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

THUẬT CƠNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Học viên : Đỗ Như Hồng Người hướng dẫn khoa học : TS. Trần Minh Đức THÁI NGUYÊN - 2009 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CƠNG NGHIỆP *** Độc lập - Tự do - Hạnh phúc --------------o0o-------------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Học viên: Đỗ Như Hồng Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Cơng Nghệ Chế Tạo Máy Người HD khoa học: TS. Trần Minh Đức KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN TS. Nguyễn Văn Hùng TS. Trần Minh Đức Đỗ Như Hồng Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4 DANH MỤC CÁC BẢNG 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6 LỜI NĨI ĐẦU 8 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY 12 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 12 1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 12 1.1.2 Sự co rút phoi 13 1.2 LỰC CẮT GỌT 14 1.2.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt 14 1.2.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 16 1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 17 1.3.1 Nhiệt cắt 17 1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 19 1.4 SỰ MÀI MỊN DAO 19 1.4.1 Biểu hiện ngồi của sự mài mịn dao 19 1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mịn dao 21 1.4.3 Quy luật mịn của dụng cụ cắt 23 1.5 GIA CƠNG CẮT GỌT KHI PHAY 24 1.5.1 Khái niệm chung 24 1.5.2 Phân loại dao phay 25 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 26 1.5.4 Các thơng số hình học của dao phay 27 1.5.5 Các yếu tố của lớp cắt 28 1.5.6 Lực cắt khi phay 30 1.5.7 Độ mịn và tuổi bền của dao phay 31 1.6 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 32 1.6.1 Các phương pháp bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt 32 1.6.2 Bơi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 33 1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 34 Chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY THÉP ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 37 2.1 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 37 2.1.1 Khái niệm về MQL 37 2.1.2 Các loại dung dịch bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt 37 2.1.3 Cách dẫn dung dịch vào vùng cắt trong MQL 42 2.1.4 Ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ MQL đến quá trình gia cơng 44 2.2 PHAY CỨNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ MQL VÀO PHAY CỨNG 47 2.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 49 Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT 51 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 51 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 51 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 3.1.2 Hệ thống thực nghiệm 52 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 53 3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53 3.2.1 Mịn và cơ chế mịn của dao 54 3.2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết 59 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 60 Chương 4. PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 61 4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 61 4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MỊN DAO 65 Phụ lục 2. SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 71 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ψ: gĩc tác động β1: gĩc trượt δ: gĩc cắt γ: gĩc trước K: hệ số co rút phoi L: chiều dài phoi L0: chiều dài cắt a1: chiều dầy phoi thực tế a: chiều dầy phoi lý thuyết R: tổng hợp lực tác dụng lên dao R0: lực tổng hợp pháp tuyến R1: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước F0: lực ma sát của phoi lên mặt trước N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau F0: lực ma sát của phoi lên mặt sau Px: thành phần lực cắt theo phương X Py: thành phần lực cắt theo phương Y Pz: thành phần lực cắt theo phương Z t: chiều sâu cắt S: lượng chạy dao n: số vịng quay của trục chính Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 m: số mũ của K A: cơng hớt phoi A1: cơng sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo A2: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao A3: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao V: vận tốc cắt Ps: lực trong mặt phẳng trượt Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt δ0: độ mịn dao τ: thời gian làm việc của dao ϕ: gĩc nghiêng chính của dao α: gĩc sau δ: gĩc tiếp xúc f: tiết diện ngang của lớp cắt B: chiều rộng cắt Sz: lượng tiến dao răng a0: chiều dầy cắt trung bình D: đường kính dao phay P: lực vịng [u]: lượng mịn mặt sau cho phép Ra: độ nhấp nhơ bề mặt trung bình MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bơi trơn tối thiểu DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 Bảng 1: Số liệu độ nhám Ra, Rz 71 Bảng 2: Số liệu độ mịn mặt sau dao 72 Bảng 3: Tuổi thọ dao ứng với độ mịn mặt sau cho phép [u] = 0,52 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 12 Hình 1.2: Các loại phoi 13 Hình 1.3: Sơ đồ co rút phoi 14 Hình 1.4: Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi 15 Hình 1.5: Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do 15 Hình 1.6: Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt 18 Hình 1.7: Các dạng mịn của dụng cụ cắt 20 Hình 1.8: Mịn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 20 Hình 1.9: Quy luật mịn của dụng cụ cắt 23 Hình 1.10: Các loại dao phay 25 Hình 1.11: Các thơng số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu 27 Hình 1.12: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay 28 Hình 1.13: Sơ đồ tính gĩc tiếp xúc 29 Hình 1.14: Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt 30 Hình 1.15: Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay 30 Hình 1.16: Các dạng mài mịn của răng dao phay 31 Hình 2.1: Các phần tử hịa tan trong nước 40 Hình 2.2: Các phần tử tích tụ khối và các phần tử hịa tan trong nước 40 Hình 2.3: Các phần tử hịa tan dưới dạng thể sữa 41 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 Hình 2.4: Các phần tử hịa tan trong hợp chất hĩa học 41 Hình 2.5: Các phần tử hịa tan trong hợp chất dầu 42 Hình 2.6: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của dao 42 Hình 2.7: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ mặt trước và mặt sau dao phay 43 Hình 2.8: Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt 43 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù 51 Hình 3.2: Ảnh hệ thống thực nghiệm 52 Hình 3.3 Ảnh so sánh mịn mặt trước dao 55 Hình 3.4 Ảnh so sánh mịn mặt sau dao 57 Hình 3.5: Quan hệ giữa độ mịn mặt sau dao và thời gian cắt t 58 Hình 3.6: Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mịn cho phép 59 Hình 3.7: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t 59 Hình 1: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng khơ 65 Hình 2: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng MQL- emunxi 66 Hình 3: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia cơng MQL-dầu lạc 67 Hình 4: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng khơ 68 Hình 5: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng MQL- emunxi 69 Hình 6: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia cơng MQL-dầu lạc 70 Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 LỜI NĨI ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia cơng cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của của quá trình gia cơng bởi chức năng bơi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi vùng gia cơng của nĩ. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bơi trơn làm nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội. Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với mơi trường.... Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khĩ giải quyết được vấn đề về sức khỏe người thợ và ơ nhiễm mơi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật mơi trường ngày càng khắt khe được áp dụng. Điều này đã đặt ra việc tìm tịi các giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia cơng. Một trong những giải pháp thay thế là gia cơng khơ và gia cơng với MQL. Gia cơng khơ là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu đã thành cơng trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với mơi trường. Tuy nhiên trong thực tế, các nghiên cứu đĩ ít cĩ tác dụng khi mà hiệu suất gia cơng cao hơn, chất lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn đặt ra. Trong tình huống đĩ, gia cơng với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 mong đợi trở thành cơng cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trị quan trọng trong nhiều ứng dụng. Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước cơng nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bơi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia cơng cứng và gia cơng tốc độ cao.... Trên thế giới cĩ một số tài liệu đã cơng bố nghiên cứu về MQL như: các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu Ảnh hưởng của MQL đến mịn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng [15]. Tổng cơng ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong cơng nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm nguội trong đĩ cĩ nêu những thành cơng của MQL trong gia cơng cắt gọt và ứng dụng MQL vào thiết kế máy cơng cụ [17]. Ở Việt Nam, cơng nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện đã cĩ một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia cơng cắt gọt đã cơng bố như: tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu trong gia cơng cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao cơng nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngĩn, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mịn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngĩn [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện cơng nghệ bơi trơn làm nguội khi khoan [5]. Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong cơng nghệ bơi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6]. Như vậy, theo các tài liệu đã cơng bố về MQL trong gia cơng cắt gọt thì nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đĩ nhu cầu phay thép đã tơi ngày càng tăng để tránh hoặc giảm bớt được nguyên cơng mài. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT”. 2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ MQL vào phay cứng bằng dao phay mặt đầu trong điều kiện cụ thể của nước ta. Đối tượng nghiên cứu là mịn và cơ chế mịn dao, độ nhám bề mặt chi tiết khi phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít khi gia cơng khơ và gia cơng MQL từ đĩ so sánh được hiệu quả của phương pháp gia cơng MQL so với gia cơng khơ trong phay cứng. Trong khuơn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu mịn và cơ chế mịn dao khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khơ và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mịn và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu sử dụng cơng nghệ MQL. - So sánh tuổi bền của dao khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khơ và MQL. - Nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong phay cứng mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu so với gia cơng khơ về độ nhám bề mặt chi tiết và mịn dao. Từ đĩ làm giàu thêm kiến thức và kinh nghiệm về bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả thực nghiệm của đề tài hồn tồn cĩ thể triển khai vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia cơng chế tạo chi tiết máy và sản xuất thân thiện với mơi trường. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với mục đích nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ MQL vào phay cứng, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trong đĩ nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan các vấn đề liên quan đến gia cơng khơ và gia cơng MQL trong phay cứng từ đĩ định hướng cho nghiên cứu về mịn, cơ chế mịn dao và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay cứng. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được bản chất mịn, cơ chế mịn và độ nhám bề mặt chi tiết từ đĩ so sánh được hiệu quả gia cơng MQL so với gia cơng khơ. Thái nguyên, ngày tháng năm 2009 Người thực hiện Đỗ Như Hồng Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1a), sau đĩ bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 ÷ 5 (hình 1.1c). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 a P a) a b) P 2 1 C δ ψ β B a c) P 2 1 C δ ψ β1 B 3 4 5 Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng gĩc Ψ, gĩc này được gọi là gĩc tác động. Gĩc β1 gọi là gĩc trượt, cịn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và gĩc cắt δ nhỏ. Hình 1.2 là các loại phoi được hình thành trong quá trình gia cơng các loại vật liệu khác nhau. Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia cơng vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và gĩc trước γ lớn [7]. Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và gĩc trước γ nhỏ [7]. Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và gĩc trước γ nhỏ [7]. Khi gia cơng các vật liệu giịn (gang) với chiều sâu cắt và gĩc trước γ lớn thì phoi vụn (hình 1.2d) cĩ hình dạng khơng giống nhau được hình thành. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 a P a) a PC B a PC B a PC B c) b) d) Hình 1.2. Các loại phoi 1.1.2 Sự co rút phoi Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a1 lớn hơn chiều dày cắt a (hình 1.3). Nhưng trong trường hợp này cĩ sự thay đổi về hình dáng, cịn thể tích vẫn được giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn quãng đường mà dao đi qua L0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại theo chiều dài và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K: 110 >== a a L LK Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi cắt kim loại L a L L 0 a1 Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 β1 γ l l0 Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng: 1 1 1 1 0 0 sin )cos( sin )90sin( β γβ β γβ − = +− == l lK Trong thực tế, K = 1,5 ÷ 4. Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [7]. 1.2 LỰC CẮT GỌT 1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phơi và lưỡi cắt. Hình 1.5a là sơ đồ lực tác động lên phơi khi cắt tự do. L0 α γ N' F'0 R1 F R N 0 0 v δa) N' F'0 Rb) y z R Pz Py 1 R1 R0 Rc) d) Hình 1.5. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F0, cĩ nghĩa là: 00 FNR += . Mặt sau của dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt sau của dao F0’. Tổng của hai lực N’ và F0’ là R1. Vì gĩc sau α nhỏ và cĩ độ mịn ở mặt sau của dao, cho nên ta cĩ thể tính lực như trên hình 1.5b, cĩ nghĩa là phương của lực F0’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngồi phải cĩ một lực tác dụng lên dao 10 RRR += (hình 1.5c). Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần: - Thành phần lực Pz theo phương chuyển động chính hoặc theo phương dịch chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến. - Thành phần lực Py theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi Py là lực hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được: Pz = Ncosγ + F0sinγ + F0’ Py = -Nsinγ + F0cosγ+ N’ Lực pháp tuyến N cĩ thể xác định theo cơng thức gần đúng sau đây: mtSKN 0σ= Ở đây: σ0: giới hạn chảy của vật liệu gia cơng khi bị nén (kG/mm2); t: chiều sâu cắt (mm); S: lượng chạy dao (mm/vịng); K: hệ số co rút phoi; m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia cơng). Ngồi hai thành phần lực Pz và Py cịn cĩ thêm thành phần lực Px (lực tác dụng theo phương trục chi tiết). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia cơng bình thường cĩ thể được tính như sau [7]: Px = (0,2 ÷ 0,3)Pz Py = (0,3 ÷ 0,4)Pz 1.2.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarơ [7]. Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia cơng càng cĩ độ dẻo cao. Điều này được giải thích như sau: trong trường hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đĩ hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao [7]. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên khơng nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia cơng với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia cơng thép 10 với tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội emunxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trường hợp gia cơng khơng cĩ dung dịch trơn nguội [7]. Mặc dù cĩ lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia cơng tốc độ cao) vẫn cĩ ưu điểm vì khi cĩ dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngồi ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng được cải thiện đáng kể [7]. 1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 1.3.1 Nhiệt cắt Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đĩng vai trị rất quan trọng, bởi vì nĩ ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngồi ra, nhiệt cắt cịn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mịn và tuổi bền dao [7]. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một cơng A (kGm) sinh ra trong quá trình hớt phoi. Cơng A được xác định theo cơng thức: A = A1 + A2 + A3 (1) Ở đây: A1: cơng sinh ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo; A2: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước của dao; A3: cơng sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau của dao. Mặt khác, cơng A được tính theo cơng thức: A = Pz.L Ở đây: Pz: lực cắt tác dụng theo phương tốc độ cắt (kG); L: quãng đường mà dụng cụ đi qua hay chiều dài cắt (m). Các cơng thành phần trong cơng thức (1) cĩ tỉ lệ như sau: A1 = 55%, A2 = 35%, A3 = 10%. Nếu lấy quãng đường mà dụng cụ đi qua trong một phút, ta cĩ cơng thức trong một phút: A = Pz.V = Ps.Vs + F.VF + F1.VF1 Ở đây: V: tốc độ cắt (m/phút); Ps: lực trong mặt phẳng trượt hay lực trượt (kG); Vs: tốc độ trượt (m/phút); F: lực ma sát ở mặt trước của dao (kG); F1: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG); K VVF = : tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trước của dao (m/phút); K: hệ số co rút phoi; VF1: tốc độ chuyển động của bề mặt gia cơng tương đối so với mặt trước của dao (m/phút), VF1 = V. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 Thực tế cho thấy, phần lớn cơng cắt gọt A (hơn 99,5%) sinh ra nhiệt cắt. Vì vậy, lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt là [7]: 427 . 427 VPAQ z== Nhiệt cắt Q được tính bằng kcal/phút. Nhiệt trong quá trình cắt lan tỏa từ điểm cĩ nhiệt độ cao nhất đến điểm cĩ nhiệt độ thấp nhất. Nhiệt trong quá trình cắt chủ yếu tập trung ở phoi và một phần ở dụng cụ. Nhiệt do ma sát ở mặt trước và mặt sau sẽ tập trung ở mặt trước III và mặt sau IV, ở phoi II và chi tiết gia cơng I (hình 1.6). Cĩ một phần nhỏ nhiệt tỏa ra vào mơi trường xung quanh. a Đường đẳng nhiệtVùng trượt I II III IV Hình 1.6. Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt Khi biết lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt lan tỏa giữa phoi, chi tiết gia cơng và dụng cụ, cĩ thể viết phương trình nhiệt như sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 = Qp + Qd + Qc + Qm Ở đây: Q1, Q2, Q3: nhiệt ứng với các cơng ở cơng thức 1; Qp, Qd, Qc, Qm: nhiệt ở phoi, ở dụng cụ, ở chi tiết và ở mơi trường xung quanh. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi gia cơng với tốc độ cắt khơng lớn (30 ÷ 40 m/phút) tỉ lệ nhiệt như sau: Qp ≈ 60 ÷ 70%; Qd ≈ 3%; Qc ≈ 30 ÷ 40%; Qm ≈ 1 ÷ 2%. Khi tốc độ cắt tăng, tỉ lệ nhiệt vào phoi tăng. Ví dụ, khi Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 tốc độ cắt V = 400 ÷ 500 m/phút, nhiệt vào phoi Qp ≈ 97 ÷ 98%; Qd ≈ 1%. Thực nghiệm cũng đã khẳng định rằng tính dẫn nhiệt của chi tiết gia cơng càng nhỏ thì nhiệt tỏa vào dụng cụ càng lớn [7]. Khi cắt với tốc độ V = 10 m/phút, nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước của dao khoảng 5400C, cịn trên khoảng cách 0,2 mm của mặt trước nhiệt độ khoảng 4500C. Khi tốc độ cắt là V = 200 m/phút nhiệt độ ở các nơi tương ứng là 12650C và 4000C [7]. Khi gia cơng vật liệu cĩ tính dẫn nhiệt thấp, ví dụ hợp kim Titan BT2 thì nhiệt độ vào dao lớn hơn khi gia cơng các vật liệu thơng thường khác. Khi nĩi về nhiệt độ cắt, cần nhớ rằng nĩ cĩ giá trị khơng như nhau ở các điểm khác nhau của vùng cắt. Ở các điểm khác nhau của bề mặt dụng cụ và phoi cĩ nhiệt độ khác nhau. Ngồi ra, tại mỗi điểm nhiệt độ cĩ thể thay đổi theo thời gian. Nhiệt độ cao nhất tồn tại ở tâm áp lực của phoi xuống dao và ở lưỡi cắt chính [7]. 1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt cĩ tác dụng làm mát và tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, do đĩ làm nhiệt độ vùng cắt giảm xuống [7]. 1.4 SỰ MÀI MỊN DAO 1.4.1 Biểu hiện ngồi của sự mài mịn dao Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá trình sử dụng bị mài mịn. Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mịn: theo mặt sau (dạng mài mịn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mịn thứ hai). Cả hai loại mịn này đều tồn tại khi gia cơng với mọi chế độ cắt được dùng trong sản xuất. Khi mịn theo dạng thứ nhất (hình 1.7a) ở mặt sau của dao tạo thành tiết diện mịn cĩ bề rộng là δ. Dọc theo lưỡi cắt chính bề rộng của tiết diện mịn nhìn chung rất nhỏ. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Về nguyên tắc, bề rộng lớn nhất của tiết diện mịn tồn tại ở mặt sau của dao hoặc ở chỗ chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ (hình 1.8a). Trong một số trường hợp ở điểm của lưỡi cắt chính tương ứng với bề mặt gia cơng tồn tại mịn cục bộ cĩ hình dạng như cái lưỡi (hình 1.8b). δ δ δ δ1 f l δ1 l a) b) c) Hình 1.7. Các dạng mịn của dụng cụ cắt a) b) Hình 1.8. Mịn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt Khi mịn theo dạng thứ hai thì ngồi mặt sau bị mịn, mặt trước cũng bị mịn (hình 1.7b). Mịn mặt trước cĩ hình dạng đặc thù riêng. Dưới tác dụng của phoi ở mặt trước của dao tồn tại một vết lõm cĩ bề rộng l và chiều sâu δ1 (hình 1.7b). Cạnh ngồi của vết lõm nằm gần song song với lưỡi cắt chính, cịn chiều dài b của vết lõm bằng chiều dài làm việc của lưỡi cắt chính. Tùy thuộc vào tốc độ cắt và khoảng cách giữa cạnh ngồi vết lõm và lưỡi cắt chính cĩ thể thay đổi. Khi gia cơng thép với tốc độ cắt thấp và trung bình bằng dao thép giĩ, lưỡi cắt chính và cạnh ngồi của vết lõm tồn tại khoảng cách f (gọi là đoạn nối ngang), đoạn f này giảm dần theo chiều tăng của diện tích vết lõm. Điều này cĩ liên quan đến lẹo dao, lẹo dao giữ cho mặt trước khơng bị phoi cọ sát nhiều. Khi gia cơng Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 thép với tốc độ cắt lớn bằng dao hợp kim cứng khơng tồn tại lẹo dao cho nên cạnh ngồi của vết lõm trùng với mặt sau của dao, do đĩ mặt trước của dao chỉ tồn tại vết lõm (hình 1.7c). Dạng mịn của dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia cơng, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v. Khi gia cơng các vật liệu dẻo (thép) mịn dao xảy ra theo dạng thứ nhất và dạng thứ hai. Khi gia cơng các vật liệu giịn (gang) mịn dao xảy ra theo dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai [7]. Chiều dày lớp cắt và tốc độ cắt cĩ ảnh hưởng như nhau đến dạng mịn của dụng cụ. Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc độ cắt thấp, dao mịn theo mặt sau (dạng mịn thứ nhất). Khi tăng chiều dày cắt và tốc độ cắt ngồi mặt sau ra, mặt trước của dao cũng bị mịn (dạng mịn thứ hai). Hơn nữa, chiều dày cắt a và tốc độ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mịn nhanh hơn mặt sau [7]. Gĩc trước γ và dung dịch trơn nguội cĩ ảnh hưởng khơng đáng kể đến dạng mịn của dao [7]. 1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mịn dao Mặc dù mài mịn của dụng cụ cắt là chỉ tiêu quan trọng của khả năng làm việc của dụng cụ, nhưng bản chất vật lý của mài mịn vẫn chưa được nghiên cứu sâu do tính phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao. Cĩ nhiều giả thuyết giải thích bản chất vật lý của sự mài mịn dụng cụ. Theo các giả thuyết này thì các nguyên nhân chính gây ra mịn các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ là: a) Tác động hạt mài do vật liệu gia cơng gây ra (gọi là mịn hạt mài). b) Tác động qua lại của giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cơng (mịn tiếp xúc). c) Sự khuyếch tán của vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia cơng (mịn khuyếch tán). Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 d) Các hiện tượng hĩa học xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao (mịn oxy hĩa). Dưới đây ta phân tích từng trường hợp cụ thể: - Mịn hạt mài: khi cĩ ma sát của phơi với mặt sau và ma sát của phoi với mặt trước của dao, các hạt tinh thể cứng của vật liệu gia cơng làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao. Cường độ mịn hạt mài tăng khi lượng xêmentít (HB = 800) trong thép (vật liệu gia cơng) tăng. Lẹo dao cĩ thể làm xước bề mặt dụng cụ nhanh hơn cả vật liệu gia cơng bởi độ cứng của lẹo dao cao hơn nhiều so với độ cứng của vật liệu gia cơng. Mịn hạt mài của dụng cụ bằng thép dụng cụ và thép giĩ nhanh hơn so với dụng cụ bằng hợp kim cứng, bởi vì dao hợp kim cứng cĩ độ cứng rất cao. - Mịn tiếp xúc: bề mặt của phoi và mặt trước của dao khơng phải là các bề mặt cĩ độ nhẵn bĩng tuyệt đối, vì vậy chúng chỉ tiếp xúc với nhau theo các đỉnh nhấp nhơ. Điều này gây ra áp lực lớn phá vỡ các màng bị oxi hĩa, do đĩ xảy ra hiện tượng hàn nguội giữa vật liệu phoi và bề mặt dụng cụ ở các điểm tiếp xúc thực tế. Sự hàn nguội này xảy ra với xác suất lớn hơn khi nhiệt độ cắt cao. Khi phoi dịch chuyển theo bề mặt dao, tại các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và kết quả các hạt kim loại ở mặt trước của dao bị bĩc tách, cĩ nghĩa là bị mài mịn. - Mịn khuyếch tán: nhiệt độ và biến dạng dẻo ở bề mặt tiếp xúc gây ra quá trình khuyếch tán ở vật liệu dao và vật liệu gia cơng. Trong trường hợp này khuyếch tán khơng xảy ra đối với các phân tử của liên kết hĩa học, mà khuyếch tán chỉ xảy ra đối với các phân tử riêng biệt của liên kết này. Ví dụ, các phân tử Cácbon, Vơnfram, Titan, Cơban cĩ trong thành phần của hợp kim cứng dụng cụ. Theo quy luật phát triển của lớp khuyếch tán thì tốc độ khuyếch tá._.n tăng nhanh ở giai đoạn đầu của quá trình khuyếch tán. Trong quá trình cắt thời gian tiếp xúc của phoi và dao xảy ra rất nhanh (% hoặc phần nghìn giây), vì vậy những phần khác nhau của vật liệu gia cơng liên tục tiếp xúc với bề mặt dụng cụ, Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 làm cho quá trình khuyếch tán ở giai đoạn đầu tăng mạnh, gây ảnh hưởng lớn đến cường độ mịn của dụng cụ. - Mịn oxy hĩa: giả thuyết về mịn oxy hĩa được đưa ra trên cơ sở ăn mịn của các hợp kim cứng khi chúng bị nung nĩng trong mơi trường Oxy và sự khơng thay đổi tính chất của lớp bề mặt hợp kim cứng khi chúng bị nung nĩng trong các loại khí như Acgơn, Nitơ và Gheli. Theo giả thuyết này, khi nhiệt độ cắt 700 ÷ 8000C Oxy của khơng khí tham gia vào phản ứng hĩa học với pha của Cơban trong hợp kim cứng và Cácbít Vơnfram, Cácbít Titan. Do hợp kim cứng cĩ độ xốp lớn cho nên quá trình oxy hĩa khơng chỉ xảy ra trên các lớp bề mặt tiếp xúc của dụng cụ mà cịn ở các hạt vật liệu (hợp kim cứng) nằm sâu dưới lớp bề mặt. Sản phẩm oxy hĩa của Cơban là các ơxít Co3O4, CoO và cácbít WO3, TiO2. Độ cứng của các sản phẩm oxy hĩa thấp hơn độ cứng của hợp kim cứng khoảng 40 ÷ 60 lần. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao san phẳng các hạt cácbít và mài mịn các bề mặt này. Khi lượng Cơban trong hợp kim cứng tăng thì tốc độ oxy hĩa tăng, do đĩ bề mặt dụng cụ bị mài mịn tăng. Khi cắt trong mơi trường khí Acgơn, Gheli và Nitơ cĩ thể giảm được cường độ mịn của dụng cụ. 1.4.3 Quy luật mịn của dụng cụ cắt Hình 1.9. Quan hệ giữa độ mịn và thời gian làm việc của dao Hình 1.9 là quan hệ phụ thuộc giữa độ mịn δ của dụng cụ cắt và thời gian làm việc của nĩ τ (gọi là đường cong mịn). Đường cong mịn cĩ thể chia làm ba phần: Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 - Phần 1: Mịn ban đầu với khoảng thời gian khơng lớn. Trong giai đoạn này, mịn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mịn các đỉnh nhấp nhơ trên bề mặt dụng cụ. - Phần 2: Mịn bình thường. Giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm khi mà chiều cao nhấp nhơ cĩ giá trị rất nhỏ. Ở giai đoạn này, độ mịn gần như tăng tỉ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai đoạn cĩ thời gian làm việc lớn nhất của dụng cụ. - Phần 3: mịn kịch liệt. Ở giai đoạn này dao cĩ thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị gãy đầu dao. Mịn ở giai đoạn này khơng cho phép dao tiếp tục làm việc, cĩ nghĩa là cần phải mài lại dao hoặc thay dao mới. 1.5 GIA CƠNG CẮT GỌT KHI PHAY 1.5.1 Khái niệm chung Phay là phương pháp gia cơng kim loại được dùng phổ biến từ thế kỷ XIX. Từ đĩ đến nay nĩ đã trải qua một thời kỳ dài phát triển. Phương pháp phay được nhiều học giả quan tâm nghiên cứu. Phay cho độ chính xác kích thước và độ nhám khơng cao lắm (độ chính xác kích thước khơng cao hơn cấp 2 ÷ 4 và độ nhám cấp 6 ÷ 7) [7], [8]. Cĩ thể gia cơng mặt phẳng, mặt định hình, rãnh then, then hoa, bánh răng... bằng dao phay. Trải qua một thời gian dài phát triển, dao phay ngày càng được cải tiến, đã xuất hiện nhiều kiểu khác nhau như: dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay đĩa cắt đứt, dao phay ngĩn, dao phay gĩc, dao phay định hình... Nĩi chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngồi những đặc điểm của phương pháp tiện, cịn cĩ những đặc điểm sau đây: - Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do cĩ đồng thời nhiều lưỡi cắt. - Lưỡi cắt của dao phay khơng làm việc liên tục, mặt khác khối lượng thân dao thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 - Diện tích cắt khi phay thay đổi do đĩ lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. - Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây va đập và rung động. 1.5.2 Phân loại dao phay Hình 1.10. Các loại dao phay a- dao phay trụ; b- dao phay đĩa và dao phay rãnh; c- dao phay ngĩn; d,e- dao phay mặt đầu; g- dao phay định hình; h- dao phay cắt đứt Theo khả năng cơng nghệ: - Dao phay mặt phẳng. - Dao phay rãnh. - Dao phay định hình. - Dao phay bánh răng và ren. - Dao phay các chi tiết trịn xoay. - Dao phay cắt đứt. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Theo đặc điểm cấu tạo: - Theo phương của răng: dao phay răng thẳng, dao phay răng nghiêng, dao phay răng xoắn... - Theo kết cấu của răng: dao phay răng nhọn, dao phay răng tù (phay hớt lưng). - Theo kết cấu: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp, đầu dao lắp ghép. - Theo phương pháp kẹp chặt: dao phay cĩ lỗ, dao phay chuơi trụ hay cơn. 1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay Hợp kim cứng thường được sử dụng cho chế tạo dao phay mặt đầu, dao phay cĩ kích thước lớn. Ít khi được sử dụng để chế tạo dao phay ngĩn cắt rãnh. Hợp kim cứng cĩ độ cứng cao, cĩ thể đạt HRA = 86 ÷ 92, chịu nhiệt độ khoảng 10000C, do đĩ cĩ thể tăng vận tốc cắt lên gấp 2 ÷ 3 lần thép giĩ. Hợp kim cứng được chế tạo từ các bột cácbít vơnfram (WC), cácbít titan (TiC), cácbít tantan (TaC), trộn với chất dính kết là bột cơban, ép mảnh định hình rồi thiêu kết ở nhiệt độ ở khoảng 20000C để cơban chảy ra và liên kết các hạt cácbít lại với nhau. Các hợp kim cứng thường dùng là BK, TK, TTK hoặc P01, P10, P20, P30, P40, P50, M10, M20, M30, M40, K01, K10, K20, K30. Theo tiêu chuẩn Nga (ΓOCT) cĩ thể phân thành bằng tay loại hợp kim cứng: Nhĩm 1 cácbít BK: là hợp kim cứng một cácbít WC như BK3, BK8, BK10... Ví dụ BK8 cĩ 8%Co và 92% Cácbít. Nhĩm 2 cácbít TK: là hợp kim cứng hai cácbít TiC và WC như T15K6, T30K4... Ví dụ T15K6 cĩ 6%Co, 15% TiC và 79% WC. Nhĩm 3 cácbít TTK: là hợp kim cứng ba cácbít TiC, WC, TaC như: TT7K12 cĩ 12% Co, 7%TiC và 81% WC. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 1.5.4 Các thơng số hình học của dao phay Ở dao phay mặt đầu (hình 1.11) các lưỡi cắt được chế tạo giống như các dao tiện cĩ lưỡi cắt chuyển tiếp. Hình 1.11. Các thơng số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu Định nghĩa các gĩc của dao phay mặt đầu cũng tương tự như định nghĩa các gĩc của dao tiện thường. Ví dụ, gĩc ϕ (gĩc nghiêng chính) là gĩc giữa hình chiếu của lưỡi cắt chính lên mặt phẳng đáy (mặt phẳng đi qua tâm dao) và phương chạy dao. Gĩc 20 ϕϕ = là gĩc nghiêng của gĩc cắt chuyển tiếp. Đo gĩc γ được thực hiện trong mặt phẳng N-N vuơng gĩc với lưỡi cắt chính, cịn gĩc sau α được đo trong mặt phẳng của hình chiếu của quỹ đạo chuyển động của một điểm của lưỡi cắt, cĩ nghĩa là trong mặt phẳng A-A vuơng gĩc với trục của dao và trùng với phương chạy dao. Giữa gĩc sau αN và α cĩ quan hệ phụ thuộc sau: tgαN = tgα.sinϕ Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Ngồi các gĩc trên đây, dao phay mặt đầu cịn cĩ thêm gĩc hướng kính (hay gĩc ngang) γN trong mặt phẳng cắt ngang A-A và gĩc trục (hay gĩc dọc) γ2 trong mặt phẳng cắt dọc B-B. Các gĩc của dao phay được chọn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia cơng, điều kiện cắt và kết cấu của nĩ. Ví dụ, khi gia cơng thép bằng dao phay mặt đầu hợp kim cứng thì chọn gĩc γ = -10 ÷ +100, cịn khi gia cơng gang γ = +5 ÷ 0. Gĩc nghiêng chính ϕ của dao phay mặt đầu thường bằng 45 ÷ 600 và được chọn phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ. Khi độ cứng của hệ thống cơng nghệ đảm bảo, ϕ được chọn trong khoảng 20 ÷ 300. Gĩc nghiêng phụ ϕ1 được chọn phụ thuộc vào độ bĩng bề mặt yêu cầu. 1.5.5 Các yếu tố của lớp cắt Hình 1.12. Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay Quá trình phay cĩ những đặc điểm sau: Mỗi răng của dao phay trong quá trình cắt sẽ hớt ra phoi cĩ dạng một dấu phẩy (hình 1.12), cịn chiều dày cắt thay đổi từ 0 đến amax. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Mỗi một răng của dao phay làm việc với chế độ gián đoạn theo chu trình kỳ. Chế độ làm việc như vậy cĩ ưu điểm là khi răng của dao phay đi ra khỏi chi tiết nĩ được làm nguội cịn nhược điểm là khi răng ăn vào chi tiết gia cơng sẽ gây ra va đập. Để phân tích chiều dày cắt và diện tích của lớp cắt cần xác định gĩc tiếp xúc δ, cĩ nghĩa là gĩc tâm tương ứng với cung tiếp xúc của dao phay với phơi (hình 1.13). Ta cĩ: D B D B == 2 2 2 sin δ Hình 1.13. Sơ đồ tính gĩc tiếp xúc Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí hình chiếu của hai răng kề nhau được đo theo phương hướng kính (hình 1.12) Cơng thức tổng quát của chiều dày cắt được tính như sau: aΨ = SZ.sinΨ Ở đây: Ψ là gĩc tiếp xúc tức thời giữa đường vuơng gĩc (với mặt gia cơng) và bán kính tại điểm tiếp xúc của đỉnh răng dao với chi tiết gia cơng. Chiều dày cắt trung bình a0 bằng: Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 D tSSa ZZ =−= )cos1(2 1 0 δ Khi biết chiều rộng cắt B và chiều dày cắt amax cĩ thể xác định được diện tích của tiết diện ngang của lớp cắt bằng dao phay: aBf .= 2 2 max 2 D t D tBSf Z −= Hình 1.14. Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của các răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt 1.5.6 Lực cắt khi phay Tổng hợp lực R1 cĩ thể phân tích thành hai thành phần: lực vịng P (PZ) tác dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính Py (hình 1.15a). Hình 1.15. Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 a) Răng thẳng; b) Răng xoắn (răng nghiêng) Ngồi ra, tổng hợp lực R1 cĩ thể phân tích thành: lực nằm ngang PH và lực thẳng đứng PV. Nếu dao cĩ răng xoắn (răng nghiêng) ngồi lực R1 tác dụng lên răng dao trong mặt phẳng vuơng gĩc với trục của dao cịn xuất hiện lực dọc trục P0, khi đĩ tổng hợp lực sẽ là R (hình 1.15b). Lực P là lực cần quan tâm nhất bởi nĩ thực hiện cơng việc chính để cắt phoi. Dựa theo lực này mà người ta tính cơng suất cắt và tính các chi tiết của cơ cấu chuyển động chính của máy. Lực hướng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của trục chính máy và uốn võng trục dao. Dựa theo lực ngang PH (lực chạy dao) người ta tính tốn cơ cấu chạy dao và đồ gá kẹp phơi. Lực này cĩ thể gây rung động khi giữa cặp vít me - đai ốc cĩ khe hở. Lực hướng kính PV cĩ xu hướng nâng phơi lên khỏi bàn máy và nâng bàn máy lên khỏi thân máy. Cơng thức tính lực vịng khi phay bằng dao phay bằng dao phay trụ răng thẳng: ppP qy Z x P DzBStCP .....= Cấu trúc và dạng cơng thức trên cũng đúng cho cả dao phay mặt đầu [7]. 1.5.7 Độ mịn và tuổi bền của dao phay Tùy thuộc vào điều kiện cắt, răng dao phay cĩ thể bị mài mịn tùy theo mặt trước (hình 1.16a) hoặc đồng thời bị mài mịn theo cả hai mặt trước và sau (hình 1.16b). Chiều dày cắt càng nhỏ, độ mịn của mặt sau càng lớn. Hình 1.16. Các dạng mài mịn của răng dao phay Dạng mài mịn như vậy đặc trưng cho các loại dao phay hình trụ, dao phay ngĩn, dao phay then hoa, dao phay rãnh và dao phay định hình. Các loại dao Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 phay mặt đầu và dao phay đĩa khi gia cơng thép với chiều dày cắt amax > 0,08 mm thơng thường cả hai mặt trước và sau đều bị mài mịn [7]. Khi gia cơng thơ chỉ tiêu mịn tối ưu của dao phay là thời gian phục vụ tối đa (tuổi bền của dao). Khi gia cơng tinh và bán tinh cần đánh gía mịn chỉ tiêu cơng nghệ, cĩ nghĩa là độ mịn giới hạn để đảm bảo chất lượng bề mặt gia cơng. Tuổi bền của dao phay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đĩ cĩ đường kính của dao. Đường kính dao càng lớn, tuổi bền của dao càng cao. Tuy nhiên, để tăng chế độ cắt nên giảm tuổi bền của dao xuống khi phay thép hợp kim và thép khĩ gia cơng. 1.6 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 1.6.1 Các phương pháp bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt Dung dịch trơn nguội cĩ tác dụng [3]: - Dung dịch cĩ khả năng xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, đặc biệt xâm nhập vào các vết nứt tế vi, khi đĩ nĩ đĩng vai trị như cái chêm làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn. - Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hĩa hơi, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nĩ càng lớn, nhờ đĩ tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do nhiệt của dao giảm đi. - Khi gia cơng vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá hủy mạng tinh thể ở lớp cứng nguội. - Chất bơi trơn làm nguội luơn phải cĩ xu hướng làm giảm lực cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm nhiệt tại vùng cắt, giảm độ mấp mơ bề mặt. Dung dịch trơn nguội cĩ thể pha chế theo nhiều cơng thức khác nhau để thích hợp với từng điều kiện gia cơng khác nhau. Các dung dịch dùng trong cắt gọt thường dùng cĩ thể chia làm hai nhĩm chính: dung dịch chủ yếu làm nguội Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 và dung dịch chủ yếu bơi trơn. Khi gia cơng thơ, dao bị nĩng nhiều và khơng địi hỏi độ nhẵn cao, ta chỉ cần dùng dung dịch thuộc nhĩm thứ nhất. Thành phần chủ yếu là keo của xà phịng và axit hữu cơ trong dầu mỏ pha với nước và pha cồn 900 để lâu hỏng. Khi gia cơng tinh địi hỏi độ nhẵn bề mặt cao nên dùng dung dịch thuộc nhĩm thứ hai. Thành phần cơ bản là dầu mỏ, dầu thực vật, dầu động vật, nước và xút cĩ pha thêm cồn 900 [8]. Trong gia cơng cắt gọt cĩ các dạng bơi trơn làm nguội sau đây [3]: - Gia cơng khơ: là phương pháp khơng dùng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia cơng. Ưu điểm của phương pháp gia cơng khơ là khơng gây ơ nhiễm mơi trường. Khơng hao tốn dung dịch trơn nguội. Máy khơng cần trang bị hệ thống bơi trơn. Nhược điểm của phương pháp là nhiệt độ vùng cắt lớn. Lực cắt lớn hơn so với phương pháp tưới tràn. Khĩ thốt phoi ra khỏi vùng gia cơng. Phương pháp này chỉ sử dụng cho một số phương pháp gia cơng và vật liệu gia cơng nhất định. - Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn : là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay, dung dịch trơn nguội được dẫn tự do vào vùng cắt thơng qua hiện tượng mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao, bình thơng nhau... Ưu điểm của phương pháp tưới tràn là tải được nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế được ảnh hưởng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo được nhiệt độ trong mơi 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 phơi và mặt sau dụng cụ cắt. Nhược điểm của phương pháp là gây ơ nhiễm mơi trường làm việc, đất đai và nguồn nước. Tăng chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo dưỡng và tái chế chất bơi trơn đặc biệt là chi phí làm sạch trước khi đưa vào mơi trường. Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội. Dung dịch khĩ xâm nhập vào vùng cắt. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 - Bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL): là phương pháp sử dụng dịng khí nén cĩ áp suất cao để phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt dưới dạng sương mù để bơi trơn, làm nguội và đẩy phoi ra khỏi vùng gia cơng. 1.6.2 Bơi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 1. Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu Dao phay mặt đầu được dùng để gia cơng các mặt phẳng trên máy phay đứng và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay hình trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Dao phay mặt đầu chia làm hai loại: dao liền và dao chắp. So với dao phay hình trụ, dao phay mặt đầu cĩ ưu điểm là: cĩ độ cứng cao hơn khi kẹp nĩ trên trục tâm hoặc trục chính của máy. Quá trình làm việc êm hơn vì nhiều răng làm việc đồng thời. Chính vì thế khi gia cơng mặt phẳng người ta thường sử dụng dao phay mặt đầu [11]. Dao phay mặt đầu cĩ các lưỡi bằng hợp kim cứng đã được sử dụng rộng rãi. Phay mặt đầu bằng loại dao phay này cĩ năng suất cao hơn dao phay trụ. Gần đây người ta đã sử dụng rộng rãi loại dao phay mặt đầu cĩ các lưỡi dao thay đổi được bằng hợp kim cứng (chỉ dùng một lần) [11]. 2. Bơi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu Đối với vật liệu dao hợp kim cứng rất dễ xảy ra hiện tượng nứt mẻ lưỡi dao nên khi cắt gọt nếu tưới dung dịch trơn nguội thì phải tưới liên tục và đủ lưu lượng vì khi tưới rỏ giọt hoặc gián đoạn thì nhiệt độ dao thay đổi liên tục sẽ gây nứt vỡ dao [8]. Cắt khơ hồn tồn đã trở thành thĩi quen cơng nghiệp đối với gia cơng các chi tiết thép đã tơi. Các thơng tin đáng tin cậy truyền thống chỉ ra rằng cắt khơ hồn tồn khi so sánh với cắt tưới tràn giảm được lực cắt và cơng suất của máy cĩ kết quả là do sự tăng nhiệt độ cắt [15]. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA CƠNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia cơng cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của của quá trình gia cơng bởi chức năng bơi trơn, làm mát và làm đẩy phoi của nĩ. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bơi trơn làm nguội, ti ết kiệm dung dịch trơn nguội. T ìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với mơi trường... [3]. Bơi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khĩ giải quyết được vấn đề về sức khỏe người thợ và ơ nhiễm mơi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật mơi trường ngày càng khắt khe được áp dụng. Điều này đã đặt ra việc tìm tịi các giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia cơng. Một trong những giải pháp thay thế là gia cơng khơ và gia cơng với MQL [14]. Gia cơng khơ là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu đã thành cơng trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với mơi trường. Tuy nhiên trong thực tế, các nghiên cứu đĩ ít cĩ tác dụng khi mà hiệu suất gia cơng cao hơn, chất lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn được đặt ra. Trong tình huống như vậy, gia cơng với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được mong đợi trở thành cơng cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trị quan trọng trong nhiều ứng dụng [14]. Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước cơng nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bơi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia cơng cứng và gia cơng tốc độ cao... [3]. Trên thế giới cĩ một số tài liệu đã cơng bố nghiên cứu về MQL như: các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu Ảnh hưởng của MQL đến mịn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng [15]. Tổng cơng ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong cơng nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm nguội trong đĩ cĩ nêu những thành cơng của MQL trong gia cơng cắt gọt và ứng dụng MQL trong thiết kế máy cơng cụ [17]. Ở Việt Nam, cơng nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện đã cĩ một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia cơng cắt gọt đã cơng bố như: tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ bơi trơn làm nguội tối thiểu trong gia cơng cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao cơng nghệ MQL trong tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngĩn, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ bơi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mịn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh bằng dao phay ngĩn [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện cơng nghệ bơi trơn làm nguội khi khoan [5]. Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong cơng nghệ bơi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6]. Như vậy, theo các tài liệu đã cơng bố về MQL trong gia cơng cắt gọt thì nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tơi bằng dao phay mặt đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đĩ nhu cầu phay thép đã tơi được Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 đặt ra để tránh hoặc giảm bớt được nguyên cơng mài. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65 Γ ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT”. Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MỊN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP ĐÃ TƠI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT Chương này tác giả trình bày các khái niệm, các lý thuyết, các tác dụng của MQL trong gia cơng cắt gọt, những vấn đề về lực cắt, nhiệt cắt, mịn dao trong phay cứng. T ừ đĩ ta thấy MQL là một phương pháp khả thi trong phay cứng để nâng cao hiệu quả gia cơng chi tiết và sản xuất thân thiện với mơi trường. Ở đây, tác giả cũng giới hạn và lập mơ hình nghiên cứu của đề tài. 2.1 BƠI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 2.1.1 Khái niệm về MQL Bơi trơn làm nguội tối thiểu là phương pháp sử dụng dịng khí nén với áp suất cao trộn với dung dịch trơn nguội dưới dạng sương mù hoặc tạo ra các dịng tia dung dịch trơn nguội áp lực cao rồi phun trực tiếp vào vùng cắt. Ưu điểm nổi bật nhất của phương pháp này là hiệu quả bơi trơn làm nguội cao, rất tiết kiệm được dung dịch trơn nguội và đặc biệt khơng gây ơ nhiễm mơi trường [3]. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 2.1.2 Các loại dung dịch bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt 1. Một số hĩa chất thường dùng trong dung dịch trơn nguội Dầu mỏ Loại dầu này chỉ thích hợp với thủy động lực học hoặc bơi trơn dưới dạng tạo màng mỏng, chống ơxy hĩa và chịu nhiệt cao. Dầu mỏ thường được sử dụng làm dầu cắt gọt, cĩ thể sử dụng ở trạng thái nguyên chất hoặc trộn thêm một số chất bổ sung khác. Mỡ động vật Mỡ động vật thường được sử dụng làm chất phụ trợ trong dầu cắt. Chất béo và dầu sử dụng tốt cho bơi trơn, chúng cịn giảm nhiệt cắt, giảm hệ số ma sát trong quá trình gia cơng. Dầu thực vật Dầu thực vật thường được chiết suất từ các loại quả, củ như lạc, vừng, cọ, hạt cải, đậu nành, ơlưu... hoặc nhựa các loại cây. Các loại dầu này cĩ chứa chất béo, nên chúng cĩ đầy đủ tính chất để bơi trơn và làm nguội trong gia cơng cắt gọt. Dầu thực vật chia làm hai loại: - Dầu tồn tại dưới dạng khơ được lấy từ các loại nhựa cây. Chúng được chế biến thành dạng màng dai bền co giãn được nên dễ vận chuyển và lưu giữ nhưng trước khi sử dụng cần phải chế biến lại để đưa về dạng loảng. - Dầu thực vật dưới dạng lỏng, chúng được ép từ các loại thực vật như dừa, vừng, lạc, hải ly. Chúng tồn tại dưới dạng lỏng nên cĩ thể hịa với hầu hết các loại chất béo và sẽ khơng cĩ dạng màng khơ co giãn khi phơi ngồi khơng khí. Các nguyên tố hĩa học Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Các nguyên tố hĩa học ảnh hưởng tới tính sắc của dao cũng như tuổi thọ của chúng. Ngày nay người ta thường sử dụng các loại hĩa chất như Lưu huỳnh, Clo, Phốt pho, chúng tác động cĩ lợi khơng những giảm ma sát mà cịn giảm lực cắt ở vùng cắt, giảm năng lượng tách phoi xuống 50%, ngồi ra chúng cịn tăng tính sắc và tuổi thọ của dụng cụ. Các nguyên tố hĩa học cĩ tác dụng tích cực khi chúng cĩ mặt trong dung dịch trơn nguội nhưng chúng cĩ thể gây độc hại cho con người như thẩm thấu qua da gây ung thư. Các hạt dung dịch bay lơ lửng trong khơng khí nếu bay vào mắt sẽ gây viêm kết mạc, nếu con người hít phải sẽ bị tổn thương bộ máy hơ hấp như viêm đường hơ hấp, ung thư phổi... Emunxi Emunxi ở dạng huyền phù là loại dầu hịa tan trong nước tạo thành hỗn hợp dầu pha. Nhũ tương thường được chia ra dưới hai dạng cơ bản: - Nhũ tương trực tiếp: là dầu khống phân tán trong nước ở dạng các giọt rất nhỏ, loại này cĩ tác dụng làm nguội nhiều hơn bơi trơn. - Nhũ tương gián tiếp: là các giọt nước phân tán trong dầu, loại này cĩ tác dụng bơi trơn tốt hơn làm nguội. Chất khí Chất khí cĩ khả năng làm nguội và bơi trơn, đây là phương pháp mới, với phương pháp này, áp lực khơng khí sẽ đẩy phoi ra khỏi vùng gia cơng. Tất cả các loại khí đều cĩ tính đối lưu, do đĩ bơi trơn - làm nguội phải được cung cấp dưới dạng khí nén. Khi dùng khí để bơi trơn - làm nguội cần chú ý đến vấn đề an tồn lao động do áp lực dịng khí cao. Các loại chất rắn Chất rắn dùng trong bơi trơn - làm nguội trong gia cơng cắt gọt như: than chì, disulphat, mơlípđen... Những loại này dùng rất hạn chế vì chúng khơng đảm bảo an tồn lao động, gây ơ nhiễm mơi trường và độc hại. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 2. Các loại dung dịch bơi trơn làm nguội trong gia cơng cắt gọt Để cĩ loại dung dịch trơn nguội phù hợp với phương pháp gia cơng bằng cách trộn lẫn các thành phần trên vào nhau với một tỷ lệ hợp lý phụ thuộc vào lượng chất hịa tan trong dung mơi, các phân tử hịa tan tồn tại như thế nào trong mơi trường dung mơi, sau khi gia cơng cắt gọt chúng tồn tại dưới dạng nào. Dung dịch thực Là dung dịch trong suốt, cĩ thể cĩ màu, bao gồm các chất vơ cơ và hữu cơ tan trong nước, thể hiện ở hình 2.1. Các chất hịa tan phân bố ngẫu nhiên trong mơi trường nước, loại dung dịch này cĩ sức căng bề mặt cao hơn nước nguyên chất, chúng được sử dụng trong làm mát hoặc làm sạch. : Phần tử hòa tan trong nước : Phần tử nước Hình 2.1. Các phần tử hịa tan trong nước Dung dịch cĩ các iơn tương tác Là dung dịch cĩ iơn dương và iơn âm, chúng là tác nhân tích cực tạo thành khối tích tụ trên bề mặt dung dịch, chúng tạo thành chất keo phủ lên tồn bộ bề mặt chi tiết sau khi gia cơng. Loại dung dịch này cĩ sức căng bề mặt thấp hơn nước nguyên chất. Trong dung dịch này cĩ nhĩm các phần tử hoạt động được phân bố như trên hình 2.2. Loại dung dịch này tương đối sạch và cĩ khả năng bơi trơn tốt, nếu bổ sung chất phụ trợ như Clo, Lưu huỳnh, Phốt pho thì khả năng bơi trơn - làm nguội tốt hơn. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 : Phần tử khoáng hòa tan trong nước : Phần tử nước : Các phần tử tan tích tụ thành khối Hình 2.2. Các phần tử tích tụ khối và phần tử hịa tan trong nước Dung dịch emunxi Là loại dung dịch cĩ các giọt dầu nằm lơ lửng trong nước như dầu khống, prafin hoặc dầu thơ. Dung dịch này được tạo ra bằng cách pha dầu khống với các tác nhân emunxi và các chất khác để tạo thành các giọt dầu nhỏ đến 0,08 ÷ 0,003 µm (hình 2.3). : Phần tử emusil : Phần tử nước : Hình khối cầu tích tụ của các phần tử dầu : Phần tử dầu Hình 2.3. Các phân tử hịa tan dưới dạng thể sữa Dung dịch cĩ khả năng bơi trơn tốt hơn nếu bổ sung các chất phụ như dầu thực vật, mỡ động vật hoặc các sản phẩm este khác, nếu bổ sung các thành phần như Lưu huỳnh, phốt pho hay Clo thì khả năng bơi trơn - làm nguội sẽ tốt hơn. Loại này vừa cĩ tác dụng bơi trơn vừa cĩ tác dụng làm nguội. Dung dịch tạo thành từ các thành phần hĩa học Dung dịch này là sự kết hợp của cả ba loại trên, nhưng cĩ đặc điểm khác sau đây: - Lượng dầu hịa tan ít hơn từ 5 ÷ 45% so với loại hai. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 - Lượng emunxi và các phân tử hoạt động trên bề mặt cao hơn so với loại hai, điều này cho thấy kích thước khối cầu nhỏ hơn loại ba. - Khi dùng loại dầu này sẽ giúp quá trình tách phoi tốt, khả năng xâm nhập vùng cắt để bơi trơn - làm nguội tốt. : Phần tử emusil : Phần tử nước : Hình khối cầu tích tụ của các phần tử dầu : Phần tử dầu : Phần tử khoáng : Phần tử chất phụ trợ Hình 2.4. Các phân tử hịa tan trong hợp chất hĩa học Dung dịch được tạo thành từ các loại dầu Dung dịch này được lấy từ dầu thơ, dầu thực vật, mỡ động vật, chúng cĩ thể ở dạng đơn hoặc pha trộn. Dầu thơ cĩ nhiều nguồn khác nhau như dầu mỏ, prafin, độ nhớt của chúng khác nhau phụ thuộc vào các thành phần pha trộn. Nếu bổ sung thêm dầu thực vật sẽ làm tăng khả năng dính ướt của dung dịch và cải thiện khả năng bơi trơn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Cũng cĩ thể pha thêm các chất như Phốt pho, Lưu huỳnh, Clo làm tăng thêm khả năng bơi trơn - làm nguội của dung dịch. : Phần tử khoáng hòa tan : Các phần tử dầu thô : Khoáng, dầu động, thực vật hoặc các chất béo : Các phần tử dầu Hình 2.5. Các phần tử hịa tan trong hợp chất dầu 2.1.3 Cách dẫn dung dịch trơn nguội vào vùng cắt trong MQL Phương pháp dẫn dung dịch bơi trơn vào vùng cắt cĩ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình bơi trơn. Luận văn thạc sĩ Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Phương pháp dẫn dung dịch bơi trơn vào vùng cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp gia cơng, loại dụng cụ cắt, vật liệu gia cơng... Quá trình phay được thực hiện bằng dụng cụ cĩ răng dao đặt trên hình trụ hoặc trên mặt đầu, mỗi răng dao là một lưỡi cắt đơn giản. Để hớt vật liệu, các lưỡi cắt tham gia cắt liên tục nên để đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt cĩ thể thực hiện theo các phương pháp sau [3]: - Dùng hai vịi dẫn trực tiếp dung dịch vào vùng cắt từ hai bên của dao: Hình 2.6. Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của dao - Dùng hai vịi phun dẫn trực tiếp vào mặt trước và mặt sau của dao:._.