LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬTdulieu.tailieuhoctap.vn/books/luan-van-de-tai/luan-van-de-tai-cao-hoc/... · 12 Hình 1.12 Mài mòn Crater 13 Hình 1.13 Các dạng mài mòn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-------------- o0o -------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ẢNH HƢỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL)

ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI

TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI

HOÀNG XUÂN TỨ

THÁI NGUYÊN, 2009

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-------------- o0o -------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

ẢNH HƢỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL)

ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI

TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

MÃ SỐ:

HỌC VIÊN: HOÀNG XUÂN TỨ

NGƢỜI HD KHOA HỌC: TS. TRẦN MINH ĐỨC

THÁI NGUYÊN, 2009

- 3 -

Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TT Tên hình Nội dung

1 Hình 1.1 Các loại phoi

2 Hình 1.2 Quá trình hình thành phoi khi tiện thường

3 Hình 1.3 Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép

4 Hình 1.4 Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng

5 Hình 1.5 Sơ đồ nguồn gốc lực cắt

6 Hình 1.6 Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt

7 Hình 1.7 Quan hệ giữa θ và v

8 Hình 1.8 Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt

9 Hình 1.9 Quan hệ giữa nhiệt cắt với b

10 Hình 1.10 Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt

11 Hình 1.11 Mài mòn mặt sau

12 Hình 1.12 Mài mòn Crater

13 Hình 1.13 Các dạng mài mòn chính khi tiện

14 Hình 1.14 Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công

15 Hình 1.15 Dẫn dung dịch lên mặt trước dao

16 Hình 1.16 Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao

17 Hình 1.17 Dẫn dung dịch kết hợp mặt trước và mặt sau của dao

18 Hình 2.1 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao

19 Hình 2.2 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao

20 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý đầu phun

21 Hình 3.2 Đầu phun

22 Hình 3.3 Máy nén khí

23 Hình 3.4 Máy đo nhám cầm tay Mitutoyo SJ-201

24 Hình 3.5 Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản

25 Hình 3.6 Thân dao MTENN 2020 K16-N (hãng KANELA)

26 Hình 3.7 Mảnh dao CBN: TPGN 160308

- 4 -


27 Hình 3.8 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút

28 Hình 3.9 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút.



31 Hình 3.12 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút

32 Hình 3.13 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút.

33 Hình 3.14 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút.

34 Hình 3.15 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia

công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu

35 Hình 3.16 Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép

36 Hình 3.17 Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công

khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu

- 5 -


LỜI NÓI ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong quá trình gia công, mòn dụng cụ cắt là nguyên nhân dẫn đến dụng

cụ cắt bị phá huỷ. Các nghiên cứu ngày nay đã phát triển công nghệ gia công

theo xu hướng nâng cao vận tốc cắt và tốc độ chạy dao. Việc tăng tốc độ cắt và

tốc độ chạy dao đồng nghĩa với nhiệt cắt sinh ra là rất lớn, điều này không chỉ

làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt mà chất lượng của sản phẩm cũng bị giảm đi.

Người ta sử dụng dung dịch trơn nguội nhằm giải quyết vấn đề này. Bởi vì dung

dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát trong vùng cắt, tải nhiệt ra khỏi

vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt

độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. Giúp vận chuyển phoi ra khỏi vùng

cắt dễ dàng. Tuy nhiên, sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công

hiện nay cho thấy nhược điểm của nó là gây ô nhiễm môi trường và độc hại đối

với lao động. Do vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu

(Minimum Quantity Lubricant - MQL) cho quá trình gia công là cần thiết và cần

được phát triển.

Phương pháp bôi trơn tối thiểu sử dụng dầu thực vật làm dung dịch bôi

trơn với lưu lượng khoảng từ 50 - 500 ml/1 giờ, nhỏ hơn rất nhiều so với phương

pháp tưới tràn (có thể lên tới 10l/phút). Quan niệm về phương pháp bôi trơn tối

thiểu cũng gần giống với phương pháp gia công khô và phương pháp bôi trơn cực

tiểu được đề ra với ý nghĩa bảo vệ môi trường và người lao động. Ngoài ý nghĩa

đó phương pháp này còn mang lại các hiệu quả về kinh tế do tiết kiệm được dầu

bôi trơn, giảm thời gian làm sạch phôi, dụng cụ cắt và máy móc.

Hiện nay, phương pháp tiện khô không bôi trơn làm nguội đã trở nên

thông dụng trong sản xuất công nghiệp khi gia công các loại thép có độ cứng cao,

đặc trưng của phương pháp này là năng lượng sử dụng cho quá trình cắt rất lớn.

Điều này được chứng minh khi so sánh với phương pháp tưới tràn truyền thống,

lực cắt nhỏ hơn và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt cũng nhỏ hơn so với phương

pháp gia công khô. Do vậy, khi sử dụng phương pháp gia công khô sẽ làm giảm

- 6 -


tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối, để có

thể gia công được phải giảm tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt, dẫn đến năng suất

cắt giảm xuống. Việc áp dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện

cứng sẽ làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt cũng như chất lượng bề mặt khi gia

công tinh lần cuối.

Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối

thiểu vào quá trình tiện cứng hầu như chưa được quan tâm. Với những lợi ích về

môi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp này mang lại em thấy

cần thiết khi chọn đề tài nghiên cứu: "Ảnh hƣởng của bôi trơn tối thiểu (MQL)

đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi".

2. Mục đích nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm: Nghiên cứu so sánh giữa

phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam

với phương pháp gia công khô. Qua đó đánh giá được những ưu nhược điểm của

bôi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng.

3. Đối tƣợng nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ bôi trơn tối thiểu khi áp dụng cho quá trình tiện

cứng. Ở đây chỉ nghiên cứu tiện cứng thép 9XC đã qua tôi đạt độ cứng 55 - 60

HRC, sử dụng dao gắn mảnh CBN.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nguyên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm, trong đó

nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu.

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

a.Ý nghĩa khoa học.

Nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá

trình tiện sẽ đóng góp thêm các kiến thức về công nghệ gia công cắt gọt. Cung

cấp thêm các kiến thức về cơ chế mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi

tiện cứng.

b.Ý nghĩa thực tiễn.

- 7 -


Công nghệ tiện cứng ngày nay được áp dụng rất rộng rãi nhằm thay thế

cho nguyên công mài vốn rất tốn kém. Khi tiện cứng người ta thường sử dụng

phương pháp gia công khô. Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả của quá trình tiện

cứng với việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu sẽ làm giảm ma sát trong

vùng cắt dẫn đến giảm được mòn dụng cụ cắt, đồng thời nâng cao chất lượng của

bề mặt chi tiết gia công. Áp dụng phương pháp này với việc sử dụng dầu thực vật

của Việt Nam sẽ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tác hại đối với công nhân

vận hành máy và lượng tiêu tốn dung dịch bôi trơn là rất ít. Từ những hiệu quả về

kỹ thuật của phương pháp này khi áp dụng vào thực tế sản xuất sẽ mang lại hiệu

quả kinh tế rất lớn.

6. Nội dung của đề tài

Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của đề tài

gồm 3 chương và phần kết luận chung.

Chƣơng 1: Tổng quan.

Nội dung chính là tìm hiểu một số lý thuyết cơ bản về quá trình tiện và bôi

trơn làm nguội. Tổng hợp từ các nghiên cứu đã có, định hướng vấn đề nghiên cứu

Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết về bôi trơn tối thiểu khi tiện và bôi trơn tối thiểu khi

tiện cứng. Giới hạn vấn đề nghiên cứu, mục đích và phương pháp nghiên cứu.

