Luận văn Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu

c đỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng cụ. - Phần 2: Mòn bình thường. Giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiều cao nhấp nhô có giá trị rất nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mòn gần như tăng tỉ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn có thời gian làm việc lớn nhất của dụng cụ. - Phần 3: mòn kịch liệt. Ở giai đoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị gãy đầu dao. Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao tiếp tục làm việc, có nghĩa là cần phải mài lại dao hoặc thay dao mới. 2.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 2.5.1 Khái niệm chung Phay là phương pháp gia công kim loại được dùng phổ biến từ thế kỷ XIX. Từ đó đến nay nó đã trải qua một thời kỳ dài phát triển. Phương pháp phay được nhiều học giả quan tâm nghiên cứu. Phay cho độ chính xác kích thước và độ nhám không cao lắm (độ chính xác kích thước không cao hơn cấp 2  4 và độ nhám cấp (6  7) [7], [8]. Có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình, rãnh then, then hoa, bánh răng... bằng dao phay. Trải qua một thời gian dài phát triển, dao phay ngày càng được cải tiến, đã xuất hiện nhiều kiểu khác nhau như: dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay đĩa cắt đứt, dao phay ngón, dao phay góc, dao phay định hình... Nói chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngoài những đặc điểm của phương pháp tiện, còn có những đặc điểm sau đây: - Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do có đồng thời nhiều lưỡi cắt. - Lưỡi cắt của dao phay không làm việc liên tục, mặt khác khối lượng thân dao thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt. - Diện tích cắt khi phay thay đổi do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 27 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây va đập và rung động. 2.5.2 Phân loại dao phay Hình 2.13. Các loại dao phay a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngón; d,e- dao phay mặt đầu; g- dao phay định hình; h- dao phay cắt đứt Theo khả năng công nghệ: - Dao phay mặt phẳng. - Dao phay rãnh. - Dao phay định hình. - Dao phay bánh răng và ren. - Dao phay các chi tiết tròn xoay. - Dao phay cắt đứt. Theo đặc điểm cấu tạo: - Theo phương của răng: dao phay răng thẳng, dao phay răng nghiêng, dao phay răng xoắn... Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 28 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Theo kết cấu của răng: dao phay răng nhọn, dao phay răng tù (phay hớt lưng). - Theo kết cấu: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp, đầu dao lắp ghép. - Theo phương pháp kẹp chặt: dao phay có lỗ, dao phay chuôi trụ hay côn. 2.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay Hợp kim cứng thường được sử dụng cho chế tạo dao phay mặt đầu, dao phay có kích thước lớn. Ít khi được sử dụng để chế tạo dao phay ngón cắt rãnh. Hợp kim cứng có độ cứng cao, có thể đạt HRA = 86  92, chịu nhiệt độ khoảng 10000C, do đó có thể tăng vận tốc cắt lên gấp 2  3 lần thép gió. Hợp kim cứng được chế tạo từ các bột cácbít vônfram (WC), cácbít titan (TiC), cácbít tantan (TaC), trộn với chất dính kết là bột côban, ép mảnh định hình rồi thiêu kết ở nhiệt độ ở khoảng 20000C để côban chảy ra và liên kết các hạt cácbít lại với nhau. Các hợp kim cứng thường dùng là BK, TK, TTK hoặc P01, P10, P20, P30, P40, P50, M10, M20, M30, M40, K01, K10, K20, K30. Theo tiêu chuẩn Nga (OCT) có thể phân thành bằng tay loại hợp kim cứng: Nhóm 1 cácbít BK: là hợp kim cứng một cácbít WC như BK3, BK8, BK10... Ví dụ BK8 có 8%Co và 92% Cácbít. Nhóm 2 cácbít TK: là hợp kim cứng hai cácbít TiC và WC như T15K6, T30K4... Ví dụ T15K6 có 6%Co, 15% TiC và 79% WC. Nhóm 3 cácbít TTK: là hợp kim cứng ba cácbít TiC, WC, TaC như: TT7K12 có 12% Co, 7%TiC và 81% WC. 2.5.4 Các thông số hình học của dao phay Ở dao phay mặt đầu (hình 2.14) các lưỡi cắt được chế tạo giống như các dao tiện có lưỡi cắt chuyển tiếp. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 29 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.14. Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu Định nghĩa các góc của dao phay mặt đầu cũng tương tự như định nghĩa các góc của dao tiện thường. Ví dụ, góc  (góc nghiêng chính) là gócgiữa hình chiếu của lưỡi cắt chính lên mặt phẳng đáy (mặt phẳng đi qua tâm dao) và phương chạy dao. Góc 2 0    là góc nghiêng của góc cắt chuyển tiếp. Đo góc  được thực hiện trong mặt phẳng N-N vuông góc với lưỡi cắt chính, còn góc sau  được đo trong mặt phẳng của hình chiếu của quỹ đạo chuyển động của một điểm của lưỡi cắt, có nghĩa là trong mặt phẳng A-A vuông góc với trục của dao và trùng với phương chạy dao. Giữa góc sau N và  có quan hệ phụ thuộc sau: tgN = tg.sin Ngoài các góc trên đây, dao phay mặt đầu còn có thêm góc hướng kính (hay góc ngang) N trong mặt phẳng cắt ngang A-A và góc trục (hay góc dọc) 2 trong mặt phẳng cắt dọc B-B. Các góc của dao phay được chọn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia công, điều kiện cắt và kết cấu của nó. Ví dụ, khi gia công thép bằng dao phay mặt đầu hợp kim cứng thì chọn góc  = -10  +100, còn khi gia công gang  = +5  0. Góc nghiêng chính  của dao phay mặt đầu thường bằng 45  600 và được chọn phụ Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 30 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ. Khi độ cứng của hệ thống công nghệ đảm bảo,  được chọn trong khoảng 20  300. Góc nghiêng phụ 1 được chọn phụ thuộc vào độ bóng bề mặt yêu cầu. 2.5.5 Các yếu tố của lớp cắt Hình 2.15. Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay Quá trình phay có những đặc điểm sau: Mỗi răng của dao phay trong quá trình cắt sẽ hớt ra phoi có dạng một dấu phẩy (hình 2.15), còn chiều dày cắt thay đổi từ 0 đến amax. Mỗi một răng của dao phay làm việc với chế độ gián đoạn theo chu trình kỳ. Chế độ làm việc như vậy có ưu điểm là khi răng của dao phay đi ra khỏi chi tiết nó được làm nguội còn nhược điểm là khi răng ăn vào chi tiết gia công sẽ gây ra va đập. Để phân tích chiều dày cắt và diện tích của lớp cắt cần xác định góc tiếp xúc , có nghĩa là góc tâm tương ứng với cung tiếp xúc của dao phay với phôi (hình 2.16). Ta có: D B D B  2 2 2 sin  Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 31 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.16. Sơ đồ tính góc tiếp xúc Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí hình chiếu của hai răng kề nhau được đo theo phương hướng kính (hình 2.17) Công thức tổng quát của chiều dày cắt được tính như sau: a = SZ.sin Ở đây:  là góc tiếp xúc tức thời giữa đường vuông góc (với mặt gia công) và bán kính tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia công. Chiều dày cắt trung bình a0 bằng: D t SSa ZZ  )cos1( 2 1 0  Khi biết chiều rộng cắt B và chiều dày cắt amax có thể xác định được diện tích của tiết diện ngang của lớp cắt bằng dao phay: aBf . 2 2 max 2 D t D t BSf Z  Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 32 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.17. Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của các răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt 2.5.6 Lực cắt khi phay Tổng hợp lực R1 có thể phân tích thành hai thành phần: lực vòng P (PZ) tác dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính Py (hình 2.18a). Hình 2.18. Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ a) Răng thẳng; b) Răng xoắn (răng nghiêng) Ngoài ra, tổng hợp lực R1 có thể phân tích thành: lực nằm ngang PH và lực thẳng đứng PV. Nếu dao có răng xoắn (răng nghiêng) ngoài lực R1 tác dụng lên răng dao trong mặt phẳng vuông góc với trục của dao còn xuất hiện lực dọc trục P0, khi đó tổng hợp lực sẽ là R (hình 2.18b). Lực P là lực cần quan tâm nhất bởi nó thực hiện công việc chính để cắt phoi. Dựa theo lực này mà người ta tính công suất cắt và tính các chi tiết của cơ cấu Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 33 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chuyển động chính của máy. Lực hướng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của trục chính máy và uốn võng trục dao. Dựa theo lực ngang PH (lực chạy dao) người ta tính toán cơ cấu chạy dao và đồ gá kẹp phôi. Lực này có thể gây rung động khi giữa cặp vít me - đai ốc có khe hở. Lực hướng kính PV có xu hướng nâng phôi lên khỏi bàn máy và nâng bàn máy lên khỏi thân máy. Công thức tính lực vòng khi phay bằng dao phay bằng dao phay trụ răng thẳng: ppP qy Z x P DzBStCP ..... Cấu trúc và dạng công thức trên cũng đúng cho cả dao phay mặt đầu [7]. 2.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay Tùy thuộc vào điều kiện cắt, răng dao phay có thể bị mài mòn tùy theo mặt trước (hình 2.19a) hoặc đồng thời bị mài mòn theo cả hai mặt trước và sau (hình 2.19b). Chiều dày cắt càng nhỏ, độ mòn của mặt sau càng lớn. Hình 2.19. Các dạng mài mòn của răng dao phay Dạng mài mòn như vậy đặc trưng cho các loại dao phay hình trụ, dao phay ngón, dao phay then hoa, dao phay rãnh và dao phay định hình. Các loại dao phay mặt đầu và dao phay đĩa khi gia công thép với chiều dày cắt amax > 0,08 mm thông thường cả hai mặt trước và sau đều bị mài mòn [7]. Khi gia công thô chỉ tiêu mòn tối ưu của dao phay là thời gian phục vụ tối đa (tuổi bền của dao). Khi gia công tinh và bán tinh cần đánh gía mòn chỉ tiêu công nghệ, có nghĩa là độ mòn giới hạn để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công. Tuổi bền của dao phay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có đường kính của dao. Đường kính dao càng lớn, tuổi bền của dao càng cao. Tuy nhiên, để tăng Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 34 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chế độ cắt nên giảm tuổi bền của dao xuống khi phay thép hợp kim và thép khó gia công. 2.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 2.6.1 Các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt Dung dịch trơn nguội có tác dụng [3]: - Dung dịch có khả năng xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập vào các vết nứt tế vi, khi đó nó đóng vai trò như cái chêm làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn. - Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hóa hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nó càng lớn, nhờ đó tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do nhiệt của dao giảm đi. - Khi gia công vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá hủy mạng tinh thể ở lớp cứng nguội. - Chất bôi trơn làm nguội luôn phải có xu hướng làm giảm lực cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm nhiệt tại vùng cắt, giảm độ mấp mô bề mặt. Dung dịch trơn nguội có thể pha chế theo nhiều công thức khác nhau để thích hợp với từng điều kiện gia công khác nhau. Các dung dịch dùng trong cắt gọt thường dùng có thể chia làm hai nhóm chính: dung dịch chủ yếu làm nguội và dung dịch chủ yếu bôi trơn. Khi gia công thô, dao bị nóng nhiều và không đòi hỏi độ nhẵn cao, ta chỉ cần dùng dung dịch thuộc nhóm thứ nhất. Thành phần chủ yếu là keo của xà phòng và axit hữu cơ trong dầu mỏ pha với nước và pha cồn 900 để lâu hỏng. Khi gia công tinh đòi hỏi độ nhẵn bề mặt cao nên dùng dung dịch thuộc nhóm thứ hai. Thành phần cơ bản là dầu mỏ, dầu thực vật, dầu động vật, nước và xút có pha thêm cồn 900 [8]. Trong gia công cắt gọt có các dạng bôi trơn làm nguội sau đây [3]: - Gia công khô: là phương pháp không dùng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công. Ưu điểm của phương pháp gia công khô là không gây ô nhiễm môi trường. Không hao tốn dung dịch trơn nguội. Máy không cần trang bị hệ thống bôi Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 35 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trơn. Nhược điểm của phương pháp là nhiệt độ vùng cắt lớn. Lực cắt lớn hơn so với phương pháp tưới tràn. Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công. Phương pháp này chỉ sử dụng cho một số phương pháp gia công và vật liệu gia công nhất định. - Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn: là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay, dung dịch trơn nguội được dẫn tự do vào vùng cắt thông qua hiện tượng mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thông nhau... Ưu điểm của phương pháp tưới tràn là tải được nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế được ảnh hưởng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo được nhiệt độ trong môi trường thấp và ổn định. Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, giữa phôi và mặt sau dụng cụ cắt. Nhược điểm của phương pháp là gây ô nhiễm môi trường làm việc, đất đai và nguồn nước. Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn đặc biệt là chi phí làm sạch trước khi đưa vào môi trường. Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội. Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt. - Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL): là phương pháp sử dụng dòng khí nén có áp suất cao để phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt dưới dạng sương mù để bôi trơn, làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. 2.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay đứng và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay hình trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Dao phay mặt đầu chia làm hai loại: dao liền và dao chắp. So với dao phay hình trụ, dao phay mặt đầu có ưu điểm là: có độ cứng cao hơn khi kẹp nó trên trục tâm hoặc trục chính của máy. Quá trình làm việc êm hơn vì nhiều răng làm việc đồng thời. Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường sử dụng dao phay mặt đầu [11]. Dao phay mặt đầu có các lưỡi bằng hợp kim cứng đã được sử dụng rộng rãi. Phay mặt đầu bằng loại dao phay này có năng suất cao hơn dao phay trụ. Gần đây Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 36 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên người ta đã sử dụng rộng rãi loại dao phay mặt đầu có các lưỡi dao thay đổi được bằng hợp kim cứng (chỉ dùng một lần) [11]. 2. Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng gang cÇu bằng dao phay mặt đầu Đối với vật liệu dao hợp kim cứng rất dễ xảy ra hiện tượng nứt mẻ lưỡi dao nên khi cắt gọt nếu tưới dung dịch trơn nguội thì phải tưới liên tục và đủ lưu lượng vì khi tưới rỏ giọt hoặc gián đoạn thì nhiệt độ dao thay đổi liên tục sẽ gây nứt vỡ dao [8]. Cắt khô hoàn toàn đã trở thành thói quen công nghiệp đối với gia công các chi tiết là gang. Các thông tin đáng tin cậy truyền thống chỉ ra rằng khi cắt có tưới dung dịch trơn nguội sẽ giảm được lực cắt, mòn dao, chất lượng bề mặt gia công tốt và công suất của máy giảm kết quả đó là do sự giảm nhiệt độ cắt [15]. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 37 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chương 3 LỰA CHỌN TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống Hệ thống bôi trơn làm nguội tối thiểu phải đảm bảo các yêu cầu: - Áp suất khí nén phải ổn định và điều chỉnh được trong phạm vi cần thiết. Việc điều chỉnh phải dễ dàng, thuận lợi. - Lưu lượng dòng chất lỏng phải ổn định, tạo sương mù tốt. Phải điều chỉnh được lưu lượng một cách chủ động và độc lập với điều chỉnh áp suất dòng khí. - Dễ chế tạo, lắp đặt và sử dụng. Để đáp ứng được yêu cầu trên, nguyên lý hoạt động hệ thống phun dung dịch MQL như sau [1]: 10 20 30 1 2 3 7 8 4 5 6 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 38 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyên lý hoạt động Dòng khí áp lực cao từ máy nén khí 1 qua hệ thống điều chỉnh và ổn định áp suất 2 qua van 3, buồng tạo chân không và trộn 4. Khi dòng khí áp lực cao qua buồng tạo chân không 4 tạo nên lực hút chân không nên dung dịch trơn nguội từ buồng 8 sẽ qua hệ thống ống dẫn và van điều chỉnh lưu lượng7 vào buồng 4. Tại đây dung dịch trơn nguội được trộn với dòng khí nén tạo thành sương mù và được phun trực tiếp vào vùng cắt. Như vậy, áp suất dòng khí ra được điều chỉnh và ổn định nhờ van số 2. Lưu lượng dòng dung dịch được điều chỉnh và ổn định nhờ van 7. 3.1.2 Hệ thống thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm phay Gang cầu trên máy phay sử dụng bôi trơn tối thiểu như sau: Hình 3.2. Ảnh hệ thống thí nghiệm 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm - Máy công cụ: máy phay đứng Showa, kiểu JMII, Nhật Bản. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 39 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Dụng cụ cắt: dao phay mặt đầu gắn mảnh cácbít tam giác BK8 (79% WC, 15% TiC, 6% Co), độ cứng HRA  90, hãng Sandvic Coromant Thụy Điển - Phôi: Gang cầu (C = 0,62  0,70%, Si = 0,17  0,37%, Mn = 0,9  1,2%, P  0,035%, S  0,035%, Cr  0,025%, Ni  0,025%, Cu  0,20%) , độ cứng HB =170  220, kích thước phôi: 250 x 100 x 100. - Dung dịch trơn nguội: dầu lạc. - Hệ thống cung cấp khí nén: máy nén khí Model PT-0136, Đài Loan. Áp suất khí nén lớn nhất: 8 kg/cm2. Áp suất đầu ra của thí nghiệm thay đổi . - Đầu phun: đầu phun NOGA, Cộng Hòa Liên Bang Đức. - Dụng cụ đo kích thước: thước cặp, độ phân giải 0,01, Mitutoyo, Nhật Bản. - Dụng cụ đo lưu lượng: loại vạch chia 5 ml, thể tích 500 ml. - Thước cặp độ phân giải 0,01, Mittutoyo, Nhật Bản. Hình 3.3. Ảnh Máy đo nhám - Máy đo nhám: SJ-201 Mittutoyo, Nhật Bản. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 40 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.4. Ảnh Máy chụp ảnh SEM - Máy chụp ảnh SEM và phân tích mòn trên kính hiển vi điện tử TM-1000, Nhật Bản. - Chế độ cắt: vận tốc cắt V = 208.5 m/phút, lượng tiến dao S = 28 mm/phút, chiều sâu cắt: t = 1,5 mm. 3.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.2.1.Mục đích thí nghiệm Khảo sát mòn dao, hình ảnh tế vi mòn dao, độ nhám bề mặt chi tiết để hiểu cơ chế mòn dao và xét hiệu quả gia công của phương pháp gia công MQL khi đổi áp suất dòng khí đối với phay Gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít. Từ đó lựa chọn được chế độ cắt với áp suất tối ưu khi gia công phù hợp cho phay mặt phẳng là Gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít. Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của các mức áp suất dòng khí khi gia công gồm: - Độ mòn và cơ chế mòn dao; - Tuổi bền dao ứng với lượng mòn cho phép; - Độ nhám bề mặt chi tiết gia công; 3.2.2.Trình tự tiến hành thí nghiệm Phay mặt phẳng Gang cầu có kích thước phôi: 250 x 100 x 100, chiều sâu cắt t = 1,5 mm bằng dao phay mặt đầu cácbít với các thông số công nghệ: n = 400 vòng/phút, S = 28 mm/phút, V = 208.5 m/phút. Sau một khoảng thời gian cắt 16.3 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 41 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên phút (tương ứng với 2 lượt cắt, có chiều dài cắt 2 x 250 = 500 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 250 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và phương pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau: - Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất P = 4 KG/cm 2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. . Sau một khoảng thời gian cắt 32.6 phút (tương ứng với 4 lượt cắt, có chiều dài cắt 4 x 250 = 1000 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 250 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và phương pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau: - Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất P = 5 KG/cm 2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. Sau một khoảng thời gian cắt 48.9 phút (tương ứng với 6 lượt cắt, có chiều dài cắt 6 x 250 = 1500 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 8.15 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 250 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và phương pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau: - Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất P = 6 KG/cm 2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 42 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chương 4 TỐI ƢU QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KHI PHAY MẶT PHẲNG LÀ GANG CẦU 4.1. Mô hình hoá quá trình cắt khi phay Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu trong quá trình gia công cắt gọt là phương pháp xác định chế độ cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công với các thông số của chế độ cắt tương ứng với một hệ thống các giới hạn về kỹ thuật, chất lượng và hiệu quả kinh tế của sản phẩm. Như vậy thực chất của việc nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu là giải bài toán tìm cực trị trong đó ít nhất có một điều kiện biên là một bất phương trình. Để nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt một cách có hệ thống và logic, trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, dựa vào kết quả nghiên cứu [1], [3], [6], [7], [9] ta xây dựng mô hình hoá quá trình cắt khi phay như Hình 4.1. Mô hình tối ưu hoá quá trình cắt khi phay Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 43 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4.2. Tối ƣu hoá quá trình cắt khi phay Để thực hiện tối ưu hoá quá trình gia công và tìm cực trị, ta cần phải mô hình hoá toán học các hàm mục tiêu. Các hàm mục tiêu ở dạng tổng quát như sau: Y = f(s,v,t) Trong đó Y là chỉ tiêu tối ưu hoá (thông số đầu ra), có thể là lực cắt, chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, độ sóng bề mặt, độ chính xác gia công), mòn và tuổi bền dụng cụ cắt… Các thông số S, V, t, P là các đại lượng nghiên cứu (lượng chạy dao, vận tốc cắt và chiều sâu cắt, áp suất khi phay). Các hàm mục tiêu được xây dựng trên cơ sở quá trình nghiên cứu thực nghiệm. Để phản ánh khách quan quá trình nghiên cứu ta cần khảo sát nhiều thông số ảnh hưởng tới quá trình gia công, khi đó vấn đề cần giải quyết sẽ triệt để và toàn diện hơn. Tuy nhiên, về mặt toán học thì quá trình nghiên cứu đó sẽ càng phức tạp và khó áp dụng vào thực tế sản xuất, nhưng nếu bỏ qua nhiều thông số ảnh hưởng thì mô hình và kết quả nghiên cứu lại kém chính xác. Do vậy, khi chọn hàm mục tiêu tối ưu hoá quá trình cắt ta cần giới hạn bài toán phù hợp với điều kiện gia công cụ thể, các giới hạn này là các điều kiện biên của hàm mục tiêu. Từ cơ sở của nghiên cứu tổng quan và những định hướng quá trình nghiên cứu như trên, đề tài "nghiên cứu và lưa chọn chế tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu " thực hiện trên hệ thống công nghệ cụ thể nhằm giải quyết đạt mục đích về nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt đồng thời giảm mòn và tăng tuổi bền của dụng cụ cắt. Vì vậy cần nghiên cứu và khảo sát các hàm mục tiêu cụ thể như sau: - Mòn dụng cụ cắt: hs = f(s,v,t) → hsMin - Độ nhám bề mặt: Ra/Rz = f(s,v,t) → RaMin/RzMin Mục tiêu của nghiên cứu tối ứu hoá chế độ gia công là cho năng suất cắt cao và chất lượng bề mặt tốt. Vì vậy, việc khảo sát nhiều đại lượng như lực cắt, nhiệt cắt, rung động, mòn dụng cụ cắt, độ chính xác gia công… sẽ phản ánh đầy đủ và khách quan quá trình nghiên cứu khi phay. Trong phần tổng quan của đề tài đã tổng hợp một số công trình nghiên cứu Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 44 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên thuộc lĩnh vực của đề tài, ta thấy có nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình gia công như: Thông số hình học dụng cụ, vật liệu dụng cụ cắt, các thông số chế độ cắt và phương pháp bôi trơn làm mát… Trong nội dung nghiên cứu của đề tài ta cố định một số thông số đầu vào như vật liệu gia công, dụng cụ cắt, phương pháp làm mát thông số được quan tâm và khảo sát là: Vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, và áp suất vì đây là các thông số có ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả nghiên cứu. Trong nội dung đề tài này để giải quyết bài toán tối ưu thay cho việc tối ưu chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu thì tác giả chỉ lựa chọn bộ thông số ( s, v, t ) phù hợp thông qua việc gia công cắt thử nghiệm, tác giả sẽ giải quyết bài toán tối ưu chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu bằng việc nghiên cứu để tìm ra áp suất dòng khí tối ưu khi phay mặt phẳng gang cầu có bôi trơn tối thiểu vì đây cũng là một trong những thông số quan trọng của chế độ cắt khi gia công phay có bôi trơn tối thiểu. Theo lý thuyết về bôi trơn tối thiểu thì để giảm ma sát và mòn của dụng cụ cắt trong quá trình cắt kim loại, từ các yếu tố trên ta thấy rằng áp lực dòng khí nén là một yếu tố quan trọng để thực hiện bởi các lý do sau [3]: - Áp lực dòng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu gia công khỏi vùng cắt không để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ cắt, đồng thời áp lực của dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các kẽ hở tại vùng tiếp xúc của mặt trượt của phoi và mặt trước, của chi tiết và mặt sau. Áp lực dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên bề mặt chi tiết tạo thành cái nêm giúp cho biến dạng dẻo bề mặt biến cứng của chi tiết. Yếu tố này cho thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên chi tiết phụ thuộc vào áp lực khí lớn hay nhỏ. - Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử dung dịch vào vùng cắt một cách thuận lợi nhất. Các phần tử này va đập trực tiếp lên chi tiết gia công tạo thành ứng suất dư nén trên bề mặt chi tiết chống lại biến dạng dẻo tại vùng chi tiết tiếp xúc với mặt sau của dao. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 45 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Áp lực dòng khí sẽ tạo ra khí động lực học nâng cánh phoi khỏi mặt trước dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dòng khí đẩy dung dịch vào vùng gia công hiệu quả nhất. - Dòng khí được bố trí có hướng ngược chiều với hướng của các hạt kim loại khi tách phoi bắn ra ngoài. Tác dụng này sẽ giúp đẩy các hạt kim loại bay ra khỏi vùng gia công và không gây va đập với dụng cụ cắt. Hiện tượng này có tác dụng làm giảm ứng suất có hại như tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt dụng cụ cắt. - Tác dụng của dòng khí sẽ làm chuyển động các phân tử tích tụ trong dung dịch, các phần tử này sẽ chuyển động đến va vào chi tiết với áp lực của dòng khí nén, tạo thành một lớp màng phủ lên bề mặt chi tiết, giúp bảo vệ chi tiết trong môi trường sau khi gia công. - Hiện tượng tán nhiệt nhanh từ vùng cắt ra môi trường xung quanh phụ thuộc rất nhiều vào áp lực của dòng khí. Nếu áp lực của dòng khí lớn: - Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt tốt. - Khả năng giữ các hạt sương mù trong vùng cắt kém. - Không an toàn cho người và thiết bị. Nếu áp suất dòng khí nhỏ: - Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt không tốt. - Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt kém. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểu cần lựa chọn được áp suất dòng khí hợp lý ứng với từng phương pháp gia công và các điều kiện cụ thể khác. Nếu dòng khí nhiệt độ thấp thì hiệu quả của quá trình làm nguội sẽ đạt hiệu quả rất cao. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 46 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4.3. Giới hạn vấn đề của tối ƣu hoá chế độ cắt khi phay gang có bôi trơn tối thiểu. Trong nội dung đề tài này để giải quyết bài toán tối ưu thay cho việc tối ưu chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu thì tác giả chỉ lựa chọn bộ thông số ( s, v, t ) phù hợp thông qua việc gia công cắt thử nghiệm, tác giả sẽ giải quyết bài toán tối ưu chế độ cắt khi phay gang cầu có bôi trơn tối thiểu bằng việc nghiên cứu để tìm ra áp suất dòng khí tối ưu khi phay mặt phẳng gang cầu có bôi trơn tối thiểu. Chương 5 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1. Mòn và cơ chế mòn dao 5.1.1. Mòn và cơ chế mòn mặt trƣớc dao Các hình chụp tế vi mòn mặt trước dao được tổng hợp trong Phụ lục 1 (hình 1, hình 2 và hình 3) và hình 5.1, hình 5.2, hình 5.3(ảnh so sánh mòn mặt trước dao). Từ các hình chụp tế vi mặt trước dao ta thấy: - Mòn mặt trước có thể chia thành 3 vùng mòn rõ rệt theo phương thoát phoi thông qua mức độ dính của vật liệu gia công với mặt trước. Chiều dài tiếp xúc giữa phoi với mặt trước tăng dần theo thời gian cắt. Vùng 1 nằm sát và bám dọc theo lưỡi cắt với chiều sâu mòn, vết cào xước và dính bám vật liệu gia công nhiều nhất. Vùng 2 là vùng tiếp theo với chiều sâu mòn, vết xước và dính bám vật liệu gia công nhỏ hơn. Vùng 3 là vùng thoát phoi khỏi mặt trước dao, ở đây có những vết xước và dính bám vật liệu gia công ít. Với sự xuất hiện của các vết cào xước chứng tỏ mặt trước dao bị mòn do các hạt cứng tạo ra trong quá trình cắt. Sự dính bám vật liệu gia công và mòn mạnh trên mặt trước ở vùng 1 và vùng 2 chứng tỏ mặt trước dao bị mòn tiếp xúc Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 47 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 5.1 Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 2 lượt cắt a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Mòn mặt trước dao khi so sánh gia công với MQL (dầu lạc) ta thấy mức độ mòn mặt trước khi gia công với MQL-6at là thấp nhất, sau đó đến gia công với MQL- 5at, với MQL-4at và mòn mặt trước của MQL-4at là lớn nhất. Khi gia công với MQL-5at, bề rộng vùng mòn mặt trước tăng dần đặc biệt chiều sâu mòn vùng 1 phát triển rất nhanh. Khi gia công với MQL-6at, bề rộng vùng mòn tăng chậm, chiều sâu mòn vùng 1 nhỏ hơn nhiều so với MQL-5at . Khi gia công với MQL-4at thì bề rộng và chiều sâu mòn của vùng 1 và vùng 2 tăng nhanh, đặc biệt bề mặt mòn mặt trước rất ghồ ghề do nứt và tróc vảy của vật liệu dao. Nguyên nhân dẫn đến kết quả Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 48 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên này có thể do áp suất của dung dịch MQL cao nên các phần tử MQL dễ dàng xâm nhập vào vùng tiếp xúc giữa dao và phoi để bôi trơn và làm nguội nên giảm được ma tiếp xúc dao-phoi dẫn đến giảm được mòn mặt trước dao so với gia công ở áp suất thấp . Đối với dầu thực vật, có thể do độ nhớt cao nên các phần tử dầu khó xâm nhập vào vùng tiếp xúc dao-phoi và bao quanh vùng cắt làm nhiệt trong vùng cắt không thoát ra ngoài được dẫn đến chênh lệch lớn về nhiệt độ giữa vùng cắt với vùng xung quanh gây ra ứng suất nhiệt làm nứt vỡ và tróc vảy mảnh dao cácbít. Một nguyên nhân nữa có thể dẫn đến mòn mạnh mặt trước dao khi tưới dầu lạc là do có phản ứng hóa học giữa kim loại dính kết Côban với các axit hữu cơ có trong dầu lạc làm mất liên kết các hạt cácbít WC và TiC của dao a) b) c) d) Hình 5.2 Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 4 lượt cắt a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 49 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 5.3 Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 6 lượt cắt b) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at 5.1.2. Mòn và cơ chế mòn mặt sau dao Các hình chụp tế vi mòn mặt sau dao được tổng hợp trong Phụ lục 1 (hình 4, hình 5 và hình 6) và hình 5.4, hình 5.5, hình 5.6 (ảnh so sánh mòn mặt sau dao). Từ các hình chụp tế vi mặt sau dao ta thấy: - Trên vùng mòn mặt sau dao có dính bám vật liệu gia công và các vết xước chứng tỏ cơ chế mòn mặt sau là mòn do hạt mài và mòn tiếp xúc. - Tiến hành đo mòn mặt sau dao khi gia công có MQL ta thấy mòn mặt sau ứng với MQL-6at là thấp nhất, sau đó đến gia công với MQL-5at và mòn mặt sau với MQL-4at là lớn nhất. Bề rộng và mức độ phát triển vết mòn mặt sau của với Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 50 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MQL-6at nhỏ hơn .Bề rộng và mức độ phát triển vết mòn mặt sau của với MQL-4at lớn hơn nhiều so với gia công bằng MQL-6at và MQL-6at. Nguyên nhân của kết quả này có thể do độ nhớt của dầu thực vật cao khó xâm nhập vào vùng cắt để bôi trơn làm nguội mà bao quanh vùng cắt gây chênh lệch nhiệt độ và tạo ứng suất làm nứt vỡ và tróc vảy dao cácbít. Cũng có thể do có phản ứng hóa học giữa kim loại dính kết Côban với các axit hữu cơ có trong dầu lạc làm mất liên kết các hạt nền TiC của dao cácbít hoặc do tác động của áp suất dòng khí. a) b) c) d) Hình 5.4. Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 2 lượt cắt c) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 51 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 5.5 Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 4 lượt cắt d) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 52 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 5.6 Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 6 lượt cắt e) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at 5.1.3. Mòn và tuổi bền dao - Mòn mặt sau ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước gia công và độ nhám bề mặt của chi tiết. Do đó cần thiết phải so sánh mức độ mòn mặt sau dao. Kết quả đo mòn mặt sau được tổng hợp trong bảng 4, 5, 6 phụ lục 2. Dùng phầm mềm EXCEL xử lý kết quả này ta có biểu đồ quan hệ giữa mòn mặt sau dao với thời gian cắt như sau: Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 53 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Thời gian cắt t (ph) Độ m òn hs (µ m ) 4at 5at 6at Hình 5.7 Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 2 lượt cắt Từ biểu đồ hình 5.7 ta có mức độ mòn mặt sau của các mức áp suất khi gia công xếp theo chiều tăng là: MQL- 6at, MQL- 5at và MQL- 4at. Trong dó độ mòn mặt sau ứng với gia công MQL- 6at là thấp nhất. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 5 10 15 20 25 30 35 Thời gian cắt t (ph) Độ m òn hs (µ m ) 4at 5at 6at Hình 5.8 Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 4 lượt cắt Từ biểu đồ hình 5.8 ta có mức độ mòn mặt sau của các mức áp suất khi gia công xếp theo chiều tăng là: MQL- 6at, MQL- 5at và MQL- 4at. Trong dó độ mòn mặt Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 54 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên sau ứng với gia công MQL- 6at là thấp nhất và theo qui luật tăng dần đều. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian cắt t (ph) Đ ộ m òn h s (µ m ) 4at 5at 6at Hình 5.9 Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t với 6 lượt cắt Từ biểu đồ hình 5.9 ta có mức độ mòn mặt sau của các mức áp suất khi gia công xếp theo chiều tăng là: MQL- 6at, MQL- 5at và MQL- 4at. Trong dó độ mòn mặt sau ứng với gia công MQL- 6at là thấp nhất và theo qui luật tăng dần đều. 5.2. Độ nhám bề mặt chi tiết Ra Kết quả độ nhám bề mặt chi tiết được tổng hợp trong bảng 1, 2, 3, phụ lục 2. Dùng phầm mềm EXCEL xử lý kết quả này ta có biểu đồ quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thời gian cắt như sau: Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 55 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 4 8 12 16 20 Thời gian cắt t (phút) Đ ộ n h á m b ề m ặ t R a ( µ m ) 4at 5at 6at 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 2 3 4 Lƣợt cắt Đ ộ nh ám b ề m ặt R a (µ m ) 4at 5at 6at Hình 5.10. Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t Hình 5.11. Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra vàsố lượt cắt Từ biểu đồ hình 5.10 và hình 5.11ta thấy độ nhám bề mặt chi tiết khi cắt 2 lượt cắt trên một mảnh dao với các mức áp suát khác nhau theo phương pháp MQL. Ta thấy độ nhám bề mặt khi cắt với MQL = 6at cao hơn, MQL = 5at và MQL = 4at, trong đó độ nhám bề mặt chi tiết khi cắt có bôi trơn làm nguội tối thiểu với áp suất dòng khí = 6at là tốt nhất. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 20 25 30 35 Thời gian cắt t (phút) Đ ộ n h ám b ề m ặt R a (µ m ) 4at 5at 6at 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 2 3 4 Lƣợt cắt Đ ộ n h á m b ề m ặ t R a ( µ m ) 4at 5at 6at Hình 5.12 Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t Hình 5.13 Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và số lượt cắt Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 56 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ biểu đồ hình 5.12 và hình 5.13 ta thấy độ nhám bề mặt chi tiết khi cắt 4 lượt cắt trên một mảnh dao với các mức áp suát khác nhau theo phương pháp MQL. Ta thấy độ nhám bề mặt khi cắt với MQL = 6at cao hơn, MQL = 5at và MQL = 4at, trong đó độ nhám bề mặt chi tiết khi cắt có bôi trơn làm nguội tối thiểu với áp suất dòng khí = 6at là tốt nhất. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 8.15 16.3 24.45 32.6 40.75 48.9 57.05 Thời gian cắt t (ph) Đ ộ n h á m b ề m ặ t R a ( µ m ) 4at 5 at 6 at 0 0.5 1 1.5 2 2.5 1 2 3 4 5 6 Lƣợt cắt Đ ộ n h ám b ề m ặt R a (µ m ) 4at 5at 6at Hình 5.14 Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t Hình 5.15 Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và số lượt cắt Từ biểu đồ hình 5.14 và hình 5.15 ta thấy độ nhám bề mặt chi tiết khi cắt 6 lượt cắt trên một mảnh dao với các mức áp suát khác nhau theo phương pháp MQL. Ta thấy độ nhám bề mặt khi cắt với MQL = 6at cao hơn, MQL = 5at và MQL = 4at, trong đó độ nhám bề mặt chi tiết khi cắt có bôi trơn làm nguội tối thiểu với áp suất dòng khí = 6at là tốt nhất. Như vậy để có kết quả này là do vòi phun dung dịch trơn nguội MQL dưới áp suất lớn đẩy được các hạt cứng sinh ra trong quá trình cắt ra khỏi vùng gia công và giảm được ứng suất dư bề mặt do nhiệt cắt. 5.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 5 - Cơ chế mòn dao phay mặt đầu cácbít khi phay gang cầu là mòn do hạt mài và tiếp xúc. Cơ chế mòn dao khi gia công bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài mòn Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 57 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên hạt mài và tiếp xúc, dao còn bị mòn do ứng suất nhiệt hình thành từ sự chênh lệch lớn nhiệt độ giữa vùng tiếp xúc dao - phoi với vùng xung quanh liên quan đến độ nhớt cao của dung dịch trơn nguội hoặc do phản ứng hóa học của dung dịch trơn nguội với kim loại dính kết Côban trong dao cácbít. - Công nghệ MQL sử dụng dầu thực vật mang lại hiệu quả phay gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít hơn hẳn gia công khô, đặc biệt là độ nhám bề mặt chi tiết gia công. PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO I. KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 1. Nhu cầu nâng cao hiệu quả phay gang nói chung và gang cầu nói riêng nhằm tránh hoặc giảm bớt nguyên công mài ngày càng lớn do việc sử dụng ngày càng tăng các vật liệu có độ cứng, độ bền cao trong công nghiệp. Khi gia công bằng dao hợp kim cứng người ta thường không sử dụng dung dịch trơn nguội vì khi sử dụng dung dịch trơn nguội bằng tưới tràn dễ xảy ra hiện tượng nứt vỡ dao nếu không tưới dung dịch trơn nguội liên tục và đủ lưu lượng [8], thông thường khi gia công gang hay sử dụng cắt khô hoàn toàn vì gang là vật liệu dễ gia công nhưng lực cắt lớn, mòn dao nhanh… do sự tăng nhiệt cắt [15]. Tuy nhiên, thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp vẫn có ưu điểm vì khi có dung dịch trơn nguội dụng cụ cắt sẽ làm việc êm hơn, tuổi bền dao cao hơn, độ chính xác và độ nhám bề mặt gia công được cải thiện đáng kể [7]. Mặt khác vấn đề sản xuất theo hướng thân thiện với môi trường đặt ra ngày càng cấp bách vì nó mang lại lợi ích về sức khỏe, kinh tế và không gây ô nhiễm môi trường. Vì các lý do trên nên tác giả đã chọn đề tài Nghiên cứu và lựa chọn chế độ cắt tối ƣu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu đối với gang cầu có bôi trơn tối thiểu Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 58 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nhằm nâng cao hiệu quả phay gang nói chung và gang cầu nói riêng hướng tới sản xuất thân thiện với môi trường. 2. Tác giả đã định hướng được hướng nghiên cứu đúng đắn đó là nghiên cứu về mòn, cơ chế mòn và độ nhám bề mặt chi tiết khi gia công có MQL với các mức áp suất khác nhau đối với gang cầu, so sánh hiệu quả gia công có MQL khi thay đổi áp suất. 3. Tác giả đã chọn phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm đảm bảo được tính thống nhất giữa lý thuyết với thực tiễn. 4. Luận văn đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ sở liên quan đến phay cứng bằng dao phay mặt đầu cácbít như lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao và một số lý thuyết về bôi trơn làm nguội tối thiểu khi phay bằng dao phay mặt đầu như tác dụng của dung dịch trơn nguội, các mức áp suất khác nhau dùng trong MQL, ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công MQL. 5. Luận văn đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu. 6. Luận văn đã xây dựng được mối quan hệ giữa độ mòn dao, độ nhám bề mặt và tuổi thọ của dao với thời gian cắt khi thay đổi áp suất trong gia công có MQL. 7. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể rút ra các kết luận sau: - Cơ chế mòn dao phay mặt đầu cácbít khi phay gang cầu và các loại gang khác là mòn do hạt mài và tiếp xúc. Cơ chế mòn dao khi gia công có bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài mòn hạt mài và tiếp xúc, dao còn bị mòn do ứng suất nhiệt hình thành từ sự chênh lệch lớn nhiệt độ giữa vùng tiếp xúc dao-phoi với vùng xung quanh liên quan đến độ nhớt cao của dung dịch trơn nguội hoặc do phản ứng hóa học của dung dịch trơn nguội với kim loại dính kết Côban trong dao cácbít. - Công nghệ MQL sử dụng áp suất cao mang lại hiệu quả phay phẳng gang cầu bằng dao phay mặt đầu cácbít hơn hẳn gia công khô. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 59 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên II. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Để hoàn thiện việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp gia công MQL vào phay gang bằng dao phay mặt đầu cácbít cần nghiên cứu thêm các nội dung sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng tưới, một số hóa chất có trong dầu thực vật đến hiệu quả phay gang bằng dao phay mặt đầu cácbít trong công nghệ MQL nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và sản xuất thân thiện với môi trường. - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ra loại đầu phun MQL thích hợp với dao phay mặt đầu cácbít để nâng cao hiệu quả phay gang - Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp MQL tới các thành phần lực cắt, nhiệt cắt, hệ số ma sát... TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Minh Đức, Ảnh hưởng của phương pháp tưới và dung dịch đến mòn và tuổi bền của dao khi tiện cắt đứt, Tạp chí khoa học và công nghệ các trường đại học kỹ thuật số 67, 2008. 