch đƣợc tạo thành các hạt nhỏ và đƣợc đẩy vào tận vùng cắt làm tăng khả năng BT-LN trong quá trình cắt.
42
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.12:Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống bôi trơn tối thiểu
Khi sử dụng phƣơng pháp MQL lƣợng tiêu hao dung dịch rất ít, do đó khi áp dụng phƣơng pháp này có thể chuyển hƣớng dùng các loại loại dung dịch từ thiên nhiên không cần pha, trộn thêm chất phụ gia. Các loại dầu thực vật sẽ không gây ô nhiễm môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời.
- Ƣu điểm:
+ Dung dịch trơn nguội đƣợc đƣa trực tiếp vào vùng cắt nên hiệu quả của quá trình BT-LN cao
+ Lƣợng dung dịch trơn nguội cần thiết từ 30 ÷ 200 ml/h, do đó giảm chi phí sản xuất;
+ Do hiệu quả của quá trình BT-LN cao nên giảm đƣợc lực cắt, nhiệt cắt dẫn đến nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình gia công;
+ Hạn chế ô nhiễm môi trƣờng, không gian làm việc sạch. - Nhƣợc điểm:
+ Nhiệt độ chi tiết cao hơn so với một số phƣơng pháp BT-LN khác, việc đƣa phoi ra khỏi vùng cắt và ra khỏi máy khó khăn.
43
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn