Luận văn Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép 65Γ đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít

u bằng loại dao phay này có năng suất cao hơn dao phay trụ. Gần đây 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 thép đã tôi 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 thép đã tôi. Các thông tin đáng tin cậy truyền thống chỉ ra rằng cắt khô hoàn toàn khi so sánh với cắt tưới tràn giảm được lực cắt và công suất của máy có kết quả là do sự tăng nhiệt độ cắt [15]. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi của nó. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm nguội, ti ết kiệm dung dịch trơn nguội. T ìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với môi trường... [3]. Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khó giải quyết được vấn đề về sức khỏe người thợ và ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật môi trường ngày càng khắt khe được áp dụng. Điều này đã đặt ra việc tìm tòi các giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công. Một trong những giải pháp thay thế là gia công khô và gia công với MQL [14]. Gia công khô là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu đã thành công trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên trong thực tế, các nghiên cứu đó ít có tác dụng khi mà hiệu suất gia công cao hơn, chất lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn được đặt ra. Trong tình huống như vậy, gia công với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được mong đợi trở thành công cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng [14]. Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước công nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bôi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia công cứng và gia công tốc độ cao... [3]. Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về MQL như: các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu Ảnh hưởng của MQL đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng [15]. Tổng công ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong công nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm nguội trong đó có nêu những thành công của MQL trong gia công cắt gọt và ứng dụng MQL trong thiết kế máy công cụ [17]. Ở Việt Nam, công nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện đã có một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia công cắt gọt đã công bố như: tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu trong gia công cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao công nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngón, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn làm nguội khi khoan [5]. Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6]. Như vậy, theo các tài liệu đã công bố về MQL trong gia công cắt gọt thì nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đó nhu cầu phay thép đã tôi được Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 đặt ra để tránh hoặc giảm bớt được nguyên công mài. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65 Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT”. Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Chương này tác giả trình bày các khái niệm, các lý thuyết, các tác dụng của MQL trong gia công cắt gọt, những vấn đề về lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao trong phay cứng. T ừ đó ta thấy MQL là một phương pháp khả thi trong phay cứng để nâng cao hiệu quả gia công chi tiết và sản xuất thân thiện với môi trường. Ở đây, tác giả cũng giới hạn và lập mô hình nghiên cứu của đề tài. 2.1 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 2.1.1 Khái niệm về MQL Bôi trơn làm nguội tối thiểu là phương pháp sử dụng dòng khí nén với áp suất cao trộn với dung dịch trơn nguội dưới dạng sương mù hoặc tạo ra các dòng tia dung dịch trơn nguội áp lực cao rồi phun trực tiếp vào vùng cắt. Ưu điểm nổi bật nhất của phương pháp này là hiệu quả bôi trơn làm nguội cao, rất tiết kiệm được dung dịch trơn nguội và đặc biệt không gây ô nhiễm môi trường [3]. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 2.1.