2. Trần Minh Đức, Phạm Quang Đồng, Ảnh hưởng của phương pháp tưới dung dịch đến mòn, tuổi bền của dao và nhám bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón, Tạp chí khoa học và công nghệ các trường đại học kỹ thuật số 65, 2008. 3. Trần Minh Đức, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu trong gia công cắt gọt, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ trọng điểm B2005- 01-61TD, Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên, 2007. 4. Phạm Quang Đồng, Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón, Đề tài thạc sĩ kỹ thuật, Thái nguyên, 2007. 5. Nguyễn Đức Chính, Nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu khi khoan, Đề tài thạc sĩ kỹ thuật, Thái nguyên, 2007. 6. Lưu Trọng Đức, Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu khi phay rãnh, Đề tài thạc sĩ kỹ thuật, Thái Nguyên, 2007. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 60 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7. Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2006. 8. Phạm Quang Lê, Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản công nhân kỹ thuật, Hà nội, 1979. 9. Nghiêm Hùng, Vật liệu học cơ sở, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2002. 10. C.V. A-vơ-ru-chin (Nguyễn Bá Toàn dịch), Kỹ thuật phay (tập II), Nhà xuất bản công nghiệp, Hà nội, 1962. 11. Ph.A. Barơbasôp (Trần Văn Địch dịch), Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản Mir, 1980. 12. Vũ Quý Đạc, Ma sát và Mòn, Đại học kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên, 2005. 13. Phan Quang Thế, Kỹ thuật bề mặt, Đại học kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên, 2007. 14. Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohammad Kamruzzaman, Effect of minimum quantity lubrication (MQL) on tool wear, surface roughness and dimensional deviation in turning AISI-4340 steel, G.U. Journal of science, 2007. 15. Steven Y Liang, George W, Minimum quantity lubrication in finish hard turning, G.U. Journal of science, 2007. 16. Master chemical corporation, Fluid application - MQL (minimum quantity lubrication), www.masterchemical.com, 2006. 17. Jim lorincz, Senior, The right solutions for coolant, service@sme.org, 2007. Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 61 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên PHỤ LỤC Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO a) b) c) d) Hình 1. Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 2 lượt cắt a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 62 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 2. Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 4 lượt cắt a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 63 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 3. Ảnh so sánh mòn mặt trước của dao với 6 lượt cắt a)Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 64 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 4. Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 2 lượt cắt a )Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 65 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 5. Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 4 lượt cắt a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 66 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) b) c) d) Hình 6. Ảnh so sánh mòn mặt sau của dao với 6 lượt cắt a) Mảnh dao cắt với 4at. b) Mảnh dao cắt với 5at. c) Mảnh dao cắt với 6at. d) Ảnh mảnh dao phóng to khi cắt với 6at Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 67 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phụ lục 2. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ NHÁM VÀ ĐỘ MÒN DAO Bảng 1. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 2 lượt cắt TT Thời gian (phút) Áp suất 4at Áp suất 5at Áp suất 6at Ra (m) Rz (m) Ra (m) Rz (m) Ra (m) Rz (m) 1 8.15 0.74 7.96 0.72 6.65 0.65 5.89 2 16.3 0.88 9.46 0.75 6.63 0.68 5.33 Bảng 2. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 4 lượt cắt TT Thời gian (phút) Áp suất 4at Áp suất 5at Áp suất 6at Ra (m) Rz (m) Ra (m) Rz (m) Ra (m) Rz (m) 1 8.15 0.74 6.76 0.72 6.63 0.66 5.33 2 16.3 0.88 7.96 0.74 7.69 0.68 6.56 3 24.45 0.91 9.46 0.87 9.26 0.82 6.93 4 32.6 0.97 10.12 0.92 9.95 0.89 7.64 Bảng 3. Số liệu độ nhám Ra, Rz sau 6 lượt cắt TT Thời gian (phút) Áp suất 4at Áp suất 5at Áp suất 6at Ra (m) Rz (m) Ra (m) Rz (m) Ra (m) Rz (m) 1 8.15 0.66 6.26 0.67 6.65 0.66 4.84 2 16.3 0.91 6.76 0.83 6.63 0.67 5.89 3 24.45 0.92 7.96 0.85 7.69 0.7 5.33 4 32.6 1.29 9.46 1.08 9.26 0.79 6.56 5 40.75 1.57 10.12 1.27 9.95 0.9 6.93 6 48.9 1.95 12.25 1.68 10.07 1.35 7.64 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 68 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bảng 4. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau sau 2 lượt cắt TT Thời gian (phút) Độ mòn mặt sau (mm) Áp suất 4at Áp suất 5at Áp suất 6at 1 8.15 0.2 0.1 0.06 2 16.3 0.37 0.2 0.14 Bảng 5. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau 4 lượt cắt TT Thời gian (phút) Độ mòn mặt sau (mm) Áp suất 4at Áp suất 5at Áp suất 6at 1 8.15 0.2 0.1 0.06 2 16.3 0.25 0.37 0.14 3 24.45 0.41 0.51 0.21 4 32.6 1.27 0.62 0.38 Bảng 6. Số liệu độ mòn mặt sau dao sau 6 lượt cắt TT Thời gian (phút) Độ mòn mặt sau (mm) Áp suất 4at Áp suất 5at Áp suất 6at 1 8.15 0.2 0.1 0.06 2 16.3 0.2 0.37 0.14 3 24.45 0.41 0.51 0.21 4 32.6 0.62 1.27 0.38 5 40.75 1.52 1.05 0.46 6 48.9 1.59 1.28 0.52 Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên 69 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên