Luận văn Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) đã qua tôi

Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Phoi sạch. - Không gây ô nhiễm môi trường. - Không gian làm việc sạch. + Nhược điểm - Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công. - Nhiệt độ chi tiết cao. 1.7. TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI. 1.6.1. Khái quát về tình hình nghiên cứu trên thế giới. Bôi trơn-làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong ngành cơ khí. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu với các hướng chủ yếu như: - Nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn - làm nguội, tiết kiệm dung dịch bôi trơn làm nguội. - Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt. - Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với môi trường... Do những hạn chế của phương pháp tưới tràn nên từ những năm 90 của thế kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển như CHLB Đức, Thuỵ Điển... đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Do có nhiều ưu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường nên công nghệ này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất. Hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề: - Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại dầu... - Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tưới tối ưu. - Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. - Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bôi trơn... - 35 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng, trong gia công tốc độ cao... Các nghiên cứu đã chứng minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu so với các phương pháp tưới truyền thống hay gia công khô [1], [3]. Trong nghiên cứu của Ronan Autret [1] đối với quá trình tiện cứng cho thấy bôi trơn tối thiểu có ưu điểm hơn hẳn so với gia công khô về nhám bề mặt, lực cắt và nhiệt cắt. 1.6.2. Khái quát về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam. Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ được tiếp cận trong vài năm trở lại đây. Các nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức [5] khi tiện cắt đứt và phay răn răng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn như Emuxi, dầu lạc và dầu D40 cho thấy những ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu. Nghiên cứu của. Nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức, ThS. Phạm Quang Đồng [7] khi áp dụng bôi trơn tối thiểu cho quá trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho thấy những ưu điểm của phương pháp này như làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 1.6.3. Dự kiến vấn đề nghiên cứu. Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng chưa được nghiên cứu. Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu "Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi" - 36 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 2: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN TỐI THIỂU KHI TIỆN CỨNG 2.1. BÔI TRƠN - LÀM NGUỘI TỐI THIỂU 2.1.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện Đối với quá trình tiện thường nói chung, khi tiện thô thì chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt nhỏ. Khi áp dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vào quá trình tiện phải đảm bảo sao cho dung dịch có thể xâm nhập được vào vùng cắt để phát huy tối đa tính bôi trơn và làm nguội. Trong công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vai trò của dung dịch bôi trơn làm nguội có nhiệm vụ chủ yếu là bôi trơn. Còn quá trình làm nguội chủ yếu là 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: - Khả năng tạo thành các hạt sương mù của dung dịch. - Khả năng xâm nhập của các hạt sương mù vào vùng cắt. - Khả năng dính bám 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 thân thiện với môi trường. Vì vậy, dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài các yêu cầu chung như tưới tràn cần chú ý chọn thoả mãn các điều kiện trong đó đặc biệt chú ý là độ nhớt hợp lý, nhiệt độ hoá hơi cao và không độc hại. Loại dung dịch thường dùng có thể là dung dịch Emuxi có pha thêm dầu thực vật hoặc các loại dầu nhờn hoặc là dầu thực vật. Khi tiện cũng như khi gia công cắt gọt, việc áp dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu cần chú ý đến kiểu dẫn dung dịch vào vùng cắt. Hiệu quả của phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu 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 - 37 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chỉnh của bản thân thiết bị bôi trơn và làm nguội, 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 làm nguội là cao nhất. Có thể sử dụng một số sơ đồ dẫn dung dịch như sau: * Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao. (hình 2.1) + Ưu điểm: - Áp lực khí đủ lớn sẽ nâng cánh phoi lên kết hợp với phôi quay như vậy sẽ đưa dung dịch vào ngập trong vùng cắt. - Không gian bố trí vòi phun dễ dàng. + Nhược điểm. - Nếu áp lực không đủ lớn thì khả năng bôi trơn là không tối ưu. - Khả năng nâng phoi sẽ không tốt nếu trong trường hợp chiều dày phoi lớn. Trong bôi trơn tối thiểu cần chú ý cách phun này. Nếu dùng trong bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn thì ý nghĩa không lớn vì lượng dung dịch vào vùng cắt chỉ đạt 50-60%, phần nhiều lượng dung dịch sẽ bị dẫn ra ngoài theo hướng trượt của phoi, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn rất khó, sự tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao là tiếp xúc chặt, trong điều kiện đó dung dịch trơn nguội chỉ có thể xâm nhập khu vực cắt nhờ có những khoảng chân không hình thành giữa phoi và dao. Khoảng chân không như vậy có thể hình thành nhờ có lẹo dao. Lúc Hình 2.1. Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao - 38 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên lẹo dao 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 làm nguội 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 và phoi, lúc này phoi sẽ trượt trên mặt trước của dao trên màng dầu. * Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao (hình 2.2). Khi phun dung dịch 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 ở 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 chiều không mong muốn. Còn 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. Hình 2.2. Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao - 39 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên * 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: - Áp lực dòng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu khỏi vùng gia công không để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ, 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, mặt sau của dao và chi tiết. Áp lực dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên bề mặt chi tiết tạo thành hình nêm giúp làm biến dạng dẻo bề mặt chi tiết bị biến cứng. Yếu tố này cho ta thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các vết nứt tế vi trên chi tiết phụ thuộc vào áp lực dòng khí lớn hay nhỏ. - Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử dung dịch vào 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 nhằm nâng cánh phoi lên khỏi mặt trước dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dòng khí cũng đẩy dung dịch vào trong vùng gia công hiệu quả nhất. Vậy cánh phoi có thể xem như chiếc ca nô lướt trên mặt nước phẳng lặng. - 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 sẽ 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 áp suất 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 trên 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. Nêu áp suất dòng khí quá lớn: - 40 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 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 bé: - 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 vật, 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. 2.1.2. Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện cứng. Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép qua tôi cứng. Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn. Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian. Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết. Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng. Tiện cứng là một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường> 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành - 41 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4µm, rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công tinh. Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn (các trục ngắn), con lăn,.. tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,.. Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp. Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này. Các máy tiện thông thường có thể được dùng nếu đáp ứng được các yêu cầu trên. Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA, DNMA, TNG,…nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người ta phân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình (khoảng 72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt. So với những mảnh cácbít thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng kể (từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều. Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng. Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh độ cứng vật liệu từ 55-67HRC, V = 80-160 (m/ph), S = 0,04-0,08 (mm/vg); t = 0,1-0,5mm; với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45-60HRC, V = 120-180 (m/ph), S = 0,02-0,04 (mm/vg), t = 0,02-0,3mm. Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước đến ±0,01mm hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt đạt rất nhỏ. - 42 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất dư nén khi gia công (tnhỏ), điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ bền mỏi cao. Song với mài lại là một bất lợi. Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau: - Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm. - Giảm chi phí đầu tư thiết bị và tăng độ chính xác gia công. - Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn và cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu. - Gia công được các contour phức tạp. - Có thể chọn gia công khô hoặc có dung dịch trơn nguội. Mặc dù vậy tiện cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (tmin) thì quá trình cắt không thể thực hiện được. Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hướng công nghệ mới để đạt được các mục đích này. Nhưng phải đến những năm 1990, với sự phát triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phương thì tiện cứng mới được áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy. Tiện cứng đã thực sự trở thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi cứng. Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung. Tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh dao thường có giá thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quan trọng bởi trong quá trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gian máy,… ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và tính cạnh tranh trên thị trường. Việc áp dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng là rất cần thiết vừa để nâng cao chất lượng của sản phẩm vừa có thể tăng được tuổi thọ của dao từ đó làm giảm giá thành dụng cụ cắt. - 43 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tuy nhiên quá trình tiện cứng là quá trình cắt với tốc độ cao, chiều sâu cắt nhỏ, do đó nhiệt cắt sinh ra rất lớn. Đối với quá trình tiện cứng, do nhiệt cắt sinh ra rất lớn nên việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình này chỉ nhằm mục đích bôi trơn làm giảm ma sát giữa mặt sau của dao và chi tiết gia công, giữa phoi và mặt trước của dao. Do chiều dày phoi khi tiện cứng nhỏ nên với áp lực khí đủ lớn có thể sẽ nâng được cánh phoi và tạo nên màng dầu ngăn cách giữa chi tiết gia công và dao. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng như áp suất của dòng khí, lưu lượng tưới dung dịch bôi trơn. Lưu lượng tưới và áp suất dòng khí phải đảm bảo để tạo nên dung dịch tưới dạng sương mù và xâm nhập được vào vùng cắt. Độ nhớt của dầu bôi trơn cũng ảnh hưởng đến việc tạo sương mù. 2.2. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU * Giới hạn vấn đề nghiên cứu Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu và quá trình tiện cứng trong điều kiện cụ thể ở nước ta. Trong phạm vi của đề tài này, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết một số vấn đề sau: - Nghiên cứu mòn và cơ chế mòn dao khi tiện thép đã tôi thể tích (độ cứng 56 - 58 HRC) bằng dao tiện gắn mảnh CBN ở hai chế độ gia công khô và bôi trơn tối thiểu. - Nghiên cứu ứng dụng dầu thực vật của Việt Nam vào quá trình bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng. - So sánh giữa hai phương pháp bôi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng qua các chỉ số về mòn dao, về nhám bề mặt và cơ chế mòn thông qua các ảnh chụp mòn dao. Với các vấn đề nghiên cứu như trên, tác giả đưa ra mô hình nghiên cứu thực nghiệm như sau: - 44 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đầu vào Tiện cứng Đầu ra * Phương pháp gia công Tiện tinh ngoài thép 9CrSi đã tôi bằng dao tiện gắn mảnh CBN + Cơ chế mòn dao + Bôi trơn tối thiểu + Mòn dao + Gia công khô + Tuổi bền dao + Nhám bề mặt chi tiết * Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm. Trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. - 45 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SO SÁNH GIỮA BÔI TRƠN TỐI THIỂU VÀ GIA CÔNG KHÔ KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi ĐÃ QUA TÔI 3.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam với phương pháp gia công khô. Qua đó đánh giá được những ưu nhược điểm của bôi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng. 3.2. THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.2.1. Yêu cầu của hệ thống thiết bị bôi trơn tối thiểu Hệ thống thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đáp ứng được yêu cầu lý thuyết cần nghiên cứu. - Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và ổn định. - Đảm bảo việc thu thập, lưu trữ và xử lý số liệu thuận lợi. - Đảm bảo tính khả thi. - Sử dụng đơn giản, đảm bảo tính linh hoạt cao nghĩa là có thể sử dụng cho nhiều loại máy công cụ. - Đảm bảo tính kinh tế. 3.2.2. Thiết kế và xây dựng hệ thống. 3.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. Ở nghiên cứu này, tác giả sử dụng hệ thống bôi trơn tối thiểu được bố trí vòi phun trực tiếp vào mặt sau của dao. Hệ thống bôi trơn tối thiểu phải đảm bảo các yêu cầu: - Áp suất dòng khí nén phải ổn định và điều chỉnh được trong phạm vi cần thiết. Việc điều chỉnh phải dễ dàng, thuận lợi. - 46 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Lưu lượng dòng chất lỏng phải ổn định, khả năng tạo sương mù tốt. Phải điều chỉnh được lưu lượng một cách chủ động và độc lập với việc điều chỉnh áp suất dòng khí. - Dễ chế tạo, lắp đặt và sử dụng. Để đáp ứng các yêu cầu trên theo nguyên lý hoạt động của hệ thống phun dung dịch, tác giả sử dụng hệ thống phun có dòng khí nén trộn trực tiếp với dung dịch trơn nguội tạo thành sương mù phun trực tiếp vào vùng cắt. Sơ đồ nguyên lý như hình 3.1 4 5 6 10 20 30 1 2 3 7 8 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý đầu phun. 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 bình 8 sẽ theo hệ thống ống dẫn và van điều chỉnh lưu lượng 7 vào buồng 4. Tại đây dung dịch trơn nguội được trộn lẫn với dòng khí nén tạo thành sương mù phun 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. - 47 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 48 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết cấu đầu phun như hình 3.2. Ưu điểm của sở đồ này là: - Kết cấu đầu phun đơn giản. - Dung dịch được phun vào vùng cắt dưới dạng sương mù nên khả năng thẩm thấu tốt, hiệu quả bôi trơn cao. - Dòng khí nén áp lực cao sẽ đẩy nhiệt, phoi ra khỏi vùng cắt nên hiệu quả của quá trình làm nguội cao. Nhược điểm: Lưu lượng tưới phụ thuộc vào áp lực dòng khí nên việc điều chỉnh lưu lượng gặp nhiều khó khăn. 3.2.2.2. Thiết bị cung cấp khí nén. Tuỳ điều kiện cụ thể mà có thể sử dụng hệ thống cung cấp khí nén trung tâm hoặc sử dụng các máy nén khí độc lập. Ở đây tác giả sử dụng máy nén khí độc lập như hình 3.3 Hình 3.2. Đầu phun Hình 3.3. Máy nén khí - 49 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Các thiết bị trên được kết nối thành hệ thống hoàn chỉnh. Hệ thống này có ưu điểm: - Đáp ứng được các yêu cầu của một hệ thống bôi trơn tối thiểu. - Thiết bị khá đơn giản, dễ kiếm trên thị trường (trừ đầu phun). - Tính linh hoạt cao, có thể sử dụng cho tất cả các loại máy công cụ và việc áp dụng vào thực tiễn rất thuận lợi. 3.2.2.3. Thiết bị đo. Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu và thu thập số liệu. tác giả sử dụng một số loại dụng cụ đo sau: * Panme đo ngoài điện tử 0-25; 0,0001 mm. Mitutoyo - Nhật bản. * Máy đo nhám Mitutoyo SJ-201 (Nhật bản). * Máy chụp mòn dao: Sử dụng kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản, có độ phóng đại 10.000 lần. Hình 3.5. Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản Hình 3.4- Máy đo nhám cầm tay Mitutoyo SJ-201 - 50 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.2.2.3. Dung dịch trơn nguội. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng dung dịch bôi trơn là dầu lạc. Dầu lạc là loại dầu sẵn có ở Việt Nam, việc sử dụng làm dung dịch bôi trơn sẽ không gây ô nhiễm môi trường. 3.2.2.4. Máy công cụ. Sử dụng máy tiện vạn năng OKUMA LS365, Nhật Bản. 3.2.2.4. Dụng cụ cắt. Với mục đích nghiên cứu là ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào tiện cứng, tác giả sử dụng dao tiện gắn mảnh CBN Mảnh dao: Sử dụng mảnh dao CBN: TPGN 160308 T2100 Hình 3.6. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng KANELA) Hình 3.7. Mảnh dao CBN: TPGN 160308 - 51 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.2.2.5. Phôi gia công. Thép 9CrSi (9XC). L = 350 mm, Ø62, tôi thể tích đạt độ cứng 56 - 58 HRC. Thành phần hoá học: Nguyên tố hoá học C Si P Mn Ni Cr Mo Hàm lƣợng (%) 0,8623 1,2351 0,0241 0,58613 0,03216 1,113 0,01917 Nguyên tố hoá học V Cu W Ti Al Fe Hàm lƣợng (%) 0,14987 0,28763 0,1768 0,0299 0,0011 95,4722 3.3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. 3.3.1. Mục đích nghiên cứu. Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn tối thiểu sử dụng dầu lạc với phương pháp gia công khô về mòn dao và độ nhám bề mặt chi tiết gia công khi gia công tinh thép 9XC đã qua tôi (đạt độ cứng 55 - 60 HRC). Qua đó đánh giá được ưu nhược điểm của bôi trơn tối thiểu so với gia công khô. Các chỉ tiêu đánh giá là các thông số công nghệ của quá trình gia công gồm: - Cơ chế mòn của dao (qua chụp ảnh mòn dao bằng kính hiển vi điện tử). - Độ mòn của dao. - Nhám bề mặt gia công. 3.3.2. Quá trình thí nghiệm. 3.3.2.1. Bố trí trang thiết bị thí nghiệm. Máy tiện vạn năng OKUMA LS365, Nhật Bản. Dao tiện gắn mảnh CBN. Vật liệu phôi: thép 9XC đã qua tôi (đạt độ cứng 55-60HRC). Kích thước phôi: L = 350 mm, Ø62 - 52 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Cách bố trí đầu phun như hình 2.2. 3.3.2.2. Chế độ công nghệ. Tiện tinh ngoài với các thông số công nghệ: Tốc độ vòng quay trục chính: n = 1970 vòng/phút Lượng chạy dao : S = 0,1 mm/vòng Chiều sâu cắt : t = 0,15 mm. Khi gia công sử dụng hai phương pháp là gia công khô và gia công có bôi trơn tối thiểu. Gia công có bôi trơn tối thiểu sử dụng dung dịch bôi trơn là dầu lạc. Áp suất khí P = 5 KB/cm2, lưu lượng 0,22 ml/phút. Vòi phun được bố trí phun vào mặt sau của dao (hình 3.8). 3.3.2.3. Tiến trình thí nghiệm. Tiến trình gia công được tiến hành theo 2 quá trình gia công. * Quá trình gia công sử dụng bôi trơn tối thiểu. Phôi gia công có chiều dài 350 mm. Mỗi lượt sẽ gia công chiều dài 300 mm (3,25 phút) với chế độ cắt được giữ không đổi. Sau mỗi lượt cắt sẽ tiến hành đo nhám bề mặt của chi tiết. Khi gia công bằng phương pháp bôi trơn tối thiểu, sử dụng 3 mảnh dao CBN. Mảnh 1 gia công 5 lượt cắt tương ứng với 16,25 phút gia công. Mảnh 2 gia công 10 lượt cắt tương ứng với 32,5 phút gia công. Mảnh 3 gia công 15 lượt cắt tương ứng với 48,75 phút gia công. * Quá trình gia công khô. Phôi gia công và chế độ cắt được giữ nguyên như khi bôi trơn tối thiểu. Sử dụng 3 mảnh dao trong quá trình gia công khô. Mảnh 4 gia công 5 lượt cắt tương ứng với 16,25 phút gia công. Mảnh 5 gia công 10 lượt cắt tương ứng với 32,5 phút gia công. Mảnh 6 gia công 15 lượt cắt tương ứng với 48,75 phút gia công. Sau mỗi lượt cắt tiến hành đo nhám bề mặt của chi tiết gia công. Các mảnh dao được đánh số thứ tự theo trình tự gia công. * Chụp ảnh mòn dao. - 53 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Các mảnh dao sau khi gia công sử dụng kính hiển vi điện tử TM-1000 Hitachi, Nhật Bản, có độ phóng đại 10.000 lần để tiến hành chụp mòn mặt trước và mặt sau của dao. Căn cứ vào các ảnh chụp thu được, đo được độ mòn của dao và tìm hiểu cơ chế mòn. 3.3.2.4. Các số liệu thí nghiệm. * Số liệu thí nghiệm được tổng hợp từ phụ lục 1 đến phụ lục 3. * Xử lý kết quả thí nghiệm: a) Cơ chế mòn của dụng cụ cắt. Ảnh chụp mòn dụng cụ cắt được trình bầy trong phụ lục 3. Kết quả quan sát các mảnh dao sau khi tiện tinh trên kính hiển vi điện tử cho thấy các mảnh dao khi gia công khô và gia công có bôi trơn tối thiểu đều bị mòn cả mặt trước và mặt sau. + Mòn mặt trước dụng cụ. Hình 3.8. Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút. a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô a b - 54 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nhận xét: Từ ảnh chụp mặt trước của dao cho thấy, mòn xẩy ra trên mặt trước của dụng cụ đối với cả hai phương pháp gia công khô và bôi trơn tối thiểu có thể chia ra thành 3 vùng rõ rệt theo phương thoát phoi thông qua mức độ bám dính của vật liệu dụng cụ cắt với mặt trước. Vùng 1 là vùng ngay sát lưỡi cắt với những vết biến dạng dẻo do các hạt cứng gây nên; vùng 2 tiếp theo với sự dính nhẹ của vật liệu gia công lên mặt trước, vùng 3 là vùng phoi thoát ra khỏi mặt trước. Quan sát ảnh chụp mảnh dao khi tiện ở 16,25, 32,5 và 48,75 phút gia công (hình 3.8, hình 3.9, hình 3.10) đều cho thấy vật liệu gia công dính tập trung ở vùng phoi thoát ra phỏi mặt trước của dụng cụ cắt chứ không phải ở vùng gần lưỡi cắt. Chiều dài tiếp xúc phoi và mặt trước tăng dần từ mũi dao đến vùng tiếp Hình 3.9. Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô a b Hình 3.10. Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô a b - 55 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xúc giữa bề mặt tự do của phoi với mặt trước đối với cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu. Vùng 1 ngay sát lưỡi cắt là vùng mà lớp vật liệu gia công sát mặt trước dính và dừng trên mặt trước tạo nên vùng biến dạng thứ 2 trên phoi. Quan sát hình ảnh cho thấy vùng này mòn đã tạo nên một mặt trước phụ với góc trước phụ âm. Qua hình ảnh chụp mòn mặt trước cho thấy chiều rộng của vùng này đối với gia công khô và bôi trơn tối thiểu là khác nhau. Cả 3 thời gian khi tiện ở 16,25, 32,5 và 48,75 phút đều cho thấy chiều rộng của vùng 1 khi gia công có bôi trơn tối thiểu bé hơn nhiều so với khi gia công khô. Điều này có nghĩa là vùng 2 khi gia công có bôi trơn tối thiểu tiến sát về lưỡi cắt hơn khi gia công khô. Việc tạo ra góc trước phụ âm ở vùng 1 ngay sát lưỡi khi gia công là kết quả không mong muốn vì điều này sẽ làm cho phoi bị trượt ngược lại tạo nên lớp biến trắng trên bề mặt gia công. Có thể giải thích hiện tượng này là do khi bôi trơn tối thiểu, dung dịch bôi trơn được phun trực tiếp vào vùng cắt làm giảm ma sát giữa mặt trước của dao với phoi làm cho phoi trượt dễ dàng hơn trên mặt trước, hơn nữa áp lực khí nén cũng giúp nâng cánh phoi làm cho vùng 2 tiến sát hơn vào phía lưỡi cắt. Quan sát trên toàn bộ chiều dài lưỡi cắt ở vùng sát lưỡi cắt (vùng 1) cho thấy khi bôi trơn tối thiểu các rãnh biến dạng dẻo do cào xước của các hạt cứng trên bề mặt ở vùng này ít hơn so với khi gia công khô thể hiện rõ trên hình 3.11. Hình 3.11. Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô a b - 56 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Điều này chứng tỏ dung dịch bôi trơn đã thâm nhập vào vùng cắt và tạo nên màng dầu bôi trơn giữa phoi và mặt trước dao và ma sát giữa các hạt cứng với lưỡi cắt giúp chúng dễ dàng trượt ra khỏi bề mặt gia công. Vùng 2 là vùng dính của vật liệu gia công, vùng này phát triển từ mũi dao và tăng dần về phía vùng phoi thoát ra khỏi mặt trước. diện tích vùng này đối với cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu là tương đương nhau. Vùng 3 là vùng vật liệu gia công dính nhiều trên mặt trước với các vết trượt của phoi ở cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu là giống nhau. + Mòn mặt sau dụng cụ cắt: Hình 3.12. Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút. a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô a b Hình 3.13. Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô a b - 57 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nhận xét: Ma sát giữa mặt sau của dụng cụ cắt và bề mặt gia công là ma sát thông thường kèm theo sự bám dính của vật liệu gia công và các vết cào xước trên bề mặt sau của dụng cụ. Quan sát hình 3.12, hình 3.13 và 3.14 đều cho thấy bề rộng của vết mòn theo mặt sau khi gia công có bôi trơn tối thiểu (a) bé hơn so với khi gia công khô (b). Do cách bố trí đầu phun trực tiếp vào mặt sau của dao đã làm giảm đáng kể ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết gia công. b) Lượng mòn mặt sau. Từ ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử TM-1000 Hitachi, Nhật Bản đo được lượng mòn mặt sau của dao, số liệu được ghi trong phụ lục 2. Xử lý số liệu bằng phần mềm EXCEL cho ra biểu đồ về mòn mặt sau như hình vẽ. Hình 3.14. Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô a b 0 5 10 15 20 25 30 16.25 32.5 48.75 Thời gian gia công (phút) Lư ợn g m òn m ặt sa u Bôi trơn tối thiểu Gia công khô µm Hình 3.15. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu. - 58 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nhận xét: Qua biểu đồ về lượng mòn mặt sau của dao cho thấy lượng mòn đo được ở các thời điểm sau khi tiện 16,25, 32,5 và 48,75 phút khi bôi trơn tối thiểu nhỏ hơn khi gia công khô điều này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu của Ronan Autret [1]. Từ ảnh chụp về cơ chế mòn và những nhận xét ở trên cho thấy dầu bôi trơn đã được phun trực tiếp vào vùng cắt và tạo nên màng dầu làm giảm ma sát giữa mặt sau của dao với chi tiết gia công và giữa mặt trước của dao với bề mặt phoi. Từ đó làm lượng mòn mặt sau của dao theo phương hướng kính cũng giảm đi. Nhìn vào biểu đồ cũng cho thấy lượng mòn mặt sau theo phương hướng kính khi gia công khô có xu hướng tăng nhanh hơn so với khi bôi trơn tối thiểu. Nếu lấy lượng mòn cho phép là [u] = 15 μm, ta xác định được tuổi bền của dao, sử dụng phần mềm EXCEL cho ra biểu đồ về tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép như hình vẽ. So sánh kết quả về tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép thì, với [u] = 15 μm, tuổi bền của dao khi gia công khô là 23,5 phút, còn khi gia công có bôi trơn tối thiểu là 37,9 phút (tăng 162 %). 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Tu ổi b ền (p hú t) Bôi trơn tối thiểu Gia công khô Phương pháp gia công Hình 3.16. Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép [u] = 15 μm - 59 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên c) Nhám bề mặt Các số liệu về nhám bề mặt được trình bày ở Phụ lục 1. Xử lý số liệu bằng phần mềm EXCEL vẽ được biểu đồ nhám bề mặt khi gia công khô và gia công có bôi trơn tối thiểu như hình 3.17. Nhận xét: Từ biểu đồ trên hình 3.17 ta thấy: nhám bề mặt khi gia công có bôi trơn tối thiểu thấp hơn so với khi tiện khô. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của Ronan Autret [1] đối với quá trình tiện cứng sử dụng bôi trơn tối thiểu. Nhám bề mặt khi bôi trơn tối thiểu thấp hơn khi gia công khô là do khi gia công có bôi trơn tối thiểu thì ma sát giữa bề mặt sau dụng cụ cắt và bề mặt chi tiết gia công, ma sát giữa phoi và mặt trước dao giảm đi nên lượng mòn dao cũng giảm theo, dẫn đến nhám bề mặt khi bôi trơn tối thiểu sẽ thấp hơn khi gia công khô. Quan sát biểu đồ cho thấy nhám bề mặt khi gia công khô tăng nhanh hơn so với khi gia công có bôi trơn tối thiểu; điều này cũng phù hợp với diễn biến mòn mặt sau của hai phương pháp gia công này. 3.4. KẾT LUẬN - Kết quả nghiên cứu về cơ chế mòn cho thấy đối với cả hai phương pháp gia công khô và gia công có bôi trơn tối thiểu khi gia công tinh thép 9CrSi đã qua 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 3.25 6.5 9.75 13 16.3 19.5 22.8 26 29.3 32.5 35.8 39 42.3 45.5 48.8 Thời gian gia công (phút) Ra Ra (Gia công khô) Ra (Bôi trơn tối thiểu) Hình 3.17. Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu. - 60 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tôi, thì mòn xảy ra cả ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt. Mòn mặt trước của dụng cụ cắt đều chia thành 3 vùng rõ rệt: vùng sát lưỡi cắt (vùng), tiếp đến là vùng chuyển tiếp (vùng 2) và vùng ma sát thông thường (vùng 3). Khi sử dụng bôi trơn tối thiểu thì mòn ở vùng 2 và vùng 3 cũng tương tự khi gia công khô. Tuy nhiên do hiệu quả của dầu bôi trơn làm giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, đồng thời làm giảm ma sát giữa các hạt cứng với mặt trước dao đã làm giảm đáng kể hiện tượng mòn do các hạt cứng cào xước lên mặt trước dao dẫn đến bề dày của vùng 1 giảm đi đáng kể so với khi tiện khô. Dung dịch dầu bôi trơn được phun vào mặt sau cũng làm giảm đáng kể ma sát giữa mặt sau và chi tiết gia công và làm giảm đáng kể lượng mòn mặt sau so với khi gia công khô. - Các kết quả về nhám bề mặt, lượng mòn mặt sau và tuổi bền của dụng cụ cắt đã cho thấy hiệu quả rõ rệt của phương pháp tiện cứng có bôi trơn tối thiểu so với phương pháp gia công khô. - Nghiên cứu này cho thấy khả năng bôi trơn của dầu thực vật Việt Nam là khả thi khi sử dụng làm dung dịch bôi trơn cho phương pháp bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng. Loại dầu ăn này hoàn toàn không độc hại, không ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động và rất thân thiện với môi trường. Hơn nữa điều này còn khẳng định ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu là hệ thống công nghệ sạch sẽ, lưu lượng dung dịch tiêu hao là rất nhỏ, lượng tiêu hao đo được là 25ml cho 100 phút gia công. - Một ưu điểm nữa của phương pháp gia công này là do lưư lượng dung dịch tiêu hao là rất nhỏ, không phải xử lý dung dịch thải nên tiết kiệm được rất nhiều chi phí và không gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa còn có thể tăng tuổi bền của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi tiện cứng. Dẫn đến sẽ làm giảm các chi phí về dụng cụ cắt vốn khá tốn kém. - 61 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên KẾT LUẬN CHUNG 1. KẾT LUẬNCHUNG. + Với sự phát triển của công nghệ vật liệu cũng như vật liệu dụng cụ cắt thì tiện cứng đang ngày càng được áp dụng nhiều hơn vào trong sản xuất nhằm thay thế cho nguyên công mài do chi phí cho mài là khá lớn. Khi tiện các vật liệu có độ cứng cao, người ta thường sử dụng phương pháp tiện khô. Mà đặc trưng của phương pháp này là ma sát giữa bề mặt gia công và phoi với dụng cụ cắt là rất lớn, điều này ảnh hưởng tới tuổi bền của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt của chi tiết. Với mục đích nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của công nghệ bôi trơn tối thiểu, đặc biệt là phương pháp này cũng không ảnh hưởng tới người lao động và thân thiện với môi trường. + Tác giả đã giới hạn được vấn đề nghiên cứu và lựa chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp với điều kiện cụ thể. + Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng. + Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu. + Qua nghiên cứu này tác giả đã chứng minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu so với gia công khô khi áp dụng vào quá trình tiện cứng qua các chỉ số về mòn dao, nhám bề mặt và cơ chế mòn. + Đã chứng minh được khả năng bôi trơn của dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam. Với lưu lượng sử dụng trong quá trình bôi trơn là rất ít, loại dầu thực vật này vừa có tác dụng bôi trơn tốt, vừa không độc hại, thân thiện với môi trường lại sẵn có và rẻ tiền nên việc áp dụng công nghệ này vào quá trình tiện cứng là khả thi. + Nghiên cứu thành công công nghệ bôi trơn tối thiểu áp dụng vào quá trình tiện cứng sẽ là cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo đối với các phương pháp gia công khác. 2. NHỮNG HẠN CHẾ, ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC KIẾN NGHỊ. + Trong nghiên cứu này tác giả mới chỉ nghiên cứu so sánh giữa gia công khô và bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng. Đây là một vấn đề mới ở Việt Nam cần được nghiên cứu và phát triển. Để có thể áp dụng một cách có hiệu quả vào thực - 62 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tiễn cần phải có các nghiên cứu sâu hơn về chế độ bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng như: áp suất dòng khí, lưu lượng tưới... + Chưa nghiên cứu để tìm hiểu thêm các loại dầu thực vật cũng như các dung dịch bôi trơn khác (ngoài dầu lạc sẵn có ở Việt Nam). + Chưa có các đánh giá sâu về ảnh hưởng đến bản chất vật lý của quá trình cắt như: Nhiệt cắt, lực cắt, cấu trúc lớp bề mặt sau khi gia công... Từ các điểm hạn chế của đề tài cho thấy cần phải tiếp tục đầu tư nghiên cứu để có thể áp dụng một cách có hiệu quả vào thực tiễn sản xuất. - 63 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ronan Autret, Minimum Quantity Lubrication in Finish Hard Turning. Georgia Institute of Technology, Atlanta. [2] Nikhil Ranjan Dhar, Effect of Minimum Quantity Lubricant (MQL) on Tool Wear, Surface Rounghness and Dimensional Deviation in Turning AISI- 4340 Steel. Bangladesh University of Engineering and Technology [3] Andrea Bareggi, Green Cutting using Supersonic Air Jets as Coolant and Lubricant during Turning,Mechanical & Manufacturing Engineering, Trinity College Dublin, Ireland [4] Prof.Dr.-Ing. M. Schneider, Grinding with Internal Cooling Lubricant Supply , Institute of Production and Machining Technology, University of Applied Sciences, Giessen-Friedberg, Germany. [5] TS. Trần Minh Đức, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn-làm nguội tối thiểu trong gia công cắt gọt, Khoa cơ khí, trƣờng ĐHKT Công nghiệp, Thái Nguyên. [6] Trần Ngọc Giang, Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới tuổi bền của dụng cụ cắt bằng dao gắn mảnh CBN khi tiện tinh cứng thép 9XC đã tôi, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy, Thái Nguyên, Trƣờng ĐHKT Công nghiệp [7] Phạm Quang Đồng, 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,Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy, Thái Nguyên, Trƣờng ĐHKT Công nghiệp [8] Nguyễn Thế Tranh, Trần Quốc Việt, Cơ sở cắt gọt kim loại, Khoa Cơ khí, Trƣờng ĐH Bách khoa Đà Nẵng. - 64 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phụ lục 1: NHÁM BỀ MẶT 1. Số liệu thí nghiệm khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi bằng phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu. Áp suất: P = 5 atm. n = 970 vòng/phút ; t = 0,15 mm ; S = 0,1 mm/vòng. Vật liệu phôi: thép 9XC nhiệt luyện đạt độ cứng 56 ÷ 58 HRC Vật liệu dao: CBN Mảnh dao số Lần cắt Thời gian cắt (phút) Ra (µm) Rz (µm) Ghi chú 1 1 3,25 0,41 2,39 2 3,25 0,40 2,37 3 3,25 0,38 2,20 4 3,25 0,42 2,45 5 3,25 0,43 2,62 2 1 3,25 0,43 2,70 2 3,25 0,46 3,10 3 3,25 0,45 3,08 4 3,25 0,46 3,10 5 3,25 0,48 3,19 6 3,25 0,50 3,23 7 3,25 0,52 3,45 8 3,25 0,57 3,48 9 3,25 0,62 3,72 10 3,25 0,63 3,64 3 1 3,25 0,40 2,10 2 3,25 0,42 2,13 3 3,25 0,42 2,25 4 3,25 0,44 2,31 5 3,25 0,46 2,45 6 3,25 0,43 2,50 7 3,25 0,45 2,58 8 3,25 0,48 2,20 9 3,25 0,52 2,50 10 3,25 0,55 2,78 11 3,25 0,58 2,76 12 3,25 0,59 3,10 13 3,25 0,61 3,15 14 3,25 0,64 3,34 15 3,25 0,66 3,67 - 65 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2. Số liệu thí nghiệm khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi bằng phƣơng pháp gia công khô. n = 970 vòng/phút ; t = 0,15 mm ; S = 0,1 mm/vòng. Vật liệu phôi: thép 9XC nhiệt luyện đạt độ cứng 56 ÷ 58 HRC Vật liệu dao: CBN Mảnh dao số Lần cắt Thời gian cắt (phút) Ra (µm) Rz (µm) Ghi chú 1 1 3,25 0,43 2,91 2 3,25 0,43 2,90 3 3,25 0,45 3,10 4 3,25 0,47 3,07 5 3,25 0,50 3,20 2 1 3,25 0,45 2,50 2 3,25 0,48 2,78 3 3,25 0,50 3,10 4 3,25 0,48 3,15 5 3,25 0,54 3,57 6 3,25 0,56 3,74 7 3,25 0,58 3,65 8 3,25 0,62 3,94 9 3,25 0,66 4,06 10 3,25 0,69 4,20 3 1 3,25 0,44 2,40 2 3,25 0,46 2,58 3 3,25 0,50 2,95 4 3,25 0,51 2,87 5 3,25 0,48 3,10 6 3,25 0,54 3,48 7 3,25 0,56 3,56 8 3,25 0,49 3,25 9 3,25 0,65 3,97 10 3,25 0,67 4,24 11 3,25 0,69 4,78 12 3,25 0,74 4,90 13 3,25 0,76 4,81 14 3,25 0,78 5,07 15 3,25 0,75 4,98 - 66 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phụ lục 2: LƢỢNG MÒN MẶT SAU Thời gian cắt (phút) Lƣợng mòn mặt sau (µm) Gia công khô Bôi trơn tối thiểu 16,25 11 7 32,5 20 13 48,75 28 19 - 67 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phụ lục 3: ẢNH CHỤP MÕN DAO 1. Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 (hình a) và mảnh dao số 4 (hình b) sau khi tiện 16,25 phút. a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 1: Mặt trước mảnh dao số 1 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 4 khi gia công khô (b) sau khi tiện 16,25 phút. - 68 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 69 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 3: Mặt trước mảnh dao số 1 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 4 khi gia công khô (b) sau khi tiện 16,25 phút. - 70 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2. Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 (hình a) và mảnh dao số 4 (hình b) sau khi tiện 16,25 phút. a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 3: Mặt sau mảnh dao số 1 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 4 khi gia công khô (b) sau khi tiện 16,25 phút. - 71 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 4: Mặt sau mảnh dao số 1 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 4 khi gia công khô (b) sau khi tiện 16,25 phút. - 72 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 5: Mặt sau mảnh dao số 1 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 4 khi gia công khô (b) sau khi tiện 16,25 phút. - 73 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3. Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 (hình a) và mảnh dao số 5 (hình b) sau khi tiện 32,5 phút. a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 6: Mặt trước mảnh dao số 2 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 5 khi gia công khô (b) sau khi tiện 32,5 phút. - 74 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 7: Mặt trước mảnh dao số 2 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 5 khi gia công khô (b) sau khi tiện 32,5 phút. - 75 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 8: Mặt trước mảnh dao số 2 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 5 khi gia công khô (b) sau khi tiện 32,5 phút. - 76 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4. Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 2 (hình a) và mảnh dao số 5 (hình b) sau khi tiện 32,5 phút. a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 9: Mặt sau mảnh dao số 2 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 5 khi gia công khô (b) sau khi tiện 32,5 phút. - 77 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 10: Mặt sau mảnh dao số 2 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 5 khi gia công khô (b) sau khi tiện 32,5 phút. - 78 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 11: Mặt sau mảnh dao số 2 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 5 khi gia công khô (b) sau khi tiện 32,5 phút. - 79 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5. Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 3 (hình a) và mảnh dao số 6 (hình b) sau khi tiện 48,75 phút. a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 12: Mặt trước mảnh dao số 3 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 6 khi gia công khô (b) sau khi tiện 48,75 phút. - 80 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 13: Mặt trước mảnh dao số 3 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 6 khi gia công khô (b) sau khi tiện 48,75 phút. - 81 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 14: Mặt trước mảnh dao số 3 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 6 khi gia công khô (b) sau khi tiện 48,75 phút. - 82 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6. Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3 (hình a) và mảnh dao số 6 (hình b) sau khi tiện 48,75 phút. a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 15: Mặt sau mảnh dao số 3 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 6 khi gia công khô (b) sau khi tiện 48,75 phút. - 83 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 15: Mặt sau mảnh dao số 3 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 6 khi gia công khô (b) sau khi tiện 48,75 phút. - 84 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) Bôi trơn tối thiểu b) Gia công khô Hình 16: Mặt sau mảnh dao số 3 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 6 khi gia công khô (b) sau khi tiện 48,75 phút.