Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu khi phay rãnh

phần: + Phần 1: Mòn ban đầu với khoảng thời gian không lớn, trong giai đoạn này, mòn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mòn các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng cụ. + Phần 2: Mòn bình thường, giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiều cao nhấp nhô có giá trị nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mòn tăng gần như tỷ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn có thời gian làm việc lớn nhất của dụng. 22 + Phần 3: Mòn khốc liệt, ở giai đoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị gãy đầu dao. Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao làm việc tiếp tục, có nghĩa là cần mài lại hoặc thay dao mới. 1.5.2. Ảnh hƣởng của dung dịch bôi trơn - làm nguội đến quá trình cắt kim loại Sự trượt trực tiếp phoi trên mặt trước và phôi trên mặt sau của dụng cụ là các bề mặt rắn trượt trên nhau sinh ra nhiệt và mòn khốc liệt. Hiện tượng nhiệt và mòn phụ thuộc vào tính chất cơ, lý, hoá của hai bề mặt tiếp xúc. Sự hấp thụ và hình thành các lớp màng trong môi trường không khí là nguyên nhân giảm ma sát và mòn. Tuy nhiên không có gì đảm bảo cho sự tồn tại lâu dài các lớp màng này trong quá trình phoi và phôi liên tục trượt trên dao làm cho lớp màng không kịp tạo ra. Vậy chất bôi trơn – làm nguội sẽ vào vùng tiếp xúc chung giữa hai bề mặt để tạo ra các màng chất lỏng làm giảm ma sát và mòn. Lớp màng mỏng được tạo ra khi dẫn dung dịch trơn nguội trực tiếp vào vùng cắt là tác nhân tích cực làm giảm ma sát. Lớp màng tạo thành giữa hai bề mặt đối tiếp sẽ là mặt phân cách ngăn tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt rắn trượt trên nhau, nhờ vậy mà giữa hai bề mặt này hệ số ma sát giảm xuống (0,001 0,003) và loại trừ mòn [2]. Hình 1.8. Quan hệ giữa độ mòn và thời gian làm việc của dao. 23 Ta thấy rằng khả năng cắt của vật liệu dụng cụ cắt phụ thuộc rất lớn nhiệt độ vùng cắt, đặc biệt là vật liệu thép các bon dụng cụ và thép gió. Quá trình trao đổi nhiệt của dung dịch trơn nguội trong cắt gọt sẽ đảm bảo cho nhiệt độ vùng cắt luôn nằm trong giới hạn làm việc tốt của vật liệu dụng cụ. Quá trình bôi trơn – làm nguội còn có tác dụng giúp tải phoi ra khỏi vùng gia công. Các nguyên tố có mặt trong dung dịch như phốt pho, lưu huỳnh, Clo là tác nhân làm tăng tính gia công của vật liệu. 1.6. Tác dụng và yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội 1.6.1. Tác dụng của dung dịch trơn nguội + Làm giảm hệ số ma sát của phoi trượt trên mặt trước và làm giảm ma sát của mặt sau với bề mặt gia công. Do vậy, dung dịch trơn nguội làm giảm lực cắt và giảm nhiệt phát sinh trong vùng cắt. + Dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt làm giảm nhiệt độ vùng cắt. Độ chính xác, chất lượng bề mặt gia công được nâng lên và độ mòn của dụng cụ cắt giảm. + Xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập vào những vết nứt tế vi, lúc này nó đóng vai trò như một cái chêm làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn. + Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hoá hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nó càng lớn, nhờ đó tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do nhiệt của dao giảm đi. + Dung dịch trơn nguội tác động vào bề mặt phoi tạo ra lớp bọc cần thiết để phoi không bám vào nhau, thoát khỏi vùng tạo phoi dễ dàng. + Dung dịch bôi trơn – làm nguội luôn phải có xu hướng làm giảm lực cắt, nhiệt cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, tăng chất lượng bề mặt gia công [3]. 24 + Khi gia công vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá huỷ mạng tinh thể ở lớp cứng nguội. 1.6.2. Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội + Có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát tốt ứng với từng vật liệu gia công và vật liệu làm dao, và điều kiện cắt cụ thể có chất bôi trơn phù hợp, cho hệ số ma sát nhỏ. + Có tác dụng làm nguội tốt. Dung dịch trơn nguội phải có độ dẫn nhiệt và tỉ nhiệt cao. Trong thực tế phải lựa chọn các dung dịch bôi trơn - làm lạnh phù hợp. Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà dùng tác dụng bôi trơn là chủ yếu, làm nguội là thứ yếu và ngược lại. + Không bị phân huỷ dưới sự tác động của nhiệt độ cao, sử dụng được lâu dài. + Phải là tác nhân có lợi cho máy, chi tiết, dụng cụ bảo vệ chúng không bị tác động của môi trường như gỉ trét, ôxy hoá,... + Không gây độc hại cho công nhân và không gây nhiễm môi trường. + Đảm bảo tính kinh tế, dễ tìm, giá cả phù hợp. +Áp suất và nhiệt độ khi cắt kim loại rất cao, do đó dung dịch cần tạo được màng dầu bôi trơn chịu áp lực và nhiệt độ cao. 1.7. Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội dùng trong gia công cắt gọt Để có loại dung dịch bôi trơn – làm nguội phù hợp với phương pháp gia công bằng trộn lẫn các thành phần: Dầu mỏ, mỡ động vật, dầu thực vật, các nguyên tố hoá học (lưu huỳnh, clo, phốt pho), Emusil (nhũ tương), chất khí, các loại chất rắn (than chì, bột tan,...) vào nhau với tỷ lệ hợp lý phụ thuộc vào lượng chất hoà tan trong dung môi, khả năng hoà tan được của chất hoà tan trong môi trường dung môi, sau gia công cắt gọt chúng tồn tại dưới dạng nào. 1. 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 1.9). Các chất hoà tan phân bố 25 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. 2. Dung dịch có các ion tƣơng tác: Là dung dịch kiểu có các ion dương và ion âm, chúng là các 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 1.10). Loại dung dịch này tương đối sạch và có khả năng bôi trơn tốt, nếu bổ sung thêm các chất phụ trợ như: Clo, lưu huỳnh, phốt pho thì khả năng bôi trơn – làm nguội sẽ tốt hơn. Hình 1. 9. Các phần tử hoà tan trong nước. Hình 1.10. Các phần tử tích tụ khối và phần tử hoà tan trong nước. 26 3. Dạng Emusil: Là loại dung dịch có các giọt dầu nằm lơ lửng trong nước, như dầu khoáng, parafin hoặc dầu thô. Dung dịch này tạo ra bằng cách pha dầu khoáng với các tác nhân Emusil và các chất khác để tạo các giọt dầu nhỏ đến 0.08 0.003 m (hình 1.11). Dung dịch có khả năng bôi trơn tốt hơn nếu bổ sung thêm các chất phụ trợ như dầu thực vật, mỡ động vật hoặc các sản phẩm este khác, nếu bổ sung thêm 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. 4. Dung dịch tạo thành từ các thành phần hoá học: Dung dịch này là sự kết hợp của ba loại ở trên, nhưng có các đặc điểm khác sau dây: + Lượng dầu hoà tan ít hơn từ 5 45% so với loại 2. + Lượng Emusil và các phân tử hoạt động trên bề mặt cao hơn so với loại 2, điều này cho ta thấy kích thước khối cầu nhỏ hơn so với loại 3. Khi dùng loại dầu này sẽ giúp quá trình tách phoi tốt, khả năng thâm nhập vùng cắt để bôi trơn làm nguội tốt. Hình 1.11. Các phân tử hoà tan dưới dạng thể sữa. 27 5. Dung dịch đƣợc tạo thành từ các thành phần dầu: Được lấy từ dầu thô, dầu thực vật, mỡ động vật, chúng có thể ở thể đơn hoặc dưới dạng pha trộn. Dầu thô có nhiều nguồn khác nhau như dầu mỏ, parafin, độ nhớt của chúng cũng khác nhau phụ thuộc vàocác 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 ở nhiệt độ cao. Cũng có thể cho thêm các chất như phốt pho, lưu huỳnh, Clo, làm tăng thêm khả năng bôi trơn – làm nguội của dung dịch. Hình 1.12. Các phân tử hoà tan trong hợp chất hoá học. Hình 1.13. Các phần tử hoà tan trong hợp chất dầu. 28 6. Tuỳ theo tác dụng bôi trơn hoặc làm nguội là chủ yếu dung dịch trơn nguội được phân loại như sau: * Nhóm có tác dụng làm nguội là chủ yếu: Những loại dung dịch này sử dụng khi mục đích giảm nhiệt độ là chủ yếu. Nó được dùng cho các quá trình cắt mà ở đó nhiệt lượng phát sinh lớn, cần được dẫn khỏi vùng cắt nhanh, giảm tác động xấu của nhiệt độ đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và quá trình mòn của dụng cụ cắt. * Nhóm có tác động bôi trơn là chủ yếu: Những dung dịch loại này có tác dụng bôi trơn là chủ yếu, mục đích là giảm ma sát, mục tiêu giảm nhiệt độ vùng cắt là thứ yếu (dùng ở các dạng gia công với V cắt nhỏ). Loại này sử dụng khi gia công tinh lần cuối, dung dịch bôi trơn làm giảm lực nói chung, đặc biệt là giảm ma sát giữa mặt sau của dao cụ với bề mặt đã gia công. Kết quả là dung dịch bôi trơn góp phần làm tăng độ chính xác gia công và giảm độ nhấp nhô bề mặt gia công. 1.8. Cách sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay Dung dịch trơn nguội chủ yếu dùng để làm giảm nhiệt độ ở vùng cắt, do đó tuổi bền của dao và chất lượng gia công tăng lên. Đồng thời dung dịch trơn nguội cũng giữ cho dụng cụ và chi tiết gia công khỏi bị ôxi hoá. Ngoài ra dung dịch trơn nguội không được gây ảnh hưởng xấu đến lớp sơn bảo vệ máy, trong quá trình làm việc không được tan thành các thể riêng biệt, dung dịch đòi hỏi phải ổn định,... Gần đây người ta đã chế tạo các dung dịch đáp ứng được những yêu cầu trên. - Tƣới dung dịch trơn nguội bằng cách sử dụng hai vòi để dẫn trực tiếp dung dịch vào vùng cắt theo hai mặt bên của dao: Sử dụng tốt nhất khi gia công những bề mặt có chiều rộng cắt không lớn. Đây là phương pháp có cách bố trí thiết bị dẫn dung dịch rất đơn giản và dễ điều chỉnh lượng dung dịch theo yêu cầu trong khi đang gia công. 29 - Tƣới dung dịch trơn nguội bằng cách sử dụng hai vòi dẫn trực tiếp vào mặt trƣớc và mặt sau 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 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 thì hết sức khó khăn (hình 1.15). - Tƣới dung dịch trơn nguội bằng cách dùng thiết bị vòi dẫn dung dịch vào tất cả các lƣỡi cắt: Phương pháp này 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 Hình 1.14. Dẫn dung dịch vào hai mặt bên dao phay. Hình 1.15. Dẫn dung dịch vào mặt trước và mặt sau dao phay. 30 vào vùng cắt, chỉ sử dụng cho các dụng cụ cắt có kích thước đường kính giới hạn (hình 1.16). Sử dụng dung dịch trơn nguội một cách hợp lý có thể tăng tuổi bền từ 1,5 4 lần. Dung dịch trơn nguội và cách sử dụng nó có hiệu quả tốt với loại vật liệu và phương pháp gia công này, nhưng có thể ít hiệu quả đến loại vật liệu và phương pháp gia công khác, thậm chí trong một số trường hợp lại gây ảnh hưởng xấu. Mỗi một tổ hợp: vật liệu gia công – phương pháp gia công - vật liệu làm dụng cụ cắt - chế độ cắt chỉ thích hợp với một loại dung dịch trơn nguội nhất định. Trong bảng dưới đây đã chỉ rõ các loại dung dịch trơn nguội và cách sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay [7]: Hình 1.16. Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt. 31 TT Vật liệu gia công Mã hiệu dung dịch trơn nguội 1 Thép các bon kết cấu 3% Ucơrinon – 1. 5 8 % P3 – COЖ – 8. 2 Thép hợp kim 5% Ucơrinon – 1. 3 Thép gió dụng cụ OCM - 3 4 Thép không gỉ 5% Ucơrinon – 1. 5 8 % P3 – COЖ – 8. 5 Thép độ bền cao và thép chịu lửa MP – 1. 6 Hợp kim titan 5% Ucơrinon – 1. 5 8 % P3 – COЖ – 8. 7 Gang 3% Ucơrinon – 1. 8 Nhôm và hợp kim nhôm 3 5 % Ucơrinon – 1. 9 Đồng và hợp kim đồng MP – 4. Khi phay gang xám trên máy phay vạn năng, thường người ta không dùng dung dịch trơn nguội, còn khi phay gang có độ bền cao thì dùng Emusil. Tuy vậy, đôi khi người ta vẫn dùng dung dịch trơn nguội để dễ phay gang xám. Trong trường hợp này nên có cơ cấu bảo vệ dưới dạng màn chắn, đặc biệt khi dùng dao phay mặt đầu bằng hợp kim cứng. Khi gia công các bộ phận thân máy bằng gang, nếu không dùng dung dịch trơn nguội chi tiết có thể bị nung nóng, vì vậy để giảm biến dạng chi tiết người ta dùng dung dịch trơn nguội. 1.9. Các phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội 1.9.1. Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tƣới tràn Là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay. Phương pháp mà dung dịch được dẫn tự do vào vùng cắt thông qua hiện tượng mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thông nhau. * Ƣu điểm: - Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ với dụng cụ cắt. - Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. - Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. - Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, giữa phôi và mặt sau của dụng cụ cắt. 32 * Nhƣợc điểm: - Gây ô nhiễm môi trường làm việc, đất đai và nguồn nước. - Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bôi trơn, đặc biệt tăng chi phí cho làm sạch trước khi đưa ra môi trường. - Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội. - Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt. 1.9.2. Phƣơng pháp gia công khô * Ƣu điểm: - Không gây ô nhiễm môi trường. - Không hao tốn dung dịch trơn nguội. - Máy không cần trang bị hệ thống bôi trơn. * Nhƣợc điểm: - Nhiệt độ vùng cắt lớn. - Lực cắt lớn hơn so với gia công ướt. - Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công. - Phương pháp này chỉ ứng dụng cho một số vật liệu nhất định. Hình 1.17. Gia công bằng phương pháp tưới tràn trên máy phay. 33 1.9.3. Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu Dung dịch được phun vào vùng gia công với một áp suất nhất định, chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt với một tốc độ cao (250 300 m/phút), chúng có tác dụng bôi trơn và làm nguội rất hiệu quả. Tác dụng hút nhiệt của phương pháp bôi trơn và làm nguội tối thiểu là rất cao. Dùng phương pháp này cho phép nâng cao tuổi bền của dao thép gió và dao hợp kim cứng từ 1.5 3 lần so với phương pháp tưới tràn. Phương pháp này có các ưu điểm, nhược điểm sau: *Ƣu điểm: - Lượng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20 30% so với lượng dung dịch sử dụng theo phương pháp tưới tràn, do đó giảm chi phí chế tạo chất bôi trơn làm lạnh. Hình 1.18. Phương pháp gia công khô trên máy phay. 34 - Hiệu quả bôi trơn, làm nguội cao nên giảm lực, giảm nhiệt dẫn đến nâng cao chất lượng sản phẩm. - Tiết kiệm dung dịch trơn nguội, giảm ô nhiễm môi trường. - Đảm bảo tuổi bền của dụng cụ. - Phoi sạch, không gây ô nhiễm môi trường. - Không gian làm việc sạch. * Nhƣợc điểm: - Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt. - Nhiệt độ chi tiết cao. Kết luận chƣơng 1 Phương pháp bôi trơn – làm nguội có vai trò rất quan trọng trong gia công cắt gọt, có tác dụng giảm nhiệt độ của vùng cắt, giảm mòn do ma sát, giảm công tiêu hao khi cắt, giảm hệ số co rút phoi, tăng chất lượng bề mặt gia công, nâng cao tuổi bền của dao,... Các phương pháp bôi trơn - làm nguội được sử dụng trong quá trình gia công: phương pháp tưới tràn, phương pháp gia công khô, phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Trong các phương pháp đó thì phương pháp tưới tràn được dùng phổ biến nhất hiện nay, nhưng lại có nhược điểm: gây ra ô nhiễm môi trường, đất đai và nguồn nước, hiệu quả bôi trơn - làm nguội thấp, tốn dung dịch. Hình 1.19. Gia công bằng phương bôi trơn – làm nguội tối thiểu. 35 Phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu là một phương pháp có rất nhiều ưu điểm như: hiệu quả bôi trơn - làm nguội cao, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt, lượng tiêu hao dung dịch nhỏ và dung dịch khi phun vào vùng cắt sẽ bốc hơi hết do đó sẽ không có lượng dung dịch cần xử lý sau khi hết hạn sử dụng như bôi trơn - làm nguội tưới tràn. Phoi gia công sạch, không gian làm việc thoáng mát sạch sẽ và không bị ô nhiễm môi trường. Do phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu có những ưu điểm trên nên từ những năm 90 của thế kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển đã có một số công trình nghiên cứu và thu được nhiều kết quả khả quan: - Công trình của tác giả A. ATTANASIO, C. REMINO (ITALY) [17] : Nghiên cứu trong tiện thép 100Cr6 sử dụng phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Trong công trình này tác giả đã so sánh giữa phương pháp tiện khô với phương pháp tiên sử dụng dao phủ CBN kết hợp với phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu, kết quả thu được đã cho thấy mòn dụng cụ rất ít nên đã tăng được tuổi đời của dao khi sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu. - Công trình của tác giả DHAR N.R (Anh) [18]: Đánh giá hiệu suất của phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu bằng dầu thực vật thông qua gía trị của lực cắt, nhiệt độ vùng cắt, mòn dụng cụ và chất lượng bề mặt khi tiện thép AISI – 1060. Sau khi tiến hành thí nghiệm kết quả đã cho thấy: + Hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu đã làm giảm mòn dao, nâng cao được tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt tốt hơn. + Độ nhấp nhô bề mặt và độ chính xác kích thước chủ yếu đã được nâng cao vì đã giảm được mòn và không gây ảnh hưởng đên đỉnh mũi dao bằng cách áp dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu. + Bôi trơn - làm nguội tối thiểu bằng dầu thực vật đã giảm được lực cắt khoảng 5 – 15%, Px giảm được nhiều hơn Pz. Do duy trì được góc cắt sắc nên đã giảm đuợc nhiệt độ của vùng cắt đó là lý do chủ yếu để giảm lực cắt bằng phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu. 36 Qua các công trình nghiên cứu trên, ta thấy công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu có rất nhiều ưu điểm nổi bật. Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ được tiếp cận trong vài năm trở lại đây và đã có một số công trình nghiên cứu tiêu biểu như: 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, nghiên cứu so sánh các phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu khi doa, nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu khi khoan,...cho kết quả rất khả quan và đã được áp dụng vào trong thực tế ở một số cơ sở sản xuất. Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, Tác giả chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu so sánh các phƣơng pháp tƣới trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu khi phay rãnh” là cần thiết 37 Chƣơng 2: CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI TỐI THIỂU 2.1. Khái niệm chung về công nghệ bôi trơn làm nguội - tối thiểu * Khái niệm: Công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu là phương pháp sử dụng dòng khí được nén với áp suất cao để phun dung dịch bôi trơn – làm nguội vào vùng cắt để bôi trơn, làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Dung dịch được phun vào vùng gia công với một áp suất nhất định và chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt với một tốc độ cao (250 – 300 m/phút), chúng có tác dụng bôi trơn – làm nguội rất hiệu quả. * Phân loại phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu: + Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tƣới kiểu sƣơng mù: là phương pháp có sử dụng dòng khí áp lực cao hoà trộn với dung dịch trơn nguội rồi phun trực tiếp vào vùng cắt. Dưới tác dụng của dòng khí áp lực cao, dung dịch trơn nguội được tạo thành dưới dạng sương mù. Sử dụng dung dịch trơn nguội trộn với dòng khí nén có áp suất cao để tạo thành dưới dạng sương mù để phun trực tiếp vào vùng cắt. Dưới tác dụng của áp lực cao dung dịch trơn nguội được chuyển thành vô số các hạt hình cầu nhỏ li ti. Do đó sẽ tăng diện tích tiếp xúc của dung dịch trơn nguội và dụng cụ cắt, chi tiết gia công và phoi, dẫn tới khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt phát huy được chức năng bôi trơn – làm nguội tới mức tối đa và tối thiểu lượng dung dịch trơn nguội. + Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tƣới kiểu nhỏ giọt: là phương pháp có sử dụng dòng khí nén áp lực cao kết hợp với bộ phận tạo xung để điều khiển bơm Piston thủy lực tạo ra tia dung dịch áp lực cao tưới vào vùng cắt. Dung dịch trơn nguội được phun vào vùng cắt dưới dạng dòng tia áp lực cao lên nó dễ dàng xâm nhập vào vùng cắt và đảm bảo đảm được một mức bôi trơn rất tốt. + Phƣơng pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu kết hợp với dòng khí nén áp lực cao: là phương pháp dùng luồng khí lạnh với áp suất cao kết hợp với hệ thống bôi trơn làm nguội tối thiểu phun trực tiếp vào vùng cắt để giảm nhiệt ở dụng cụ cắt, chi tiết gia công và phoi. 38 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt. 2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguôi tối thiểu - Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tƣới kiểu nhỏ giọt (hình 2.1): Áp lực được tạo ra từ hệ thống cung cấp khí nén, dòng khí áp lực cao đi từ máy nén khí (bình tích áp) qua hệ thống điều chỉnh và ổn định áp suất, qua bộ phận tạo xung. Xung khí nén điều chỉnh bơm Piston hoạt động. Dung dịch trơn nguội từ bình chứa được đưa đến buồng chứa của bơm Piston, ở đây dung dịch trơn nguội được tác động từng xung của áp lực khí nén. Dưới áp lực cao dung dịch trơn nguội được phun trực tiếp vào vùng gia công với một áp suất nhất định, và chuyển một lượng nhỏ dung dịch (từng giọt dung dịch) vào vùng cắt với một tốc độ cao nên đã đảm bảo được một mức bôi trơn tốt và làm nguội rất hiệu quả .Phương pháp này có thể nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt lên 1.5 3 lần so với phương pháp thông thường. - Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tƣới kiểu sƣơng mù (hình 2.2): Áp lực được tạo ra từ hệ thống cung cấp khí nén, qua thiết bị ổn định áp suất dẫn vào buồng trộn, do sự chênh lệch áp suất nên dung dịch từ bình được đưa vào buồng trộn. Tại vị trí này, dung dịch trơn nguội trộn với dòng khí nén có áp suất cao để tạo thành dưới dạng sương mù để phun trực tiếp vào vùng cắt. Dưới tác dụng của áp lực cao dung dịch trơn nguội được chuyển thành vô số các hạt hình cầu nhỏ li ti. Do đó sẽ tăng diện tích tiếp xúc của dung dịch trơn nguội và Hệ thống cung cấp khí nén Bơm Piston Bình chứa dung dich trơn nguội Tia dung dịch 39 Hình 2.2. Hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội tưới kiểu sương mù trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu. 1 2 3 4 5 6 7 8 dụng cụ cắt, chi tiết gia công và phoi, dẫn tới khả năng tải nhiệt ra khỏi vùng cắt phát huy được chức năng bôi trơn – làm nguội tới mức tối đa và tối thiểu lượng dung dịch trơn nguội. 1. Hệ thống cung cấp khí nén. 2. Van điều chỉnh áp suất khí nén. 3. Bình cung cấp dung dịch. 4. Buồng trộn dung dịch. 5. Vòi phun. 6. Sensor ổn định lưu lượng. 7. Dụng cụ. 8. Chi tiết gia công. 2.3. Phƣơng pháp trộn dung dịch trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu khi gia công cắt gọt Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu đã được sử dụng một lưu lượng chất bôi trơn rất nhỏ (ml/h thực tế l/min). Trong trường hợp này, chất bôi trơn đã được bơm phun trực tiếp vào vùng gia công lên nó đã bảo đảm được một mức bôi trơn rất tốt, nhưng chất làm mát lại sử dụng rất ít và cơ chế loại bỏ các mảnh vỡ đã 40 đạt được bằng cách sử dụng lưu lượng của khí nén làm cho chất bôi trơn được trải rộng ra. Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu gần đây đã được giới thiệu các phương pháp trong gia công cắt gọt (trong trường hợp đặc biệt, trong gia công bằng phương pháp khoan, phay) đã đem lại những lợi ích rất lớn về kinh tế và môi trường, làm giảm bớt sử dụng những chất lỏng dùng để bôi trơn và làm nguội trong quá trình gia công cắt gọt. Một số tác giả trên thế giới đã giới thiệu, giá thành dung dịch trơn nguội dùng để gia công chiểm 7 – 17% tổng giá thành trong gia công sản phẩm, trong khi đó giá thành của dụng cụ từ 2 – 4%. Tuy nhiên, sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu đã làm giảm đáng kể giá thành trong gia công cắt gọt do đã giảm bớt được số lượng chất bôi trơn – làm nguội. Trong phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu, một lượng nhỏ lưu lượng chất bôi trơn đã được sử dụng. Trước hết, điều quan trọng là trộn không khí và chất bôi trơn để thu được sự pha trộn dung dịch trải rộng trên khắp bề mặt gia công. Có hai phương pháp có thể được sử dụng trong bôi trơn và làm nguội tối thiểu: Pha trộn dung dịch bên trong đầu phun và pha trộn dung dịch bên ngoài đầu phun. + Sử dụng phương pháp trộn dung dịch bên trong đầu phun thiết bị, không khí và chất bôi trơn đã được trộn bên trong vòi phun bằng một thiết bị trộn, sự bôi trơn này đã tồn tại một chất bôi trơn, trong khi làm mát tối thiểu đạt được bằng cách điều hoà khí trộn tới bề mặt gia công. Phương pháp dẫn xuất này đã được áp dụng (hình 2.3) [17]. Thiết bị trộn Dung dịch trơn nguội Khí nén Hình 2.3. Phương pháp trộn dung dịch trơn nguội bên trong đầu phun. 41 + Phương pháp trộn dung dịch bên ngoài đầu phun sự pha trộn này tồn tại ở sự định vị thiết bị trộn trong một thùng đặc biệt. Đồng thời trong trường hợp này sự bôi trơn giữa phôi và dụng cụ có thể đạt được rất tốt (hình 2.4) [17]. 