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 1. Một số hóa chất thường dùng trong dung dịch trơn nguội Dầu mỏ Loại dầu này chỉ thích hợp với thủy động lực học hoặc bôi trơn dưới dạng tạo màng mỏng, chống ôxy hóa và chịu nhiệt cao. Dầu mỏ thường được sử dụng làm dầu cắt gọt, có thể sử dụng ở trạng thái nguyên chất hoặc trộn thêm một số chất bổ sung khác. Mỡ động vật Mỡ động vật thường được sử dụng làm chất phụ trợ trong dầu cắt. Chất béo và dầu sử dụng tốt cho bôi trơn, chúng còn giảm nhiệt cắt, giảm hệ số ma sát trong quá trình gia công. Dầu thực vật Dầu thực vật thường được chiết suất từ các loại quả, củ như lạc, vừng, cọ, hạt cải, đậu nành, ôlưu... hoặc nhựa các loại cây. Các loại dầu này có chứa chất béo, nên chúng có đầy đủ tính chất để bôi trơn và làm nguội trong gia công cắt gọt. Dầu thực vật chia làm hai loại: - Dầu tồn tại dưới dạng khô được lấy từ các loại nhựa cây. Chúng được chế biến thành dạng màng dai bền co giãn được nên dễ vận chuyển và lưu giữ nhưng trước khi sử dụng cần phải chế biến lại để đưa về dạng loảng. - Dầu thực vật dưới dạng lỏng, chúng được ép từ các loại thực vật như dừa, vừng, lạc, hải ly. Chúng tồn tại dưới dạng lỏng nên có thể hòa với hầu hết các loại chất béo và sẽ không có dạng màng khô co giãn khi phơi ngoài không khí. Các nguyên tố hóa học Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Các nguyên tố hóa học ảnh hưởng tới tính sắc của dao cũng như tuổi thọ của chúng. Ngày nay người ta thường sử dụng các loại hóa chất như Lưu huỳnh, Clo, Phốt pho, chúng tác động có lợi không những giảm ma sát mà còn giảm lực cắt ở vùng cắt, giảm năng lượng tách phoi xuống 50%, ngoài ra chúng còn tăng tính sắc và tuổi thọ của dụng cụ. Các nguyên tố hóa học có tác dụng tích cực khi chúng có mặt trong dung dịch trơn nguội nhưng chúng có thể gây độc hại cho con người như thẩm thấu qua da gây ung thư. Các hạt dung dịch bay lơ lửng trong không khí nếu bay vào mắt sẽ gây viêm kết mạc, nếu con người hít phải sẽ bị tổn thương bộ máy hô hấp như viêm đường hô hấp, ung thư phổi... Emunxi Emunxi ở dạng huyền phù là loại dầu hòa tan trong nước tạo thành hỗn hợp dầu pha. Nhũ tương thường được chia ra dưới hai dạng cơ bản: - Nhũ tương trực tiếp: là dầu khoáng phân tán trong nước ở dạng các giọt rất nhỏ, loại này có tác dụng làm nguội nhiều hơn bôi trơn. - Nhũ tương gián tiếp: là các giọt nước phân tán trong dầu, loại này có tác dụng bôi trơn tốt hơn làm nguội. Chất khí Chất khí có khả năng làm nguội và bôi trơn, đây là phương pháp mới, với phương pháp này, áp lực không khí sẽ đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Tất cả các loại khí đều có tính đối lưu, do đó bôi trơn - làm nguội phải được cung cấp dưới dạng khí nén. Khi dùng khí để bôi trơn - làm nguội cần chú ý đến vấn đề an toàn lao động do áp lực dòng khí cao. Các loại chất rắn Chất rắn dùng trong bôi trơn - làm nguội trong gia công cắt gọt như: than chì, disulphat, môlípđen... Những loại này dùng rất hạn chế vì chúng không đảm bảo an toàn lao động, gây ô nhiễm môi trường và độc hại. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 2. Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt Để có loại dung dịch trơn nguội phù hợp với phương pháp gia công bằng cách trộn lẫn các thành phần trên vào nhau với một tỷ lệ hợp lý phụ thuộc vào lượng chất hòa tan trong dung môi, các phân tử hòa tan tồn tại như thế nào trong môi trường dung môi, sau khi gia công cắt gọt chúng tồn tại dưới dạng nào. Dung dịch thực Là dung dịch trong suốt, có thể có màu, bao gồm các chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước, thể hiện ở hình 2.1. Các chất hòa tan phân bố ngẫu nhiên trong môi trường nước, loại dung dịch này có sức căng bề mặt cao hơn nước nguyên chất, chúng được sử dụng trong làm mát hoặc làm sạch. : Phaàn töû hoøa tan trong nöôùc : Phaàn töû nöôùc Hình 2.1. Các phần tử hòa tan trong nước Dung dịch có các iôn tương tác Là dung dịch có iôn dương và iôn âm, chúng là tác nhân tích cực tạo thành khối tích tụ trên bề mặt dung dịch, chúng tạo thành chất keo phủ lên toàn bộ bề mặt chi tiết sau khi gia công. Loại dung dịch này có sức căng bề mặt thấp hơn nước nguyên chất. Trong dung dịch này có nhóm các phần tử hoạt động được phân bố như trên hình 2.2. Loại dung dịch này tương đối sạch và có khả năng bôi trơn tốt, nếu bổ sung chất phụ trợ như Clo, Lưu huỳnh, Phốt pho thì khả năng bôi trơn - làm nguội tốt hơn. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 : Phaàn töû khoaùng hoøa tan trong nöôùc : Phaàn töû nöôùc : Caùc phaàn töû tan tích tuï thaønh khoái Hình 2.2. Các phần tử tích tụ khối và phần tử hòa tan trong nước Dung dịch emunxi Là loại dung dịch có các giọt dầu nằm lơ lửng trong nước như dầu khoáng, prafin hoặc dầu thô. Dung dịch này được tạo ra bằng cách pha dầu khoáng với các tác nhân emunxi và các chất khác để tạo thành các giọt dầu nhỏ đến 0,08 ÷ 0,003 µm (hình 2.3). : Phaàn töû emusil : Phaàn töû nöôùc : Hình khoái caàu tích tuï cuûa caùc phaàn töû daàu : Phaàn töû daàu Hình 2.3. Các phân tử hòa tan dưới dạng thể sữa Dung dịch có khả năng bôi trơn tốt hơn nếu bổ sung các chất phụ như dầu thực vật, mỡ động vật hoặc các sản phẩm este khác, nếu bổ sung các thành phần như Lưu huỳnh, phốt pho hay Clo thì khả năng bôi trơn - làm nguội sẽ tốt hơn. Loại này vừa có tác dụng bôi trơn vừa có tác dụng làm nguội. Dung dịch tạo thành từ các thành phần hóa học Dung dịch này là sự kết hợp của cả ba loại trên, nhưng có đặc điểm khác sau đây: - Lượng dầu hòa tan ít hơn từ 5 ÷ 45% so với loại hai. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 - Lượng emunxi và các phân tử hoạt động trên bề mặt cao hơn so với loại hai, điều này cho thấy kích thước khối cầu nhỏ hơn loại ba. - Khi dùng loại dầu này sẽ giúp quá trình tách phoi tốt, khả năng xâm nhập vùng cắt để bôi trơn - làm nguội tốt. : Phaàn töû emusil : Phaàn töû nöôùc : Hình khoái caàu tích tuï cuûa caùc phaàn töû daàu : Phaàn töû daàu : Phaàn töû khoaùng : Phaàn töû chaát phuï trôï Hình 2.4. Các phân tử hòa tan trong hợp chất hóa học Dung dịch được tạo thành từ các loại dầu Dung dịch này được lấy từ dầu thô, dầu thực vật, mỡ động vật, chúng có thể ở dạng đơn hoặc pha trộn. Dầu thô có nhiều nguồn khác nhau như dầu mỏ, prafin, độ nhớt của chúng khác nhau phụ thuộc vào các thành phần pha trộn. Nếu bổ sung thêm dầu thực vật sẽ làm tăng khả năng dính ướt của dung dịch và cải thiện khả năng bôi trơn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Cũng có thể pha thêm các chất như Phốt pho, Lưu huỳnh, Clo làm tăng thêm khả năng bôi trơn - làm nguội của dung dịch. : Phaàn töû khoaùng hoøa tan : Caùc phaàn töû daàu thoâ : Khoaùng, daàu ñoäng, thöïc vaät hoaëc caùc chaát beùo : Caùc phaàn töû daàu Hình 2.5. Các phần tử hòa tan trong hợp chất dầu 2.1.3 Cách dẫn dung dịch trơn nguội vào vùng cắt trong MQL Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình bôi trơn. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp gia công, loại dụng cụ cắt, vật liệu gia công... Quá trình phay được thực hiện bằng dụng cụ có răng dao đặt trên hình trụ hoặc trên mặt đầu, mỗi răng dao là một lưỡi cắt đơn giản. Để hớt vật liệu, các lưỡi cắt tham gia cắt liên tục nên để đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt có thể thực hiện theo các phương pháp sau [3]: - Dùng hai vòi dẫn trực tiếp dung dịch vào vùng cắt từ hai bên của dao: Hình 2.6. Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của dao - Dùng hai vòi phun dẫn trực tiếp vào mặt trước và mặt sau của dao: Thực hiện hiệu quả nhất trên dao phay khi gia công các bề mặt rộng, thường sử dụng khi gia công mặt phẳng. Phương pháp này có hệ thống vòi tưới phức tạp, phải bố trí vòi di chuyển cùng trục chính máy, trong quá trình cắt nếu cần điều chỉnh vòi sẽ khó khăn. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Hình 2.7. Dẫn dung dịch trực tiếp vào mặt trước và mặt sau dao phay - Dùng thiết bị vòi dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt: Phương pháp này có hiệu quả tưới cao, thường sử dụng cho các loại dụng cụ như dao phay ngón. Nhược điểm chính là gián tiếp dẫn dung dịch vào vùng cắt và chỉ sử dụng cho dụng cụ cắt có đường kính giới hạn. Hình 2.8. Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt 2.1.4 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ MQL đến quá trình gia công 1. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch Trong công nghệ bôi trơn tối thiểu thì vai trò của dung dịch bôi trơn có nhiệm vụ chủ yếu là bôi trơn. Còn quá trình làm nguội chủ yếu là do dòng khí áp lực cao. Loại dầu cắt và thành phần dung dịch ảnh hưởng đến quá trình gia công chủ yếu do các yếu tố [3]: - Khả năng tạo sương mù của dung dịch. - Khả năng xâm nhập của các hạt sương mù vào vùng cắt. - Khả năng bám dính và khả năng tạo màng dầu bôi trơn trong vùng cắt. - Khả năng chịu được nhiệt độ và áp lực cao của màng dầu. - Không độc hại và không gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy dung dịch bôi trơn dùng trong bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài những yêu cầu chung như tưới tràn còn cần chú ý chọn thỏa mãn các điều kiện Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 trên. Trong đó đặc biệt chú ý là chọn độ nhớt hợp lý, nhiệt độ hóa hơi cao và không độc hại. Loại dung dịch thường dùng có thể là dung dịch Emunxi có pha thêm dầu thực vật hoặc các loại dầu nhờn hoặc dầu thực vật. 2. Ảnh hưởng của kiểu dẫn dung dịch vào vùng cắt Hiệu quả của phương pháp bôi trơn phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp, vị trí, góc vòi dẫn dung dịch vào vùng cắt. Ngoài những yêu cầu về không gian làm việc, không gian và kết cấu của máy, khả năng điều chỉnh của bản thân thiết bị bôi trơn thì vòi phun nên bố trí có vị trí tương quan với dụng cụ cắt và phôi sao cho thích hợp nhất để hiệu quả bôi trơn là cao nhất. Có thể sử dụng một số cách dẫn dung dịch như sau [5]: - Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao. Ưu điểm: Áp lực khí đủ lớn sẽ nâng cánh phoi lên, kết hợp với phôi quay sẽ đưa dung dịch vào ngập vùng cắt. Không gian bố trí vòi phun dễ dàng. Nhược điểm: Nếu áp lực dòng khí không đủ lớn thì khả năng bôi trơn làm nguội không tối ưu. Khả năng nâng phoi sẽ không tốt nếu chiều dày phoi lớn. Trong bôi trơn tối thiểu cần chú ý cách phun này. Nếu dùng trong bôi trơn làm nguội tưới tràn thì ý nghĩa không lớn vì lượng dung dịch vào được vùng cắt chỉ đạt 50 ÷ 60%, phần nhiều lượng dung dịch bị dẫn ra ngoài theo hướng trượt của phoi, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn rất khó, sự tiếp xúc của phoi và mặt trước là tiếp xúc chặt, trong điều kiện đó dung dịch trơn nguội chỉ có thể xâm nhập vào vùng cắt nhờ có những khoảng chân không hình thành giữa dao và phoi. Khoảng chân không như vậy có thể hình thành nhờ có lẹo dao. Lúc lẹo dao Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 bị cuốn đi, giữa dao và phoi hình thành khoảng trống, lớp kim loại biến dạng dẻo không thể tức thời điền đầy khoảng trống đó và dung dịch trơn nguội từ bên sườn của mặt tiếp xúc được hút vào thay thế. Khi áp dụng trong bôi trơn tối thiểu, áp lực dòng khí nén sẽ nâng cánh phoi lên, đồng thời đẩy dung dịch vào vùng ma sát giữa mặt trước của dao với phoi, lúc này phoi trượt trên mặt trước của dao trên lớp màng dầu. - Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao. Khi phun dung dịch trơn nguội theo phương pháp này thì dòng khí áp lực cao sẽ đẩy toàn bộ dung dịch vào vùng ma sát mặt sau, phoi trượt trên mặt trước sẽ mang dung dịch theo bôi trơn và làm nguội vùng cắt của mặt trước dao. Ưu điểm: Hiệu suất tưới cao. Bôi trơn được cả vùng ma sát mặt sau, vùng tạo phoi và mặt trước của dao. Nhược điểm: Không gian bố trí vòi phun và hiệu chỉnh vòi phun khó khăn. Dòng khí sẽ đẩy phoi theo hướng không mong muốn. Khoảng cách giữa đầu vòi phun đến vùng cắt cần có các nghiên cứu với từng trường hợp cụ thể để tìm được giá trị tối ưu. 3. Ảnh hưởng của áp suất dòng khí 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 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 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. - 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: Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 - 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. 2.2 PHAY CỨNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MQL VÀO PHAY CỨNG Phay cứng là phay vật liệu có độ cứng, độ bền cao như thép đã tôi, thép không gỉ, các vật liệu khó gia công... Độ cứng của vật phay càng cứng, độ bền càng lớn thì dao càng mòn nhanh. Trong điều kiện làm việc bình thường, dao phay thường bị mòn hỗn hợp vừa mòn cơ học vừa mòn vì nhiệt [10]. Như vậy khi phay cứng dao sẽ nhanh mòn do độ cứng phôi cao. Khi phay, lực hao tổn vào biến dạng không đàn hồi, lực này lớn hay bé là do độ cứng của kim loại bị cắt và tiết diện của phoi quyết định. Ngoài ra lực còn tiêu hao vào chỗ phoi và mặt trước của dao cắt cọ sát vào nhau [10]. Do đó, khi phay cứng lực cắt sẽ lớn do độ cứng và độ bền của phôi cao. Khi gia công thép đã tôi, người ta thường gia công khô hoàn toàn. Các thông tin đáng tin cậy chỉ ra rằng cắt khô hoàn toàn thép đã tôi khi so sánh với cắt tưới tràn giảm được lực cắt và công suất đặt lên chi tiết của máy công cụ là kết quả của sự tăng nhiệt độ cắt [15]. Khi phay cứng người ta áp dụng phương pháp phay cao tốc vì khi phay cao tốc, nhiệt lượng phát ra lớn mà thời gian để nhiệt lượng đó tản đi ngắn. Cho nên nhiệt độ ở vùng cắt có lúc quá 700 ÷ 8000C. Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 đó, kim loại bị cắt gọt sẽ mềm đi và trở thành dễ cắt, như vậy tuổi thọ của dao sẽ tăng lên. Trong điều kiện này, không phải độ cứng của vật phay hạn chế tuổi thọ của lưỡi cắt và chính là nhiệt độ của vật phay. Ở nhiệt độ này, chủ yếu là lưỡi cắt cần thiết có giữ được tính năng cắt gọt của nó. Dao cácbít thích hợp cho trường hợp này vì nó vẫn duy trì được độ cứng ở nhiệt độ 1000 ÷ 11000C [10]. Trong quá trình phay cứng phát ra một lượng nhiệt rất lớn, nóng nhất ở chỗ phoi tiếp xúc với mặt trước. Trong đó, 60 ÷ 80% nhiệt lượng truyền sang phoi, 10 ÷ 40% nhiệt lượng truyền vào dao; 3 ÷ 9% truyền vào vật đang gia công và 1 ÷ 2,5% tản vào môi trường xung quanh. Nhiệt gây ra nhiều tác hại lớn cho gia công cắt gọt, là một trong những nguyên nhân chủ yếu hạn chế năng suất cắt gọt. Đối với chi tiết gia công, nhiệt lượng truyền sang đó sẽ được dự trữ để gây tác hại cho dao mặt khác còn làm giãn nở chi tiết làm đo kiểm khó chính xác. Tuy phôi bị nóng mềm hơn nên dễ cắt gọt hơn, song ảnh hưởng xấu là cơ bản [8]. Khi không dùng dung dịch trơn nguội thì một phần nhiệt cắt sẽ phân tán vào không khí, nhưng nếu có dung dịch trơn nguội thì một phần nhiệt sẽ phân tán vào dung dịch trơn nguội đó. Kết quả của tác dụng dòng nhiệt là nhiệt sẽ phân tán vào phoi, dao cắt, chi tiết và không gian xung quanh. Trong khi cắt gọt kim loại, cần phải tận dụng làm cho nhiệt truyền vào dao ít nhất, do đó cần phải dùng dung dịch trơn nguội để dao cắt tản bớt nhiệt, tăng thêm tuổi thọ cho dao phay [10]. Khi phay cứng bằng dao gắn mảnh hợp kim cứng rất dễ xảy ra hiện tượng nứt mẻ lưỡi dao nếu có va đập và thay đổi nhiệt độ đột ngột. Nên khi tưới dung dịch trơn nguội phải tưới liên tục và đủ lưu lượng tuyệt đối không được tưới nhỏ giọt hoặc gián đoạn [10]. Phay cứng ngày càng quan trọng bởi nó có khả năng gia công được các chi tiết quan trọng có độ cứng, độ bền cao. Do đó vấn đề nâng cao hiệu quả sản xuất khi phay cứng ngày càng đặt ra bức thiết. Với các vấn đề phay cứng trên thì Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 MQL tự nó thể hiện là một giải pháp khả thi đối với phay cứng để nhận được mòn dao chậm trong khi vẫn duy trì được công suất cắt và nhiệt độ cắt ở mức độ thích hợp. Tuy nhiên, mới chỉ có một số ít tài liệu chứng minh hiệu quả của MQL do đó cần phải tiếp tục nghiên cứu tính khả thi của MQL trong quá trình gia công cứng. 2.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Yêu cầu nâng cao hiệu quả phay thép đã tôi ngày càng tăng do sự gia tăng sử dụng thép có độ cứng, độ bền cao trong công nghệ chế tạo máy (ví dụ như trong công nghiệp ôtô [17]). Phay cứng cho phép chúng ta có thể bỏ được hoặc giảm bớt được nguyên công mài trong quá trình chế tạo chi tiết. Trên thế giới và Việt Nam đã có một số nghiên cứu về công nghệ MQL và đã đạt được những thành công nhất định ở một số lĩnh vực trong công nghệ kim loại nhưng công nghệ MQL vẫn rất cần được nghiên cứu thêm để làm rõ hiệu quả bôi trơn làm nguội của nó và mở rộng ứng dụng MQL vào thực tế sản xuất. Chúng ta biết rằng, trong công nghệ MQL có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công và chất lượng sản phẩm như: loại dung dịch, phương pháp gia công, tính chất của cặp vật liệu dao-phôi, lưu lượng tưới dung dịch trơn nguội, áp suất khí nén phun vào vùng cắt.... Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng công nghệ MQL vào phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu trong điều kiện cụ thể của nước ta. Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu mòn và cơ chế mòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mòn và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu sử dụng công nghệ MQL. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 - So sánh tuổi bền của dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít. Với các vấn đề cần nghiên cứu trên, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong đó nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Mô hình nghiên cứu thực nghiệm như sau: Đầu vào ⇒ Phay cứng ⇒ Đầu ra - Phương pháp tưới (khô và MQL) - Loại dung dịch trơn nguội (emunxi và dầu lạc) Phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít - Mòn dao - Cơ chế mòn dao - Tuổi bền dao - Nhám bề mặt chi tiết Chương 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 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: Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 - 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 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 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 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 cứng thép 65Γ đã tôi 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. - Dụng cụ cắt: dao phay mặt đầu gắn mảnh cácbít tam giác P15 (79% WC, 15% TiC, 6% Co), độ cứng HRA ≥ 90, hãng Sandvic Coromant Thụy Điển. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 - Phôi: Thép lò xo 65Γ (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%) đã tôi, độ cứng HRC = 35 ÷ 40, kích thước phôi: 350 x 35 x 5. - Dung dịch trơn nguội: dầu lạc, dầu emunxi. - 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: 4 bar. - 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. - Máy đo nhám: SJ-201 Mittutoyo, Nhật Bản. - Máy chụp tế vi bề mặt dao: Máy chụp hiển vi điện tử TM-1000, Nhật Bản. - Chế độ cắt: vận tốc cắt Vc = 87 m/ph, lượng tiến dao S = 28 mm/ph, chiều sâu cắt: t = 0,3 mm. 3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 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 so sánh hiệu quả gia công của phương pháp gia công MQL và gia công khô khi phay thép 65Γ đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít. Từ đó xác định được phương pháp gia công phù hợp cho phay cứng mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu cácbít. Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của các các phương pháp 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; Trình tự tiến hành thí nghiệm Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Phay mặt phẳng thép 65Γ đã tôi có bề rộng 35 mm, chiều sâu cắt 0,3 mm bằng dao phay mặt đầu cácbít với các thông số công nghệ: n = 200 vòng/phút, s = 28 mm/phút, v = 87 m/phút. Sau mỗi khoảng thời gian cắt 60 phút (tương ứng với chiều dài cắt 6 x 350 = 2100 mm) mảnh dao được lấy ra để chụp ảnh hiển vi điện tử mòn dao, đo mòn. Sau mỗi thời gian cắt 10 phút (tương ứng với chiều dài cắt là 350 mm) tiến hành đo nhám bề mặt chi tiết. Khi gia công sử dụng dung dịch và các phương pháp tưới dung dịch trơn nguội như sau: - Gia công khô. - Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng emunxi với áp suất P = 4 KG/cm2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. - Bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc với áp suất P = 4 KG/cm2, lưu lượng Q = 0,22 ml/phút. 3.2.1 Mòn và cơ chế mòn dao 1. Mòn và cơ chế mòn mặt trước 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 3.3 (so sánh mòn 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. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Hình 3.3. Ảnh so sánh mòn mặt trước dao (a) gia công khô sau khi cắt 300 phút, (b) ảnh phóng to của (a), (c) gia công MQL-emunxi sau khi cắt 300 phút, (d) ảnh phóng to của (b), (e) gia công MQL-dầu lạc sau khi cắt 300 phút, (f): ảnh phóng to của (e). - Mòn mặt trước dao khi so sánh gia công khô với MQL (emunxi và dầu lạc) ta thấy mức độ mòn mặt trước khi gia công với MQL-emunxi là thấp nhất, sau đó đến gia công khô và mòn mặt trước của MQL-dầu lạc là lớn nhất. Khi gia công khô, bề rộng vùng mòn mặt trước tăng dần đặc biệt chiều sâu mòn vùng 1 (b) (a) (c) (d) (e) (f) Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 phát triển rất nhanh. Khi gia công MQL-emunxi, bề rộng vùng mòn tăng chậm, chiều sâu mòn vùng 1 nhỏ hơn nhiều so với gia công khô. Khi gia công MQL- dầu lạc 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 này có thể do độ nhớt của dung dịch emunxi thấp nên các phần tử emunxi 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 khô. Đối với dầu lạc, 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. 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 3.4 (so sánh mòn mặt sau). 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 khô và MQL ta thấy mòn mặt sau ứng với MQL-emunxi là thấp nhất, sau đó đến gia công khô và mòn mặt sau của MQL-dầu lạc là lớn nhất. Bề rộng và mức độ phát triển vết mòn mặt sau của MQL-emunxi nhỏ hơn khi gia công khô. Bề rộng và mức độ phát triển vết mòn mặt sau của MQL-dầu lạc lớn hơn nhiều so với gia công khô và MQL- emunxi. Nguyên nhân của kết quả này có thể do độ nhớt của dầu lạc cao khó xâm Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 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. Hình 3.4. Ảnh so sánh mòn mặt sau dao (a) gia công khô sau khi cắt 180 phút, (b) ảnh phóng to của (a), (c) gia công MQL-emunxi sau khi cắt 180 phút, (d) ảnh phóng to của (b), (e) gia công MQL-dầu lạc sau khi cắt 180 phút, (f): ảnh phóng to của (e). (b) (a) (c) (d) (e) (f) Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 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 2 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: Đ ộ m òn m ặt sa u (m m ) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 60 120 180 240 300 Khô Emunxi Dầu lạc Thời gian cắt t (phút) Hình 3.5. Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t Từ biểu đồ hình 3.5 ta có mức độ mòn mặt sau của các phương pháp gia công xếp theo chiều tăng là: MQL-emunxil, gia công khô và MQL-dầu lạc. Nếu lấy độ mòn mặt sau ứng với gia công MQL-emunxil là 0,52 mm (tương ứng với thời gian cắt 300 phút) làm độ mòn giới hạn thì ta có kết quả tuổi bền dao ghi trong bảng 3, phụ lục 2. Dùng Phần mềm EXCEL ta có biểu đồ so sánh tuổi bền dao như hình 3.6. Từ biểu đồ ta thấy tuổi bền dao ta có các tỉ lệ: tuổi bền dao MQL-emunxi/tuổi bền dao gia công khô = 300/209 ≈ 1,44; tuổi bền dao MQL- dầu lạc/tuổi bền dao gia công khô = 180/209 ≈ 0,86. Như vậy khi gia công MQL- emunxi đã tăng được đáng kể tuổi bền dao. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 T uổ i b ền c ủa d ao (p hú t) 0 50 100 150 200 250 300 Khô Emunxi Dầu lạc [u]=0.52 (mm) Các loại dung dịch trơn nguội Hình 3.6. Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép 3.2.1 Độ nhám bề mặt chi tiết Kết quả độ nhám bề mặt chi tiết được tổng hợp trong bảng 1, 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: Đ ộ h á R a ( µm ) 0 1 2 3 4 5 6 10 30 50 70 90 11 0 13 0 15 0 17 0 19 0 21 0 23 0 25 0 27 0 29 0 Khô Emunxi Dầu lạc Thời gian cắt t (phút) Hình 3.7. Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Từ biểu đồ hình 3.7 ta thấy độ nhám bề mặt chi tiết khi dùng phương pháp MQL cao hơn gia công khô, trong đó độ nhám bề mặt chi tiết khi bôi trơn làm nguội tối thiểu bằng dung dịch emunxi là tốt nhất. Có kết quả này là do vòi phun dung dịch trơn nguội MQL 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. 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 - Cơ chế mòn dao phay mặt đầu cácbít khi phay phẳng thép đã tôi là mòn do hạt mài và tiếp xúc. Cơ chế mòn dao khi gia công 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 dung dịch emunxi mang lại hiệu quả phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít hơn hẳn gia công khô. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 Chương 4 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 1. Nhu cầu nâng cao hiệu quả phay phẳng thép đã tôi 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], có thông tin cho rằng cắt khô hoàn toàn khi so sánh với tưới tràn giảm được lực cắt 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 “Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao và độ nhám bề mặt khi phay phẳng thép 65Γ đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít” nhằm nâng cao hiệu quả phay cứng và 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 khô và gia công MQL thép đã tôi để so sánh hiệu quả gia công MQL so với gia công khô. 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 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 thuyết về bôi trơn làm nguội tối thiểu khi phay bằng dao phay mặt đầu như tác dụng của dung dịch trơn nguội, c ác loại dung dịch dùng trong MQL, phương pháp dẫn dung dịch trơn nguội vào vùng cắt, 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 gia công khô và gia công 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 phẳng thép đã tôi 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 dung dịch emunxi mang lại hiệu quả phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít hơn hẳn gia công khô. 4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Để hoàn thiện việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp gia công MQL vào phay cứng bằng dao phay mặt đầu cácbít cần nghiên cứu thêm các nội dung sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun, lưu lượng tưới, một số hóa chất có trong dầu thực vật đến hiệu quả phay cứng 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. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 - 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 cứng - 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. 7. Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2006. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 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), .masterchemical.com, 2006. 17. Jim lorincz, Senior, The right solutions for coolant, @sme.org, 2007. Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 PHỤ LỤC Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO (a) (b) (c) (d) Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 (e) (f) Hình 1. Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công khô. (a) sau khi gia công 60 phút, (b) sau khi gia công 120 phút, (c) sau khi gia công 180 phút, (d) sau khi gia công 240 phút, (e) sau khi gia công 300 phút, (f): ảnh phóng tọa độ của (d). (a) (b) (c) (d) Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 (e) (f) Hình 2. Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công MQL-emunxi. (a) sau khi gia công 60 phút, (b) sau khi gia công 120 phút, (c) sau khi gia công 180 phút, (d) sau khi gia công 240 phút, (e) sau khi gia công 300 phút, (f): ảnh phóng tọa độ của (e). (a) (b) Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 (c) (d) (e) (f) Hình 3. Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công MQL-dầu lạc. (a) sau khi gia công 60 phút, (b) sau khi gia công 120 phút, (c) sau khi gia công 180 phút, (d) sau khi gia công 240 phút, (e) sau khi gia công 300 phút, (f): ảnh phóng tọa độ của (e). (a) (b) Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 (c) (d) (e) (f) Hình 4. Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công khô. (a) sau khi gia công 60 phút, (b) sau khi gia công 120 phút, (c) sau khi gia công 180 phút, (d) sau khi gia công 240 phút, (e) sau khi gia công 300 phút, (f): ảnh phóng tọa độ của (d). (a) (b) Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 (c) (d) (e) (f) Hình 5. Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công MQL-emunxi. (a) sau khi gia công 60 phút, (b) sau khi gia công 120 phút, (c) sau khi gia công 180 phút, (d) sau khi gia công 240 phút, (e) sau khi gia công 300 phút, (f): ảnh phóng tọa độ của (e). Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 6. Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công MQL-dầu lạc. (a) sau khi gia công 60 phút, (b) sau khi gia công 120 phút, (c) sau khi gia công 180 phút, (d) sau khi gia công 240 phút, (e) sau khi gia công 300 phút, (f): ảnh phóng tọa độ của (d). Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 Phụ lục 2. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM Bảng 1. Số liệu độ nhám Ra, Rz TT Thời gian (phút) Gia công khô MQL - Dầu lạc MQL - Emunxi Ra (µm) Rz (µm) Ra (µm) Rz (µm) Ra (µm) Rz (µm) 1 10 1,2 7,64 1,1 6,36 0,72 4,5 2 20 1,25 8,38 1,05 6,88 0,79 4,15 3 30 1,29 9,32 1,17 7,2 0,79 4,57 4 40 1,52 9,83 1,3 7,3 0,88 4,53 5 50 1,68 10,26 1,36 7,8 1,02 4,69 6 60 1,85 10,69 1,41 8,16 1,1 4,95 7 70 2,06 11,05 1,6 8,38 1,18 4,91 8 80 2,36 11,71 1,73 9,1 1,16 4,71 9 90 2,35 11,71 1,64 9,11 1,21 5,92 10 100 2,6 12,93 1,86 9,47 1,11 6,14 11 110 2,51 13,29 1,69 9,78 1,28 5,85 12 120 2,74 14,09 1,9 11,13 1,47 6,29 13 130 2,9 14,81 2,13 11 1,4 6,86 14 140 2,95 14,6 2,28 10,84 1,6 7,44 15 150 3,17 15,39 2,33 11,27 1,66 7,51 16 160 3,2 16,11 2,49 12,14 1,71 7,59 17 170 3,51 16,33 2,44 12,14 1,59 7,66 18 180 3,51 17,12 2,63 13,22 1,69 8,38 19 190 3,37 16,91 2,92 12,72 2 8,31 20 200 3,51 17,7 2,8 13,73 2,04 8,82 21 210 4 18,57 2,71 13,56 1,76 9,47 22 220 4,36 18,06 3,27 14,52 2,07 9,9 Luận văn thạc sĩ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 23 230 4,31 18,57 3,35 14,67 2,09 10,55 24 240 4,31 18,5 3,68 14,31 2,14 11,27 25 250 4,72 18,57 3,58 14,45 2,44 10,05 26 260 4,7 19,08 3,72 14,23 2,46 11,49 27 270 4,52 20 3,58 14,88 2,65 11,34 28 280 4,71 20,16 3,49 15,68 2,63 11,71 29 290 4,79 20 3,53 15,5 2,61 11,71 30 300 5,03 20,45 3,53 16,04 2,51 12,93 Bảng 2. Số liệu độ mòn mặt sau dao TT Thời gian (phút) Độ mòn mặt sau (mm) Gia công khô MQL - Dầu lạc MQL - Emunxi 1 60 0,1 0,2 0,06 2 120 0,2 0,37 0,14 3 180 0,41 0,51 0,21 4 240 0,62 1,27 0,38 5 300 1,05 1,52 0,52 Bảng 3. Tuổi thọ dao ứng với độ mòn mặt sau cho phép [u] = 0,52 mm Loại dung dịch Tuổi thọ dao (phút) Gia công khô 209 MQL - Dầu lạc 180 MQL - Emunxi 300