2.4. Các dung dịch đƣợc sử dụng trong bôi trơn làm nguội tối thiểu Trong chương 1 ta đã giới thiệu về các loại dung dịch dùng để bôi trơn – làm nguội trong gia công cắt gọt. Tuy nhiên trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu đặt ra vấn đề là dùng loại dung dịch nào sẽ có hiệu quả cao nhất và đặc biệt là không gây độc hại và ô nhiễm môi trường và phải đảm bảo tính kinh tế. Trong mục này ta chỉ xét trên lĩnh vực của bôi trơn – làm nguội tối thiểu. Các loại dung dịch được sử dụng trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu: - Dầu khoáng: Loại này có tác dụng bôi trơn tốt, chịu được nhiệt độ cao do đó khả năng tạo màng dầu bôi trơn cao. Mặc dù chúng làm giảm ma sát và mài mòn rất hiệu quả, song chúng lại có độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng nhỏ nên khả năng làm nguội thấp hơn so với các loại dung dịch khác. Do sức căng mặt ngoài của dầu khoáng thấp hơn nước, do đó loại dung dịch này khi dùng bôi trơn – làm nguội tối thiểu cần phải tạo dòng khí có áp lực cao để dẫn dung dịch vào buồng trộn được. Hơn nữa để đảm bảo tính năng bôi trơn làm nguội tốt, cần phải pha thêm vào dung dịch các chất phụ gia như lưu huỳnh, phốt pho, clo. Cho nên khi dùng dung dịch loại này ảnh hưởng đến sức khoẻ và tính mạng con người. - Dung dịch bôi trơn – làm nguội đƣợc chế suất từ các nguyên tố hoá học: Loại dung dịch này có sức căng bề mặt cao hơn nước, khả năng tạo mao dẫn Khí nén Thiết bị trộn Dung dịch trơn nguội Hình 2.4. Phương pháp trộn dung dịch trơn nguội bên ngoài đầu phun. 42 cao hơn so với nước, do đó dung dịch sử dụng tốt trong bôi trơn làm nguội tối thiểu. Các thành phần hoá học như Clo, Lưu huỳnh, Phốt pho có trong dung dịch sẽ có hại cho sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường, do đó loại dung dịch này không thể đưa vào sử dụng trong công nghẹ bôi trơn – làm nguội tối thiểu. - Mỡ động vật: Loại này bôi trơn và làm nguội tốt, nhưng trước khi sử dụng thì chúng phải được tiệt trùng, chế xuất tốt để khi tiếp xúc với môi trường chúng không bị biến chất. Đặc biệt cần chú ý hiện nay có rất nhiều bệnh truyền nhiễm từ các loại động vật, các laọi gia cầm,... Vậy rất nguy hiểm khi sử dụng loại dung dịch này vì chúng chứa trong mình những mầm bệnh rất nguy hiểm có thể truyền sang con người bất cứ lúc nào. - Dầu thực vật bậc cao với chất phụ gia: Chủ yếu được sử dụng trong gia công cắt gọt rất phát triển. Trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu, các loại vật liệu đã được sử dụng như: loại thép đã nhiệt luyện, loại thép hợp kim cao,... Dầu thực vật bậc cao là loại có tính bôi trơn rất tốt và nâng cao được tuổi đời của dụng cụ cắt. - Dầu thực vật: Dùng trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu rất tốt, hơn nữa loại này có sẵn ở Việt Nam như dầu lạc, dầu Mè, dầu Vừng,...Loại này dễ chế suất, dễ bảo quản, không gây tác hại đến sức khoẻ, không gây ô nhiễm môi trường làm việc. * Qua các phân tích ở trên ta thấy sử dụng dầu thực vật làm dung dịch trơn nguội trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu là tốt nhất. Hơn nữa xét điều kiện ở Việt Nam thì các loại thực vật đa dạng và phong phú như Vừng, Cọ, Dừa, Đậu nành, Lạc,... chúng có mặt khắp trên toàn lạnh thổ. Vậy trong bôi trơn – làm nguội tối thiểu dùng dầu thực vật là hợp lý nhất. 2.5. Các phƣơng pháp bố trí vòi phun Hiệu quả của phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp, vị trí, góc bố trí 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 và làm nguội, thì vòi phun nên bố trí có vị trí 43 tương quan với dụng cụ cắt và phôi sao cho thích hợp nhất để hiệu quả bôi trơn – làm nguội là cao nhất. Vậy cần nghiên cứu các góc độ bố trí vòi phun như thế nào là hợp lý nhất. Trong giới hạn của đề tài không thể xét hết các góc độ cụ thể của phương pháp gia công mà chỉ đưa ra các mô hình điển hình. - Bố trí vòi phun tƣới lên chi tiết hoặc phoi (Hình 2.5). * Ƣu điểm: + Dễ bố trí vòi phun. + Dễ điều chỉnh hướng của vòi phun khi cần thiết. + Áp lực khí và dung dịch sẽ đẩy phoi, các tạp chất theo hướng thuận lợi nhất. + Hiệu quả bôi trơn làm nguội vùng ma sát mặt trước với phoi là lớn nhất khi góc trước dao hợp lý. * Nhƣợc điểm: + Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là lượng dung dịch tưới cần là rất lớn và dung dịch khó xâm nhập được vào khu vực cắt. + Vùng ma sát mặt sau dao với chi tiết khó được bôi trơn và làm nguội. + Khi cắt rãnh, cắt đứt trong quá trình tiện thì phương pháp này hoàn toàn không thể thực hiện được. Hình 2.5. Dẫn dung dịch trơn nguội bằng cách phun vào mặt trước của dao. 44 - Bố trí vòi phun bằng cách phun vào mặt sau của dao (Hình 2.6). Khi phun dung dịch vào mặt sau sử dụng dòng khí có 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 mặt trước của dụng cụ. * Ƣu điểm: + Tia chất lỏng dưới áp suất cao sẽ được phun vào khu vực cắt với tốc độ cao do đó chúng có tác dụng giảm nhiệt rất nhanh. + Tăng tuổi bền của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt gia công. + Dẫn được phần lớn dung dịch vào tất cả các vùng cắt. * Nhƣợc điểm: + Không gian bố trí vòi phun và hiệu chỉnh vòi phun khó khăn. + Trong điều kiện sản xuất khó đảm bảo được hướng phun, mà không đảm bảo được hướng phun thì toàn bộ ưu điểm của phương pháp này không còn nữa. + Máy cần phải lắp thêm thiết bị chuyên dùng đặc biệt. + Dòng khí sẽ đẩy phoi theo chiều không mong muốn. - Bố trí vòi phun bằng cách phun theo phƣơng pháp tuyến với chi tiết (hình 2.7). * Ƣu điểm: + Áp lực khí khi đủ lớn sẽ nâng cánh phoi lên, kết hợp với việc phôi quay như vậy sẽ đưa dung dịch vào ngập vùng cắt. + Không gian bố trí vòi phun dễ dàng. * Nhƣợc điểm: Hình 2.6. Dẫn dung dịch trơn nguội bằng cách phun vào mặt sau của dao. 45 + Nếu áp lực khí và lưu lượng dung dịch 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 công nghệ 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 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 mắt trước là tiếp xúc chặt, trong điều kiện đó dung dịch trơn nguội chỉ có thể xâm nhập vào 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 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 với phoi, lúc này phoi trượt trên mặt trước của dao như chiếc ca nô đang lướt trên mặt trước phẳng lặng. - Bố trí vòi phun bằng cách bố trí nhiều vòi phun vào vùng gia công :Với phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu, cách bố trí và kết cấu vòi phun như vậy thì rất khó thực hiện việc dẫn dung dịch trơn nguội vào vùng gia công, nếu thực hiện được thì phải cần một lượng khí nén rất lớn. Có thể bố trí nhiều vòi vào một không gian nhất định (hình 2.8). Hình 2.7. Dẫn dung dịch trơn nguội bằng cách phun vào mặt sau của dao. 46 Từ các mô hình trên, ta nhận thấy tuỳ thuộc vào không gian gia công và phương pháp gia công mà bố trí vị trí đầu phun cho thích hợp. Hình 2.9. Hình ảnh cách bố trí vị trí đầu phun trong bôi trơn làm nguội - tối thiểu khi phay. Hình 2.8. Dẫn dung dịch trơn nguội bằng cách bố trí hiều đầu phun vào một vùng gia công khi phay. 47 2.6. Giới hạn vấn đề nghiên cứu Hiệu quả của phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu phụ thuộc vào rất nhiều phương pháp, vị trí, góc vòi phun để dẫn dung dịch vào vùng cắt, phương pháp tưới,...Trong phạm vi của một đề tài luận văn tốt nghiệp cao học nên không đủ để có thể thực hiện một công trình nghiên cứu mang tính toàn diện đối với tất cả các yếu tố, cho nên tác giả chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết một số vấn đề sau: - Tìm hiểu một số lý thuyết cơ bản về công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu. - Xây dựng hệ thống thiết bị bôi trơn – làm nguội tối thiểu phục vụ nghiên cứu và phục vụ cho thực tiễn sản xuất ở Việt Nam. - Nghiên cứu, so sánh giữa phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt và tưới kiểu sương mù thông qua các chỉ tiêu về độ mòn, tuổi bền của dao và lượng tiêu hao dung dịch. 2.7. Mô hình nghiên cứu Mô hình nghiên cứu quá trình thí nghiệm được trình bày như (hình 2.10). Để giải quyết bài toán trên tác giả dùng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. * Kết luận chƣơng 2 - Đã nêu được khái niệm và phân loại được một số phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu. Thông số vào: - Phương pháp tưới. Quá trình gia công Thông số đầu ra: - Độ mòn dụng cụ. - Tuổi bền dao. - Lượng tiêu hao dung dịch. Hình 2.10. Mô hình quá trình thí nghiệm. 48 - Đã giới thiệu được các phương pháp trộn dung dịch trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu. - Đã xây dựng được một số cách bố trí vòi phun trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu. - Đã giới hạn được vấn đề nghiên cứu và lựa chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp. 49 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP TƢỚI TRONG CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN - LÀM NGUỘI TỐI THIỂU KHI PHAY RÃNH 3.1. Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm Mục đích: + Xây dựng hệ thống thiết bị bôi trơn – làm nguội tối thiểu để vừa phục vụ nghiên cứu thực nghiệm đề tài, vừa ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. + Với mục đích đó, hệ thống 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 và xử lý số liệu thuận lợi. - Đảm bảo tính khả thi. - Sử dụng đơn giản, đảm bảo tính linh hoạt cao, có thể sử dụng cho nhiều loại máy công cụ. - Đảm bảo tính kinh tế. 3.1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tƣới kiểu nhỏ giọt Hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Dễ lắp đặt và sử dụng. - 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. - Lưu lượng dung dịch bôi trơn – làm nguội phải ổn định, khả năng bôi trơn tốt. Phải điều chỉnh được lưu lượng một cách chủ động và độc lập với việc điều chỉnh áp suất dòng khí. 50 Để đáp ứng được các yêu cầu trên, sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt như hình 3.1. 1. Hệ thống cung cấp khí nén. 2. Hệ thống điều chỉnh áp suất. 3. Bộ phận tạo xung. 4. Bình chứa dung dịch. 5. Bơm piston. 6. Van tiết lưu (vòi phun). 7. Dụng cụ. 8. Chi tiết gia công. Nguyên lý hoạt động: Dòng khí áp lực cao đi từ máy nén khí (bình tích áp) 1 qua hệ thống điều chỉnh và ổn định áp suất 2 qua bộ phận tạo xung 3. Xung khí nén điều khiển bơm Piston 5 hoạt động. Dung dịch trơn nguội từ bình chứa 4 được đưa vào buồng chứa của bơm Piston 5, ở đây do bơm Piston được tác động từng xung áp lực khí nén, dung dịch trơn nguội đi đến bơm Piston đã được tạo ra các dòng tia dung dịch áp lực cao phun trực tiếp vào vùng gia công thông qua vòi phun 6 lên nó đã bảo đảm được một mức bôi trơn rất tốt. Áp suất dòng khí được điều 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt. 51 chỉnh nhờ van 2, lưu lượng được điều chỉnh nhờ thay đổi tần số tạo xung của bộ phận tạo xung 3. 3.2. Hệ thống thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm bôi trơn –làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt như hình 3.1 3.3. Điều kiện thí nghiệm - Máy công cụ: Máy phay đứng Showa - kiểu JMII, nước sản xuất: Nhật bản. - Dụng cụ cắt: Dao phay ngón tiêu chuẩn 6, thép gió P18, nước sản xuất: Đài Loan. Hình 3.2. Hệ thống bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt. 52 - Vật liệu gia công: Thép C45, tôi cải thiện đạt độ cứng HB = 180 – 210, Kích thước phôi: 160 x 100 x 12. - Dung dịch trơn nguội: Dầu thực vật dầu lạc. - Hệ thống cung cấp khí nén: Máy nén khí: Model PT – 0136. Áp suất khí nén lớn nhất: 8 (Kg/cm2), nước sản xuất: Đài Loan. - Hệ thống điều chỉnh áp suất và bộ phận tạo xung (điều chỉnh lƣu lƣợng): Thiết bị điều chỉnh và bộ phận tạo xung (điều chỉnh lưu lượng) như hình 3.3. - Hệ thống vòi phun và bình chứa dung dịch: Hình 3.3. Hệ thống điều chỉnh áp suất và bộ phận tạo xung. Hình 3.4. Hệ thống vòi phun dạng nhỏ giọt và bình chứa dung dịch do CỘNG HOÀ LIÊN BANG ĐỨC sản xuất. 53 - Thƣớc Panme điện tử đo ngoài: Kích thước đo được: 0 25 (mm); 0.001 (mm), nước sản xuất: Mitutoyo - Nhật Bản. - Dụng cụ đo lƣu lƣợng: + Loại có vạch chia 1ml, thể tích 10ml 0.2ml. + Loại có vạch chia 2m, thể tích 2ml 0.2ml. + Loại có vạch chia 5m, thể tích 500ml. 3.4. Nghiên cứu so sánh các phƣơng pháp tƣới trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu khi phay rãnh Mục đích: Nghiên cứu so sánh phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù với phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt có cùng sử dụng một loại dung dịch trơn nguội là dầu lạc. Qua đó đánh giá được ưu điểm, nhược điểm của của từng phương pháp. Các chỉ tiêu đánh giá là các thông số công nghệ của quá trình gia công gồm: - Chiều dài đoạn đường làm việc của dao khi cắt hết tuổi bền. - Độ mòn của dao theo đường kính. - Lượng tiêu hao dung dịch trơn nguội. 3.4.1. Quá trình tiến hành thí nghiệm Phay rãnh rộng 8 (mm), sâu 4 (mm) với các thông số công nghệ: n = 560 (vòng/phút), s = 28 (mm/phút), v = 14 (m/phút). Khi gia công sử dụng dung dịch và các phương pháp tưới như sau: Hình 3.5.Thước Panme điện tử đo ngoài 0 25; 0.001 (mm) . 54 - Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt với áp suất P = 4 (KG/cm2), lưu lượng Q = 0.12 mml/phút. - Phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù với áp suất P = 4 (KG/cm2), lưu lượng Q = 0.22 mml/phút. Để làm cơ sở đế so sánh với phương pháp tưới kiểu nhỏ giọt tác giả đã sử dụng kết quả từ luận văn của tác giả Phạm Quang Đồng, năm 2007. - Khi gia công sử dụng cùng một loại dung dịch trơn nguội: dầu lạc. 3.4.2. Kết quả thí nghiệm: Số liệu thí nghiệm được tổng hợp ở phụ lục 1, trong đó số liệu của phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù được lấy từ [16]. Để đánh giá kết quả thí nghiệm, tác giả sử dụng các chỉ tiêu: độ mòn của dao theo đường kính, tuổi bền của dao. Sử dụng phần mềm EXCEL cho ra kết quả như sau: 1. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt bằng dầu lạc. 2. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc. Hình 3.6. Quan hệ giữa lượng mòn dao theo đường kính và thời gian cắt khi thay đổi phương pháp tưới khác nhau trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. [U] = 0.15(mm) 55 0 20 40 60 80 100 120 140 1 2 1. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc. 2. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt bằng dầu lạc. T. Tuổi bền của dao. 1. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc. Hình 3.7. Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép với các phương pháp tưới khác nhau trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Tuổi bền T (ph) [U] = 0.15(mm) Hình 3.8. Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao khi dao phá huỷ với các phương pháp tưới khác nhau trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Tuổi bền T (ph) 56 2. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt bằng dầu lạc. T. Tuổi bền của dao. 1. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt bằng dầu lạc. 2. Bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc. Q. Lưu lượng của dung dịch trơn nguội. 3.5. Thảo luận kết quả: Từ kết quả thí nghiệm cho ta thấy rõ khi dùng cùng một loại dung dịch trơn nguội là dầu lạc thì: - Ảnh hưởng của phương pháp tưới trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến mòn dao (hình 3.6). Khi sử dụng phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt bằng dầu lạc ta thấy tốc độ mòn của dụng cụ cắt nhỏ hơn hẳn so với phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù. Nguyên nhân là do hiệu quả của phương pháp bôi trơn - làm nguội tưới kiểu sương mù thấp hơn nên gây ra ma sát của mặt cắt với mặt sau và ma sát của phoi với mặt trước của Hình 3.9. Biểu đồ so sánh lượng lượng tiêu hao dầu khi sử dụng các phương pháp tưới khác nhau trong công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Q (mml/ph) 57 dao do các hạt tinh thể cứng của vật liệu gia công làm xước vật liệu dao, dần dần dẫn đến phá huỷ dao. - Tuổi bền của dao: tưới kiểu sương mù thì độ mòn theo phương hướng kính của dao là 0.15 (mm) sau thời gian gia công là 110 phút thì dao bị phá hủy, hoàn toàn mất khả năng cắt. Với tưới kiểu nhỏ giọt, độ mòn theo phương hướng kính của dao cho phép 0.15 (mm) thì tuổi bền 136 phút (tăng 123,6% so với tưới kiểu nhỏ giọt). Sau thời điểm này dao vẫn còn khả năng cắt tốt (hình 3.7). Nếu đánh giá tuổi bền theo chỉ tiêu dao bắt đầu mòn khốc liệt thì khi tưới kiểu nhỏ giọt tuổi bền của dao tăng 145,5 % so với tưới kiểu sương mù (hình 3.8). Sở dĩ như vậy là do khi tưới kiểu nhỏ giọt có khr năng bôi trơn và làm nguội tốt hơn so với tưới kiểu sương mù nên đã làm giảm độ mòn và tăng đáng kể tuổi bền của dao. - Dựa vào bảng số liệu so sánh lượng tiêu hao dầu khi sử dụng các phương pháp tưới khác nhau trong công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu (hình 3.9), lượng tiêu hao dung dịch trơn nguội khi sử dụng phương pháp tưới kiểu nhỏ giọt là 12ml cho 100 phút gia công, tưới kiểu sương mù là 24 ml cho 100 phút gia công. Do đó khi áp dụng vào trong thực tiễn sản xuất sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí. Kết luận chƣơng 3 - So sánh và đã nêu ra được ưu điểm, nhược điểm của từng phương pháp. Qua đó nêu ra được ưu điểm nổi bật của phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt. - Đã thực hiện thành công thí nghiệm và kết quả đảm bảo độ tin cậy . - Xây dựng được mối quan hệ giữa lượng mòn dao theo đường kính và thời gian gia công, so sánh được tuổi bền của dụng cụ cắt, lượng tiêu hao dung dịch. 58 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN: 1. Đã xây dựng được lý thuyết cơ bản về công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. 2. Đã lựa chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp với điều kiện cụ thể. 3. Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu. 4. Đã đưa ra được phương pháp nghiên cứu và đánh giá được ưu điểm nổi bật của phương pháp bôi trơn – làm nguội tưới kiểu nhỏ giọt. 5. Đã xây dựng được quan hệ giữa lượng mòn dao và thời gian cắt, so sánh được tuổi bền của dụng cụ cắt, lượng tiêu hao dung dịch trơn nguội khi sử dụng các phương pháp tưới khác nhau. 6. Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng vào thực tế và đem lại hiệu quả cao trong sản xuất. 7. Đề tài cần được phát triển để hoàn thiện như nghiên cứu ảnh hưởng đến các thành phần lực cắt, nhiệt cắt, hệ số ma sát, .... 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS. TS. Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục. 2. PGS. TS. Nguyễn Đăng Bình & PGS. TS. Phan Quang Thế, Một số vấn đề về ma sát, mòn và bôi trơn trong kỹ thuật, NXB Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội 2006. 3. Bành Tiến Long , Trần Thế Lục, Trần sỹ Tuý, Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội 2001. 4. TS. Nguyễn Doãn Ý, Giáo trình quy hoạch thực nghiệm, NXB khoa học kỹ thuật. 5. GS. TS. Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại, NXB Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội 2006. 6. TS. Trần Hữu Đà, Th. S. Nguyễn Văn Hùng, Th. S. Cao Thanh Long, Giáo trình Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Thái nguyên 1998. 7. Ph. A. Barơbasôp, người dịch : Trần Văn Địch, Kỹ thuật phay, NXB “MIR” Maxcơva – NXB Công nhân kỹ thuật Hà Nội. 8. Jeffrey D. Silliman, Richard Perich Staff, Cutting and grinding fluids : Selection and application, NXB Society of Manufacturing Engineers Reference Publications Divition One SME Drive P. O. Box 930 – Dearborn, Michigan 48121. 9. GS. TS. Trần Văn Địch, Nghiên cứu độ chính xác gia công bằng thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật – Hà nội 2003. 10. H. popke (1994), Planung, Aus – und Bewertung von, Expenment mit hilfe der mathematischen statistik, T. U. Magdenburg. 11. Patrichk Dahlman, Marcel Escursell, High – pressure jet – assisted cooling : a new possiblity for near net shape turning of decarburized stell, Product and Production Development, Chalmers University of Technology, SE – 41150 Gothenbung, Sweden. International journal of Machine tool and Manufacture – Design research and application. 60 12. K. Ramesh, H. Huang, L. Yin, SIM Tech institute of Manufacturing Technology, Singapore 6380075. Analytical and experimental investtigation of coolant velocity in high speed grinding. International journal of Machine tool and Manufacture – Design research and application. 13. V. K. Gviniashvili, N.H. Wooley, W.B. Rowe, AMTTRE, Shool of Engineering, Liverpool John Moores University, Liverpool L3AF, UK. Useful coolant Flowrate in grinding. International journal of Machine tool and Manufacture – Design research and application. 14. D. Babic, D.B. Murray, A. A . Torrance. Department of Mechanical and Manufacterring Engineering, Trinity College Engineering, Dublin 2, Ireland. Mist jet cooling of grinding processes. International journal of Machine tool and Manufacture – Design research and application. 15. Trần Mạnh Tuấn, Xác suất thống kê, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội. 16. Phạm Quang Đồng, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi trơn – làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chát lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngón, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật – Thái Nguyên 2007. 17. A. Attanasio, C. Remino, Minimum quantity lubrication in turning: Effect on tool wear, Department of Mechanical Engineering, University of Brescia, Via Branze 38, 25123 Brescia, Italy. Available online 15 July 2005. 18. DHAR N. R, Performance evaluation of minimum quantily lubrication bay vegetable oil in terms and cutting force, cutting zone temperature, tool wear, job dimention and finish in turning AISI – 1060 steel, Department of Industrial and Production Engineering. 61 Phụ lục 1: Bảng 1: Gia công sử dụng phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu sương mù bằng dầu lạc. TT Lƣợng mòn U (mm) Thời gian gia công (phút) Ghi chú 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 0.007 0.01 0.012 0.014 0.017 0.019 0.021 0.023 0.026 0.028 0.031 0.034 0.036 0.04 0.044 0.049 0.051 0.055 0.059 0.064 0.071 0.076 0.082 0.092 0.099 0.102 0.103 0.106 0.109 0.114 0.119 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 62 32 33 34 35 0.126 0.143 0.163 0.185 3.18 3.18 3.18 3.18 Bảng 2: Gia công sử dụng phương pháp bôi trơn – làm nguội tối thiểu tưới kiểu nhỏ giọt bằng dầu lạc. TT Lƣợng mòn U (mm) Thời gian gia công (phút) Ghi chú 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 0.003 0.005 0.007 0.010 0.012 0.015 0.017 0.020 0.022 0.024 0.026 0.029 0.031 0.033 0.035 0.037 0.040 0.042 0.045 0.048 0.054 0.059 0.063 0.067 0.071 0.076 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 63 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 0.080 0.086 0.091 0.096 0.110 0.117 0.121 0.127 0.131 0.138 0.143 0.150 0.155 0.160 0.166 0.172 0.179 0.186 0.191 0.198 0.210 0.218 0.242 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 3.18 64 Phụ lục 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM Hệ thống thí nghiệm. Hệ thống thí nghiệm thí nghiệm. Đo mòn bằng thước Pame điện tử. 65 Chi tiết làm thí nghiệm.