Chƣơng 3: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn tối thiểu và

phương pháp gia công khô khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi.

Nội dung chính bao gồm:

- Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công khô khi

tiện tinh cứng qua các chỉ tiêu về chất lượng bề mặt, lượng mòn dao, cơ chế mòn,

để từ đó tìm được các ưu điểm nổi trội của phương pháp bôi trơn tối thiểu.

- Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam áp dụng vào quá trình

tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu.

Kết luận chung.

7. Kết quả của đề tài

- 8 -


- Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt

gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng.

- Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử

dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu.

- Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương

pháp tiện tinh cứng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô.

8. Lời cảm ơn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới:

- TS. Trần Minh Đức, thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn

thành luận văn này.

- Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và Động lực - Trung tâm thí nghiệm -

Trường ĐHKT Công nghiệp; Phòng Thí nghiệm Vật lý - Khoa Vật lý - Trường

Đại học Sư phạm Thái Nguyên và các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ học viên

hoàn thành luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 28 tháng 04 năm 2009

Học viên

Hoàng Xuân Tứ

- 9 -


Chương 1:

TỔNG QUAN

1.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI

1.1.1. Khái niệm và phân loại phoi

* Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất

phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy.

Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ

lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình

dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi

tiết gia công.

Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công cơ.

Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt.

* Phân loại phoi.

- Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều

sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước lớn.

- Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công thép và các vật

liệu dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ.

- Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với

chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ.

Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước lớn

thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành.

- 10 -


a

a) b)

P a C

P

B

c) d)

a C

P a C

P

B B

Hình 1.1. Các loại phoi

1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi tiện thƣờng.

Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi được phoi được

tánh ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt v (tức là phương

lực tác dụng). Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do; kích thước của phoi

bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 3.1).

LF bF

aF

b VV

a

L

Hình 1.2: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường

Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình

1.1a), sau đó 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).

- 11 -


a) b)

C 1

2

B

c) 1

2

C 3

P 4

5

B

Hình 1.3. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép

Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc , góc này được

gọi là góc tác động. Góc 1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng

trượt.

Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với

chiều sâu cắt lớn và góc cắt nhỏ.

1.1.3. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng

Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng xảy ra cũng giống khi tiện

thường, tuy nhiên đối với tiện cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi

hình thành trong quá trình tiện cứng là phoi dây.

Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Vì vậy trong những trường hợp

gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt.

Khi tạo phoi dây, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt

khá ổn định, ít rung động. Nhờ vậy dễ đạt độ bóng bề mặt cao.

v

1

c

Hình 1.4. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng

- 12 -


1.2. LỰC CẮT KHI TIỆN

Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được ma sát cần

phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt là động lực cần thiết nhằm thực hiện

quá trình biến dạng và ma sát.

Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý

thuyết lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để

thiết kế dụng cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị,... Dưới tác dụng

của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muồn hiểu được quy luật mài

mòn và phá huỷ dao thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính

công tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt. Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt

tạo khả năng chính xác hoá lý thuyết quá trình cắt. Trong trạng thái cân bằng

năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng.

Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tượng động lực học, tức là trong chu

trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là hằng số mà biến đổi theo quãng

đường của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu

tố:

Điểm đặt của lực.

Hướng (phương và chiều) tác dụng của lực.

Giá trị (độ lớn) của lực.

Trong cắt gọt kim loại, người ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác

dụng lên dao là lực cắt, ký hiệu là P ; còn lực có cùng độ lớn, cùng phương

nhưng ngược chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là P' .

Quá trình cắt thực hiện được cần có lực để thắng biến dạng và ma sát, do

vậy lực cắt theo định nghĩa trên có thể hiểu rằng có nguồn gốc từ quá trình biến

dạng và ma sát. Biến dạng khi cắt có biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Do vậy

lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi

Pdh và lực biến dạng dẻo

Pd . Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trước và

mặt sau dao.

- 13 -


P

Trên hình 1.5. trong trường hợp

cắt tự do, ta có:

Pbd1 = Pdh1 + Pd1

Chi

P Phoi

Pbd2 = Pdh2 + Pd2

Pbd = Pbd1 + Pbd2

Fms = Fms1 + Fms2

P = Pbd + Fms

(4.1)

P Pdh1

P Fms1

Fms2 Fms

P

Dao

Hình 1.5- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt P

Trên đây hệ lực được xét là hệ lực phẳng, nhưng nói chung trong cắt gọt

thực tế thì lực cắt là một hệ lực không gian. Để tiện cho việc nghiên cứu, tính

toán, đo đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thông qua các thành phần

của chúng.

1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣớng đến lực cắt khi tiện.

* Ảnh hƣởng của chi tiết gia công đến lực cắt.

Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấy rằng:

chi tiết gia công có ảnh hưởng lớn đến quá trính cắt, đặc biệt đến lực cắt.

Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hưởng đến lực cắt bởi các yếu

tố sau:

* Độ bền, độ cứng của vật liệu,

* Thành phần hoá học,

* Cấu trúc kim loại của vật liệu,

* Phương pháp chế tạo phôi…

Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố trên đến lực cắt

thì rất phức tạp và khó khăn; do vậy trong các công thức thực nghiệm tính toán

lực cắt người ta biểu thị mức độ ảnh hưởng của vật liệu cụ thể đến lực cắt trong

điều kiện cắt gọt xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1mm2 diện tích tiết

diện phoi cắt khỏi chi tiết gia công. Theo phân tích trên đây chính là lực cắt đơn

vị p. Tuy vậy đối với một loại vật liệu thì p còn phụ thuộc vào chiều dày cắt a. Vì

- 14 -


vậy để phân biệt trong khảo sát trong công thức kinh nghiệm: Lực cắt đơn vị p

được định nghĩa là lực cần thiết để tách một lớp phoi tiết diện 1mm2 có chiều

dày trung bình atb=1mm và chiều rộng b=1mm trong điều kiện dao tiêu chuẩn.

Như vậy lực cắt đơn vị đặc trưng cho một loại vật liệu xác định được gọi

là hằng số lực cắt, thường ký hiệu là Cp.

Xét thành phần lực Pv, ta có:

Cpv = Pv = p trong điều kiện a=1mm. B=1mm và dao Tiêu chuẩn

Trong thực tế, hảng số lực cắt Cp được xác định bằng thực nghiệm và cho

theo bảng trong các sổ tay cắt gọt.

Bảng 1.1- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo

b (N/mm2) 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800

Cpv (N) 1270 1390 1490 1630 1840

Bảng 1.2- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn

HB (N/mm2) 1400-1600 1600-1800 1800-2000

Cpv (N) 920 990 1050

Từ các bảng trên ta có nhận xét:

+ Khi vật liệu có độ bền hoặc độ cứng càng cao thì lực cắt càng lớn bởi vì

công thực hiện biến dạng cũng như thắng ma sát càng phải lớn.

+ Lực cắt cần thiết để cắt gang (vật liệu dòn) nhỏ hơn khi cắt thép (vật liệu

dẻo) bởi vì khi cắt gang công biến dạng nhỏ và hệ số ma sát của gang

cũng nhỏ hơn của thép.

* Ảnh hƣởng của điều kiện cắt đến lực cắt.

Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng

vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng

cắt…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt.

Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt.

Sử dụng nguyên lý cọng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số

nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho

- 15 -


lực

cắt

Pv (

N)

yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời

của các yếu tố xét đến lực cắt.

+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt.

Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ

khảo sát ảnh hưởng của b đến lực cắt Pv.

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi

các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị.

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu như cắt

với chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv được tính bằng:

P C .b v

x pv

Kết quả xử lý số liệu đo

được như đồ thị ta nận

được:

xpv

1

chiều rộng cắt b (mm)

+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đến lực cắt.

Vì chiều dày cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ

khảo sát ảnh hưởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv.

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b = 1mm,

cho a thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng.

Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lự cắt

và a như sau:

P C .a v

y pv

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng,

nhưng không tăng nhiều như đối với b, vì rằng khi tăng a thì sẽ tăng độ lớn của

góc tách phoi dẫn đến giảm lực cắt đơn vị, mặt khác khi tăng a thì không làm

- 16 -


log

Pv

tăng chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng

chiều rộng cắt b.

Từ đồ thị (logPv-loga) có dạng tuyến tính, ta

có thể xác định được số

mũ:

y tg v

Theo thực tế:

y 1 v

Khi cắt thép thì

ypv 0, 75

loga

Kết hợp cho thay đổi đồng thời chiều rộng cắt b và chiều dày cắt a, mối

quan hệ giữa lực cắt Pv và b, a được viết như sau:

. x pv .

y pv

P C b a v

Hoặc có thể viết theo s, t:

' .

x pv .

y pv

P C t s v

Trong đó ta nhận thấy: x

v y

v

+ Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến lực cắt.

Qua thực nghiệm ta thấy rằng: ở tốc độ cắt thấp mối quan hệ giữa tốc độ

cắt v với lực cắt P rất phức tạp và khó xác định qui luật. Tuy nhiên khi cắt với tốc

độ phổ biến ở phạm vi tốc độ cao như ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng

khi tăng tốc độ cắt v , lực cắt hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng

kể. Do vậy để đơn gian trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v.

+ Ảnh hưởng của dụng cụ cắt đến lực cắt.

Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh

hưởng trực tiếp đến lực cắt.

Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu liên quan của dụng

cắt đến lực cắt được biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh

nghiệm tính lực cắt.

- 17 -


KPv= Kγ.K .KR.KΔ.Kl

với Kγ, K , KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước,

góc nghiêng chính lưỡi cắt, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau dao và

việc tưới dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt.

Tổng hợp ta có thể lập được phương trình kinh nghiệm tính lực cắt như

sau:

P C ' .t x pv .s

y pv .K v pv pv

Tương tự ta cũng nhận được phương trình tính các thành phần lực Ps và Pt

có dạng như trên.

Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K

được cho trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt.

1.2.2. Ảnh hƣởng 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 tarô.

Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật

liệu gia công càng có độ dẻo cao. Điều này được giải thích như sau: trong trường

hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung

dịch trơn nguội càng phải cao.

Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung

dịch trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia công thép 10 với

tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội êmuxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so

với trường hợp gia công không có dung dịch trơn nguội.

Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn

nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu điểm vì khi có

dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn,

ngoài ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng được cải thiện đáng kể

1.3. NHIỆT CẮT KHI TIỆN.

- 18 -


Quá trình tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất

hiện một lượng nhiệt nhất định. Lương nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ

công cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như tất cả công cần thiết trong quá

trình cắt đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín

(công để biến dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn). Khoảng gần 98% công này

chuyển hoá thành nhiệt tổng cọng phát sinh sau một phút gia công và có thể tính

theo công thức sau:

Qcg

Pz .v

427

[Kcal/ph] (1.1)

Trong đó: Pz - thành phần lực cắt tiếp tuyến.

v - tốc độ cắt.

Nhiệt lượng cắt được định nghĩa như là lượng nhiệt được sinh ra trong quá

trình cắt sau một phút. Đó chính là công suất nhiệt khi cắt. Còn lượng nhiệt có

trên một đơn vị thể tích hay khối lượng của vật thể được cắt gọi là nhiệt lượng

đơn vị (Cal/cm3; Cal/g).

Nhiệt lượng sinh ra khi cắt làm nóng chi tiết gia công, phoi và dụng cụ

cắt. Nhiệt độ tại các điểm khác nhau có sự tác động của lượng nhiệt khác nhau và

gọi là nhiệt độ cắt tức thời của các điểm khối lượng khảo sát trong vùng cắt.

Trung bình cọng đại số của nhiệt độ các điểm khối lượng của phoi gọi là nhiệt độ

trung bình của phoi. Tương tự ta có nhiệt độ trung bình của dụng cụ và chi tiết

gia công. Nhiệt độ trung bình trên các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia côngvà vật

liệu cắt gọi là nhiệt độ cắt, qui ước gọi tắt là nhiệt cắt.

* Nguồn gốc của nhiệt cắt.

Như trên đã phân tích rõ ràng để tách được phoi và thắng được ma sát khi

cắt ta cần có lực cần thiết tác động vào chi tiết gia công tạo ra công cắt gọt và gần

như hầu hết công này chuyển biến thành nhiệt. Công này chính là để thực hiện

quá trình biến dạng và thắng ma sát khi cắt. Do vậy ta có thể nói rằng; nguồn gốc

của nhiệt cắt là biến dạng và ma sát khia cắt.

Qcg = Qbd + Qms (1.2)

- 19 -


Khi gia công cắt gọt ta có thể phân định vùng cắt thành các vùng biến

dạng và ma sát. Do vậy nhiệt sinh ra từ 4 nguồn:

+ Vùng tạo phoi. Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia

công trong quá trình biến dạng: Qdh

Nếu xem vùng tạo phoi như là một mặt trượt duy nhất thì qua nghiên cứu

lượng nhiệt này có thể xác định qua biểu thức sau:

Qdh

Pc .vc1

427

(1.3)

Trong đó: Pc - lực theo phương trượt

vc1 - vận tốc trượt.

phoi

dao v

chi tiết

Hình 1.6- Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt

+ Vùng tiếp xúc của phoi và mặt trước dao. Nhiệt sinh ra do công biến dạng đàn

hồi và ma sát ngoài: Qdm

Lượng nhiệt xuất hiện trên mặt trước dao là do 2 nguồn: do tác dụng của

lực ma sát trong ở lớp vật liệu phoi gần sát mặt trước kháng lại biến dạng đàn hồi

và lực ma sát ngoài trên mặt tiếp xúc.

+ Vùng tiếp xúc của mặt sau dao và mặt cắt của chi tiết gia công. Nhiệt sinh ra

do sự chuyển đổi công ma sát: Qms

- 20 -


+ Nhiệt sinh ra do công đứt phoi: Qdp

1.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện.

Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thường được nghiên cứu theo 3

quan điểm:

Theo độ chính xác gia công.

Theo chất lượng bề mặt đã gia công.

Theo khả năng cắt của dao.

* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công.

Độ chính xác gia công khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan

giữa dao và chi tiết gia công trong quá trình cắt. Do vậy sự biến dạng về nhiệt

của dao và chi tiết gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi cắt được quan tâm khảo

sát.

Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q

cho một vật có thể tích V (cm3), tỷ nhiệt c (J/kg.

0K), khối lượng riêng (kg/cm

3),

thì độ tăng của nhiệt độ của vật thể được xác định:

θ = Q

c.γ.V

( 0 K )

(1.4)

Độ thay đổi chiều dài L theo phương nào đó của vật thể là:

ΔL = α.Δθ.L (mm) (1.5)

Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có được đường kính là

D theo thiết kế trên bản vẽ , nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Qct thì

nhiệt độ trên chi tiết sẽ tăng lên một lượng xác định và đường kính của chi tiết

sẽ thay đổi một lượng là D:

ΔD = α.Δθ.D (mm) (1.6)

Mặt khác, nhiệt lượng Qd truyền vào dụng cụ cũng sẽ làm cho dụng cụ

tăng chiều dài về phía tâm chi tiết. Khác với chi tiết, vật liệu trên dao là không

đồng nhất giữa phần cắt và phần cán dao, do vậy sự biến dạng của dao theo chiều

dài dưới tác dụng của nhiệt cắt phức tạp hơn rất nhiều. Ỏ đây ta phải khảo sát

biến dạng dài của dao trong mối quan hệ phức hợp:

- 21 -


trong đó:

L = f(L,F,σd

,v,s,t...) (1.7)

F - là tiết diện thân dao

d - là độ bền vật liệu dao.

v,s,t - là chế độ cắt.

Sau quá trình cắt, khi chi tiết về nhiệt độ thường, đường kính thực tế của

chi tiết gia công sẽ là:

Dt

= D - (α.Δθ.D + ΔL) (1.8)

* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến chất lƣợng bề mặt gia công.

Chất lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nhấp

nhô bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt. Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu

đến sự thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công.

Ta biết rằng, khi kim loại bị đốt nóng đến một nhiệt độ nào đó thi tổ chức

kim tương của chúng sẽ thay đổi. Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi về cơ - lý

tính của kim loại. Mặt khác, trong quá trình cắt sự tăng giảm đột ngột về nhiệt độ

trên bề mặt gia công kết hợp với sự dao động của lực cắt sẽ tạo nên ứng suất dư

và vết nứt tế vi trên lớp kim loại sát trên bề mặt, đồng thời trên đó kim loại cũng

bị biến cứng hay hoá bền. Nói chung các ảnh hưởng này đều theo chiều hướng

bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt.

* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao.

Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc

biệt khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của dao

đó là nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát.

Khả năng cắt gọt của dao được đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc

xác định độ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể.

Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật liệu của dao sẽ có sự thay đổi về tính

chất cơ - lý - hoá, đặc biệt độ cứng, độ bền giảm, tính chống mòn cũng giảm...

dẫn đến mài mòn dao nhanh chóng, hậu quả là thời gian sử dụng dao vào cắt gọt

cũng bị rút ngắn đi, dao nhanh chóng mất khả năng cắt gọt.

- 22 -


Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v

Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công,

chất lượng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hưởng đáng

kể đến máy và đồ gá trong hệ thống công nghệ.

1.3.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt cắt khi tiện.

a. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt.

Các tính chất về cơ học và nhiệt của vật liệu gia công có ảnh hưởng

đáng kể đến nhiệt cắt. Nhiệt cắt thấp hơn khi gia công hợp kim so với khi gia

công thép nhờ khả năng biến dạng nhỏ hơn của hợp kim.

Có thể nhận xét một cách tổng quát rằng khi cắt vật liệu giòn do công

biến dạng rất bé và lực cắt đơn vị không đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn khi cắt

vật liệu dẻo. Độ cứng và độ bền của vật liệu gia công càng lớn thì nhiệt cắt càng

lớn do có quan hệ với công biến dạng. Nhiệt cắt cơ bản phụ thuộc vào nhiệt dung

và đặc biệt phụ thuộc vào tính chất dẫn nhiệt của vật liệu gia công và vật liệu làm

dao.

Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt trong điều kiện thí

nghiệm cắt với a=1mm, b=1mm và v=1m/ph được biểu thị bằng hằng số thực

nghiệm Cθ.

b. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến nhiệt cắt.

Vật liệu làm dao cũng có đặc tính tương tự như vật liệu chi tiết gia công.

Loại vật liệu dao nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp và ngược

lại. Yếu tố quyết định của dao về cao thấp của nhiệt cắt sinh ra là cấu trúc thành

phần hoá học của vật liệu xác định tính tương đồng hoá học của nó với vật liệu

gia công, mặt khác là lý tính của nó như tính dẫn nhiệt và hệ số ma sát. Ảnh

hưởng của tính dẫn nhiệt sẽ tăng khi tăng tốc độ cắt, giảm góc cắt, giảm chiều

dày phoi. Với tốc độ cắt thấp thì ảnh hưởng của độ dẫn nhiệt nhỏ.

Kích thước thân dao cũng có ảnh hưởng như vậy đến nhiệt cắt vì nó ảnh

hưởng đến khả năng dẫn nhiệt của dụng cụ cắt. Kích thước càng lớn thì nhiệt

sinh ra khi cắt càng thấp.

c. Ảnh hưởng của tốc độ cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái n

http://www.lrc-tnu.edu.v/

- 23 -


Hình 1.7 - Quan hệ giữa θ và v

- 23 -


.

Trong các yếu tố cắt thì tốc độ cắt là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến

nhiệt cắt. Khi tăng tốc đọ cắt thì nhiệt cắt lúc đầu tăng nhanh, sau khi đã đạt được

độ lớn nhất định thì cường độ tăng chậm lại và đường cong của hàm số phụ thuộc

θ = f(v) gần tiệm cận với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu gia công.

Bằng thực nghiệm ta có thể thiết lập được mối quan hệ giữa nhiệt cắt và

tốc độ cắt theo công thức sau:

C .vx

Giá trị số mũ xθ phụ tuộc vào vật liệu gia công và vùng vận tốc cắt.

Khi v =15-45 m/ph thì xθ = 0,5 đối với gia công thép

và xθ = 0,35-0,45 đối với gia công gang.

Khi v = 45-180 m/ph thì xθ = 0,23 đối với gia công thép

và xθ = 0,18 đối với gia công gang.

d. Ảnh hưởng của chiều dày cắt.

Hình 1.8. Quan hệ giữa chiều

dày cắt và nhiệt căt

Khi tăng lượng chạy dao

(cũng như tăng a) áp lực của

phoi trên dao tăng, công ma sát

trên mặt trước tăng, nhiệt cắt ở

vùng biến dạng bậc nhất tăng,

tuy nhiên hệ số co rút phoi

giảm, tổng công biến dạng cho

một đơn vị thể tích giảm, điều

kiện truyền nhiệt tốt hơn vì

chiều dày phoi lớn lên và diện

tích tiếp xúc giữa dao vbà phoi

được mở rộng, nhiệt cắt vì vậy

có tăng nhưng không tăng

nhanh như khi tăng tốc độ cắt.

Bằng thực nghiệm ta có

thể thiết lập được mối quan hệ

giữa nhiệt cắt và chiều dày cắt

theo công thức sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

C a a

http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- 24 -


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chiều dày cắt ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so với vận tốc cắt. Khi tăng

chiều dày a hay lượng chạy dao s thì nhiệt cắt tăng nhưng không phải tăng tuyến

tính.

Giá trị trung bình của số mũ yθ từ thực nghiệm:

Đối với thép: yθ = 0,3; gang: yθ = 0,2.

e. Ảnh hưởng của chiều rộng cắt.

Chiều rộng cắt b (hay chiều sâu cắt t) có ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so

với lượng chạy dao.

Khi tăng chiều sâu cắt, một

mặt tải trọng trên một đơn vị chiều

dài lưỡi cắt không đổi, mặt khác khi

tăng t do φ không đổi nên chiều dài

phần làm việc của lưỡi cắt tuy có

tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt tốt

hơn. Kết quả là nhiệt cắt thay đổi ít.

Từ kết quả thực nghiệm ta

thiết lập được mối quan hệ giữa

nhiệt cắt θ và chiều rộng cắt b như

sau:

Hình 1.9 - Quan hệ giữa nhiệt cắt với b

C .bz

Ta có đối với thép: zθ = 0,05-0,14

đối với gang: zθ = 0,04

f. Ảnh hưởng của các thông số hình học dao.

Góc nghiêng chính φ, bán kính mũi dao R cũng ảnh hưởng tới độ lớn của

nhiệt cắt, ta dễ dàng nhận biết qua sự thay đổi của chiều dày cắt a và chiều rộng

cắt b dẫn đến sự thay đổi mức độ biến dạng và khả năng tản nhiệt.

Để đặc trưng các ảnh hương này đến nhiệt cắt ta dùng các hệ số điều chỉnh

nhiệt cắt Kφθ và KRθ.

Ngoài ra sự mài mòn của dụng cụ làm thay đổi hình dáng hình học phần

cắt và góc độ dao cũng làm cho nhiệt cắt thay đổi. Nói chung dụng cụ càng bị


- 25 -


Số hóa bởi Trung tâ ://www.lrc-tnu.edu.vn

m Học liệu – Đại học Thái Nguyên http

mòn thì nhiệt cắt tăng. Dung dịch trơn nguội tưới vào vung cắt khi cắt sẽ làm cho

nhiệt cắt giảm nhanh vì ngoài tác dụng làm nguội, dung dịch còn có tác dụng bôi

trơn giảm đáng kể ma sát trong quá trình cắt. Tuy nhiên cần phải chọn phương

pháp và lưu lương tưới phù hợp thì mới tăng hiệu quả giảm nhiệt.

1.3.2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt.

Dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng rất lớn tới nhiệt cắt. Dung dịch trơn

nguội có tác dụng:

- Giảm ma sát trong vùng tạo phoi, giảm ma sát giữa phoi với mặt trước

của dao, giữa phôi với mặt sau của dao... do đó sẽ làm giảm nhiệt cắt.

- Tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với

dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. Giúp

vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng.

1.4. MÕN DỤNG CỤ CẮT

Trong quá trình cắt, phoi cắt chuyển động trượt và ma sát trên mặt trước

dao, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao

trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây nên hiện

tượng mài mòn dao.

Mài mòn dao là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng cơ lý

hoá ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài

mòn, hình dạng và thông số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện

tượng vất lý có ảnh hưởng xấu đến quá trình cắt và chất lượng bề mặt gia công.

Do đặc điểm của quá trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết

máy bình thường, mài mòn dao có nhiều dạng khác nhau.

* Các dạng mài mòn dao.

Phần cắt dao trong quá trình cắt thường bị mài mòn theo các dạng sau:


- 26 -


Hình 1.10 – Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt

* Mài mòn theo mặt sau:

Được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dao bị tách khỏi mặt sau trong quá

trình cắt và được đánh giá bởi chiều cao mòn hs. Mài mòn mặt sau thường xảy ra

khi gia công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn. Kết

quả giảm góc sau , tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt đang gia công,

tăng mức độ ma sát.

hs

Hình 1.11 – Mài mòn mặt sau

* Mài mòn theo mặt trước.

Một lớp vật liệu trên mặt trước dao bị tách đi dẫn đến góc trước dao âm,

tăng biến dạng và tăng tải trọng.

+ Mài mòn Crater.

Trong quá trình cắt, phoi trượt liên tục trên mặt trước hình thành một

trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trước bị mòn theo

dạng lưỡi liềm (Crater). Vết lõm lưỡi liềm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và

được đánh giá bởi chiều rộng B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lưỡi dao đến vết

lõm KT theo mặt trước. Dạng mài mòn này thường xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với

- 27 -


chiều dày cắt a lớn (a>0,6mm) dẫn đến góc tăng lên, phoi dễ thoá ra nhưng sẽ

làm yếu dần lưỡi dao.

Hình 1.12 – Mài mòn Crater

- 28 -


+ Mài cùn lưỡi cắt.

Dao bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ có bán kính

đo theo mặt vuông góc lưỡi cắt. Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại

vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt cắt tập trung tại lưỡi cắt nên bị tù nhanh dẫn

đến dao không tách được phoi mà bị trượt.

* Mài mòn mũi dao.

Phân kim loại ở mũi dao bị mất dần đi hình thành nên bán kính mũi dao R.

Dạng mài mòn này sẽ làm biến đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết dẫn đến

thay đổi kích thước gia công.

Hình 1.13 – Các dạng mài mòn chính khi tiện

Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau là quan trọng và

dễ xác định nhất. Chiều cao mài mòn hs và diện tích lõm mài mòn Crater Ak được

dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mài mòn.

* Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ cắt.

- 29 -


Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến mòn

dụng cụ cắt. Do dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát giữa dao và

phôi cũng như giữa gao và bề mặt gia công, nên có thể làm giảm mòn một cách

đáng kể.

Hơn nữa, dung dịch trơn nguội còn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt

cắt như đã nói ở phần trên. Nên việc sử dụng trơn nguội vào quá trình cắt để làm

tăng tuổi thọ của dao hay để giảm lượng mòn dao là rất cần thiểt.

1.5. Ý NGHĨA CỦA BÔI TRƠN TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT

Bôi trơn làm nguội có ý nghĩa rất quan trọng trong gia công cắt gọt. Bôi

trơn - làm nguội có tác dụng:

- Giảm ma sát trong vùng tạo phoi, giảm ma sát giữa phoi với mặt trước

của dao, giữa phôi với mặt sau của dao... do đó sẽ làm giảm lực cắt và giảm rung

động.

- Giảm nhiệt cắt.

- Giảm độ mòn, nâng cao độ mòn của dụng cụ.

- Nâng cao độ chính xác gia công, nâng cao chất lượng bề mặt.

- Vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công.

Tuy nhiên trong dung dịch trơn nguội thường chứa một số chất độc hại

nên ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người lao động và gây ô nhiễm môi trường.

Nếu sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý không những góp phần nâng cao

hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình gia công mà còn góp phần rất lớn vào

việc bảo vệ môi trường và sức khỏe người lao động.

Với vai trò quan trọng như vậy nên bôi trơn - làm nguội đã được nghiên

cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất và đang được tiếp tục nghiên cứu để

một mặt nâng cao hiệu quả của bôi trơn - làm nguội mặt khác là thân thiện với

môi trường hơn.

1.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN

1.6.1. Bôi trơn kiểu tƣới tràn

- 30 -


Phương pháp bôi trơn kiểu tưới tràn là phương pháp được dùng phổ biến

nhất hiện nay, dung dịch trơn nguội được dẫn tự do vào vùng cắt thông qua hiện

tượng mao dẫn và các thiết bị cần thiết như bơm nước, sự chênh lệch độ cao,

bình thông nhau...

Ƣu điểm

- Tải được nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế được ảnh hưởng xấu của nhiệt

độ đối với dụng cụ cắt.

- Đảm bảo được nhiệt độ trong môi trường thấp và ổn định.

- Giúp việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng.

- Giảm ma sát giữa phoi và mặt trước, giữa phôi và mặt sau dụng cụ cắt.

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 là chi phí làm sạch trước khi đưa vào môi trường.

- Tiêu tốn nhiều dung dịch trơn nguội.

- Dung dịch khó xâm nhập vào vùng cắt.

* Phƣơng pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt khi tiện

Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt có ảnh hưởng rất lớn

đến hiệu quả của quá trình bôi trơn.

Phương pháp dẫn dung dịch bôi trơn vào vùng cắt phụ thuộc vào nhiều

yếu tố như: phương pháp gia công, loại dụng cụ cắt, vật liệu gia công...

- Dẫn trực tiếp dung dịch lên chi tiết gia công:

Phương pháp này thường sử dụng khi gia công có quá trình tạo phoi vụn,

chi tiết gia công nhỏ hoặc do điều kiện dẫn dung dịch vào vùng cắt khó. Với

phương pháp này chỉ có khoảng 40 50% lượng dung dịch được đưa vào vùng

cắt. Như vậy, lượng dung dịch đến được vùng gia công rất hạn chế và chúng chỉ

gián tiếp làm nguội qua phoi, qua chi tiết gia công.

- 31 -


Hình 1.14. Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công

- Dẫn dung dịch vào mặt trước của dụng cụ cắt:

Cách này dùng cho quá trình tạo phoi vụn là hiệu quả nhất, cách dẫn đơn

giản, dễ bố trí vòi phun cũng như điều chỉnh vòi phun trong quá trình cắt.

Dung dịch được dẫn vào mặt trước của dao, tùy theo hình dáng và kết cấu

của phoi mà dung dịch đi vào vùng cắt được nhiều hay ít. Nếu phoi có hình dạng

hợp lý thì lượng dung dịch vào vùng gia công là tối đa, còn nếu phoi có hình

dáng không hợp lý thì dung dịch sẽ bị phoi trượt trên mặt trước dao dẫn ra ngoài,

lúc đó lượng dung dịch tiêu hao là vô ích. Cách dẫn dung dịch kiểu này chỉ có

khoảng 50 70% lượng dung dịch vào được vùng cắt.

Theo phương pháp này cũng có thể dung dịch làm nguội vùng cắt gián

tiếp từ phoi hoặc gián tiếp từ dao, thường thì dung dịch ít vào được vùng cắt. Vì

vậy dung dịch khó vào được vùng biến dạng dẻo để tạo thành chêm dầu và cũng

không trực tiếp tiếp xúc với vùng kim loại sạch tại vùng phá hủy.

Hình 1.15. Dẫn dung dịch lên mặt trước dao

- Dẫn dung dịch vào mặt sau của dụng cụ cắt:

- 32 -


Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất, lượng dung dịch dẫn vào

vùng cắt nằm trong khoảng 80 90%.

Khi dẫn dung dịch vào mặt sau của dao, dung dịch sẽ xâm nhập vào vùng

ma sát giữa mặt sau của dao với chi tiết gia công, vùng phá hủy và kết hợp thẩm

thấu dung dịch theo phoi cuốn lên bôi trơn vùng ma sát mặt trước với phoi.

Nếu áp lực đẩy dòng dung dịch nhỏ thì việc dẫn dung dịch vào vùng gia

công rất khó và cách bố trí vòi phun phức tạp

Hình 1.16. Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao

- Dẫn dung dịch bằng cách kết hợp từ mặt trước và mặt sau của dao:

Khi dẫn dung dịch đồng thời từ mặt trước và mặt sau của dao sẽ có các ưu

điểm của cách dẫn dung dịch từ mặt trước và cách dẫn dung dịch từ mặt sau, khi

đó lượng dung dịch được đưa vào vùng cắt là tối ưu nhất, nhưng việc bố trí vòi

phun rất phức tạp (hình 1.17).

Hình 1.17. Dẫn dung dịch kết hợp cả từ mặt trước và mặt sau của dao

- 33 -


công.

1.6.2. Gia công khô

Là phương pháp không dùng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia

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 phương pháp tưới tràn.

- Khó thoát phoi ra khỏi vùng gia công.

- Phương pháp này chỉ sử dụng cho một số phương pháp gia công và vật

liệu gia công nhất định.

1.6.3. Bôi trơn tối thiểu

Là phương pháp sử dụng dòng khí nén có áp suất lớn để phun dung dịch

trơn nguội vào vùng cắt dưới dạng sương mù để bôi trơn, làm nguội và đẩy phoi

ra khỏi vùng gia công.

Dung dịch được phun vào vùng gia công với một áp suất nhất định,

chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào vùng cắt với tốc độ cao (250 300

m/phút), chúng có tác dụng bôi trơn rất hiệu quả.

* Ƣu nhƣợc điểm

+ Ưu điểm

- Lượng dung dịch trơn nguội cần thiết chỉ bằng 20 30% lượng dung

dịch sử dụng trong phương pháp tưới tràn, do đó giảm chi phí chế tạo chất bôi

trơn.

- Hiệu quả bôi trơn cao nên giảm được lực cắt, giảm nhiệt dẫn đến nâng

cao chất lượng sản phẩm.

- Tiết kiệm dung dịch trơn nguội.

- Đảm bảo tuổi bền dụng cụ.

- 34 -


- Phoi sạch.

- Không gây ô nhiễm môi trường.

- Không gian làm việc sạch.

+ Nhược điểm

- Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công.

- Nhiệt độ chi tiết cao.

1.7. TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) Ở VIỆT NAM VÀ

TRÊN THẾ GIỚI.

1.6.1. Khái quát về tình hình nghiên cứu trên thế giới.

Bôi trơn-làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rất

rộng rãi trong ngành cơ khí. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà khoa

học tiếp tục nghiên cứu với các hướng chủ yếu như:

- Nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn - làm nguội, tiết kiệm dung

dịch bôi trơn làm nguội.

- Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt.

- Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với môi

trường...

Do những hạn chế của phương pháp tưới tràn nên từ những năm 90 của

thế kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển như CHLB Đức, Thuỵ Điển... đã bắt

đầu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu. Do có

nhiều ưu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường nên công

nghệ này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất. Hướng

nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề:

- Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bôi trơn -

làm nguội tối thiểu. Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại

dầu...

- Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tưới tối ưu.

- Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn - làm nguội

tối thiểu.

- Cải tiến kết cấu đầu phun và hệ thống bôi trơn...

- 35 -


- Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng,

trong gia công tốc độ cao...

Các nghiên cứu đã chứng minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn

tối thiểu so với các phương pháp tưới truyền thống hay gia công khô [1], [3].

Trong nghiên cứu của Ronan Autret [1] đối với quá trình tiện cứng cho thấy bôi

trơn tối thiểu có ưu điểm hơn hẳn so với gia công khô về nhám bề mặt, lực cắt và

nhiệt cắt.

1.6.2. Khái quát về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.

Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ được tiếp cận trong vài năm trở lại

đây. Các nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức [5] khi tiện cắt đứt và phay răn răng

sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn như Emuxi, dầu lạc

và dầu D40 cho thấy những ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu. Nghiên

cứu của. Nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức, ThS. Phạm Quang Đồng [7] khi áp

dụng bôi trơn tối thiểu cho quá trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho

thấy những ưu điểm của phương pháp này như làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt,

giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.6.3. Dự kiến vấn đề nghiên cứu.

Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện

cứng chưa được nghiên cứu. Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ

bôi trơn tối thiểu một cách có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, tác giả

đã chọn đề tài nghiên cứu "Ảnh hƣởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn

dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi"

- 36 -


Chƣơng 2:

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP BÔI TRƠN TỐI THIỂU

KHI TIỆN CỨNG

2.1. BÔI TRƠN - LÀM NGUỘI TỐI THIỂU

2.1.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện

Đối với quá trình tiện thường nói chung, khi tiện thô thì chiều sâu cắt lớn,

tốc độ cắt nhỏ. Khi áp dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vào quá trình

tiện phải đảm bảo sao cho dung dịch có thể xâm nhập được vào vùng cắt để phát

huy tối đa tính bôi trơn và làm nguội.

Trong công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu vai trò của dung dịch bôi

trơn làm nguội có nhiệm vụ chủ yếu là bôi trơn. Còn quá trình làm nguội chủ yếu

là dòng khí áp lực cao. Loại dầu cắt và thành phần dung dịch ảnh hưởng đến quá

trình gia công chủ yếu do các yếu tố:

- Khả năng tạo thành các hạt sương mù của dung dịch.

- Khả năng xâm nhập của các hạt sương mù vào vùng cắt.

- Khả năng dính bám và khả năng tạo màng dầu bôi trơn trong vùng cắt.

- Khả năng chịu được nhiệt độ và áp lực cao của màng dầu.

- Không độc hại và thân thiện với môi trường.

Vì vậy, dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu ngoài các yêu cầu chung

như tưới tràn cần chú ý chọn thoả mãn các điều kiện trong đó đặc biệt chú ý là độ

nhớt hợp lý, nhiệt độ hoá hơi cao và không độc hại.

Loại dung dịch thường dùng có thể là dung dịch Emuxi có pha thêm dầu

thực vật hoặc các loại dầu nhờn hoặc là dầu thực vật.

Khi tiện cũng như khi gia công cắt gọt, việc áp dụng công nghệ bôi trơn

tối thiểu cần chú ý đến kiểu dẫn dung dịch vào vùng cắt.

Hiệu quả của phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu phụ thuộc rất

nhiều vào phương pháp, vị trí, góc vòi dẫn dung dịch vào vùng cắt. Ngoài những

yêu cầu về không gian làm việc, không gian và kết cấu của máy, khả năng điều

- 37 -


chỉnh của bản thân thiết bị bôi trơn và làm nguội, thì vòi phun nên bố trí có vị trí

tương quan với dụng cụ cắt và phôi sao cho thích hợp nhất để hiệu quả bôi trơn

làm nguội là cao nhất. Có thể sử dụng một số sơ đồ dẫn dung dịch như sau:

* Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao. (hình 2.1)

Hình 2.1. Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao

+ Ưu điểm:

- Áp lực khí đủ lớn sẽ nâng cánh phoi lên kết hợp với phôi quay như vậy

sẽ đưa dung dịch vào ngập trong vùng cắt.

- Không gian bố trí vòi phun dễ dàng.

+ Nhược điểm.

- Nếu áp lực không đủ lớn thì khả năng bôi trơn là không tối ưu.

- Khả năng nâng phoi sẽ không tốt nếu trong trường hợp chiều dày phoi

lớn.

Trong bôi trơn tối thiểu cần chú ý cách phun này. Nếu dùng trong bôi trơn

làm nguội kiểu tưới tràn thì ý nghĩa không lớn vì lượng dung dịch vào vùng cắt

chỉ đạt 50-60%, phần nhiều lượng dung dịch sẽ bị dẫn ra ngoài theo hướng trượt

của phoi, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn rất khó, sự tiếp xúc giữa phoi

và mặt trước của dao là tiếp xúc chặt, trong điều kiện đó dung dịch trơn nguội chỉ

có thể xâm nhập khu vực cắt nhờ có những khoảng chân không hình thành giữa

phoi và dao. Khoảng chân không như vậy có thể hình thành nhờ có lẹo dao. Lúc

- 38 -


lẹo dao bị cuốn đi, giữa dao và phoi hình thành khoảng trống, lớp kim loại biến

dạng dẻo không thể tức thời điền đầy khoảng trống đó và dung dịch trơn nguội từ

bên sườn của mặt tiếp xúc được hút vào thay thế. Khi áp dụng trong bôi trơn làm

nguội tối thiểu, áp lực dòng khí nén sẽ nâng cánh phoi lên, đồng thời đẩy dung

dịch vào vùng ma sát giữa mặt trước của dao và phoi, lúc này phoi sẽ trượt trên

mặt trước của dao trên màng dầu.

* Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao (hình 2.2).

Hình 2.2. Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao

Khi phun dung dịch theo phương pháp này thì dòng khí áp lực cao sẽ đẩy

toàn bộ dung dịch vào vùng ma sát mặt sau, phoi trượt trên mặt trước sẽ mang

dung dịch theo bôi trơn và làm nguội vùng cắt của mặt trước dao.

+ Ưu điểm:

- Hiệu suất tưới cao.

- Bôi trơn được cả vùng ma sát ở mặt sau, vùng tạo phoi và mặt trước của

dao.

+ Nhược điểm:

- Không gian bố trí vòi phun và hiệu chỉnh vòi phun khó khăn.

- Dòng khí sẽ đẩy phoi theo chiều không mong muốn.

Còn khoảng cách giữa đầu vòi phun đến vùng cắt cần có các nghiên cứu

với từng trường hợp cụ thể để tìm được giá trị tối ưu.

- 39 -


* Để giảm ma sát và mòn của dụng cụ cắt trong quá trình cắt kim loại, từ

các yếu tố trên ta thấy rằng áp lực dòng khí nén là một yếu tố quan trọng để thực

hiện bởi các lý do sau:

- Áp lực dòng khí sẽ thổi sạch các hạt cứng của vật liệu khỏi vùng gia

công không để các hạt này tiếp xúc với dụng cụ, đồng thời áp lực của dòng khí sẽ

đẩy dung dịch vào các kẽ hở tại vùng tiếp xúc của mặt trượt của phoi và mặt

trước, mặt sau của dao và chi tiết. Áp lực dòng khí sẽ đẩy dung dịch vào các vết

nứt tế vi trên bề mặt chi tiết tạo thành hình nêm giúp làm biến dạng dẻo bề mặt

chi tiết bị biến cứng. Yếu tố này cho ta thấy khả năng điền đầy dung dịch vào các

vết nứt tế vi trên chi tiết phụ thuộc vào áp lực dòng khí lớn hay nhỏ.

- Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử dung dịch vào cắt một cách

thuận lợi nhất. Các phần tử này va đập trực tiếp lên chi tiết gia công, tạo thành

ứng suất dư nén trên bề mặt chi tiết chống lại biến dạng dẻo tại vùng chi tiết tiếp

xúc với mặt sau của dao.

- Áp lực dòng khí sẽ tạo ra khí động lực học nhằm nâng cánh phoi lên

khỏi mặt trước dụng cụ, đồng thời lúc này áp lực dòng khí cũng đẩy dung dịch

vào trong vùng gia công hiệu quả nhất. Vậy cánh phoi có thể xem như chiếc ca

nô lướt trên mặt nước phẳng lặng.

- Dòng khí được bố trí có hướng ngược chiều với hướng của các hạt kim

loại khi tách phoi bắn ra ngoài. Tác dụng này sẽ giúp đẩy các hạt kim loại bay ra

khỏi vùng gia công và sẽ không gây va đập với dụng cụ cắt. Hiện tượng này có

tác dụng làm giảm ứng suất có hại như tạo các vết nứt tế vi trên bề mặt dụng cụ

cắt.

- Tác dụng của áp suất dòng khí sẽ làm chuyển động các phân tử tích tụ

trong dung dịch, các phần tử này sẽ chuyển động đến va vào chi tiết với áp lực

của dòng khí nén, tạo thành một lớp màng phủ trên chi tiết, giúp bảo vệ chi tiết

trong môi trường sau khi gia công.

- Hiện tượng tán nhiệt nhanh từ vùng cắt ra môi trường xung quanh phụ

thuộc rất nhiều vào áp lực của dòng khí.

Nêu áp suất dòng khí quá lớn:

- 40 -


tốt.

- Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt tốt.

- Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt tốt.

- Khả năng giữ các hạt sương mù trong vùng cắt kém.

- Không an toàn cho người và thiết bị.

Nếu áp suất dòng khí bé:

- Khả năng tạo sương mù và đưa các hạt sương mù vào vùng cắt không

- Đẩy nhiệt và phoi ra khỏi vùng cắt kém.

Vì vật, để nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội tối thiểu cần

lựa chọn được áp suất dòng khí hợp lý ứng với từng phương pháp gia công và

các điều kiện cụ thể khác.

Nếu dòng khí nhiệt độ thấp thì hiệu quả của quá trình làm nguội sẽ đạt

hiệu quả rất cao.

2.1.2. Bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện cứng.

Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm

1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh. Cho tới những

năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện

cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản

phẩm thép qua tôi cứng.

Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ

lực,... sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn. Các

nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian. Hơn nữa chi phí

dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao. Mặt khác chất thải khi

mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống. Những lý do trên đã thúc đẩy các

nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết.

Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng. Tiện cứng là

một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride),

PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép

qua tôi (thường> 45HRC). Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành

- 41 -


chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7,

nhám bề mặt Rz = 2 - 4µm, rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng

hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công tinh.

Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn

(các trục ngắn), con lăn,.. tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,..

Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu

cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù

hợp. Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này.

Các máy tiện thông thường có thể được dùng nếu đáp ứng được các yêu cầu

trên.

Các mảnh hợp kim CBN thường sử dụng cho tiện cứng là TPGN, CNMA,

DNMA, TNG,…nói chung hàm lượng CBN phụ thuộc vào nhà sản xuất. Người

ta phân ra làm ba loại, hàm lượng cao (nhiều hơn 90% CBN), trung bình (khoảng

72% CBN) và thấp (nhỏ hơn 60% CBN). Các mảnh có hàm lượng cao thường sử

dụng cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột,

gang và một số hợp kim đặc biệt.

So với những mảnh cácbít thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng

kể (từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều.

Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với

thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites. Vật liệu điển hình

được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng.

Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ

bị mòn nhanh và hư hỏng. Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh

độ cứng vật liệu từ 55-67HRC, V = 80-160 (m/ph), S = 0,04-0,08 (mm/vg); t =

0,1-0,5mm; với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45-60HRC, V = 120-180

(m/ph), S = 0,02-0,04 (mm/vg), t = 0,02-0,3mm.

Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi

sử dụng chế độ cắt này. Họ có thể đạt dung sai kích thước đến ±0,01mm hoặc

cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt đạt rất nhỏ.

- 42 -


Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất

dư nén khi gia công (tnhỏ), điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ

bền mỏi cao. Song với mài lại là một bất lợi.

Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công

tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau:

- Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm.

- Giảm chi phí đầu tư thiết bị và tăng độ chính xác gia công.

- Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn và cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu.

- Gia công được các contour phức tạp.

- Có thể chọn gia công khô hoặc có dung dịch trơn nguội.

Mặc dù vậy tiện cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ

yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn

định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai

chế tạo có thể nằm ngoài vùng cho phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn

chiều sâu cắt tới hạn (tmin) thì quá trình cắt không thể thực hiện được.

Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hướng công nghệ

mới để đạt được các mục đích này. Nhưng phải đến những năm 1990, với sự phát

triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phương thì

tiện cứng mới được áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy. Tiện cứng đã thực sự trở

thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi

cứng. Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo

máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung.

Tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh dao thường có giá

thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quan trọng bởi trong quá

trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gian máy,… ảnh hưởng tới

năng suất, chất lượng và tính cạnh tranh trên thị trường.

Việc áp dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng là rất

cần thiết vừa để nâng cao chất lượng của sản phẩm vừa có thể tăng được tuổi thọ

của dao từ đó làm giảm giá thành dụng cụ cắt.

- 43 -


Tuy nhiên quá trình tiện cứng là quá trình cắt với tốc độ cao, chiều sâu cắt

nhỏ, do đó nhiệt cắt sinh ra rất lớn.

Đối với quá trình tiện cứng, do nhiệt cắt sinh ra rất lớn nên việc ứng dụng

công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình này chỉ nhằm mục đích bôi trơn làm

giảm ma sát giữa mặt sau của dao và chi tiết gia công, giữa phoi và mặt trước của

dao. Do chiều dày phoi khi tiện cứng nhỏ nên với áp lực khí đủ lớn có thể sẽ

nâng được cánh phoi và tạo nên màng dầu ngăn cách giữa chi tiết gia công và

dao.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng

như áp suất của dòng khí, lưu lượng tưới dung dịch bôi trơn. Lưu lượng tưới và

áp suất dòng khí phải đảm bảo để tạo nên dung dịch tưới dạng sương mù và xâm

nhập được vào vùng cắt. Độ nhớt của dầu bôi trơn cũng ảnh hưởng đến việc tạo

sương mù.

2.2. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

* Giới hạn vấn đề nghiên cứu

Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối

thiểu và quá trình tiện cứng trong điều kiện cụ thể ở nước ta.

Trong phạm vi của đề tài này, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết

một số vấn đề sau:

- Nghiên cứu mòn và cơ chế mòn dao khi tiện thép đã tôi thể tích (độ cứng 56 -

58 HRC) bằng dao tiện gắn mảnh CBN ở hai chế độ gia công khô và bôi trơn tối

thiểu.

- Nghiên cứu ứng dụng dầu thực vật của Việt Nam vào quá trình bôi trơn

tối thiểu khi tiện cứng.

- So sánh giữa hai phương pháp bôi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện

cứng qua các chỉ số về mòn dao, về nhám bề mặt và cơ chế mòn thông qua các

ảnh chụp mòn dao.

Với các vấn đề nghiên cứu như trên, tác giả đưa ra mô hình nghiên cứu

thực nghiệm như sau:

- 44 -


Đầu vào Tiện cứng Đầu ra

* Phương pháp gia công Tiện tinh ngoài

+ Cơ chế mòn dao

+ Bôi trơn tối thiểu

+ Gia công khô

thép 9CrSi đã tôi

bằng dao tiện gắn

mảnh CBN

+ Mòn dao

+ Tuổi bền dao

+ Nhám bề mặt chi tiết

* Phƣơng pháp nghiên cứu

Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm. Trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực

nghiệm.

- 45 -


Chƣơng 3:

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SO SÁNH GIỮA BÔI TRƠN TỐI

THIỂU VÀ GIA CÔNG KHÔ KHI TIỆN TINH

THÉP 9CrSi ĐÃ QUA TÔI

3.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm: Nghiên cứu so sánh giữa

phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam với

phương pháp gia công khô. Qua đó đánh giá được những ưu nhược điểm của bôi

trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng.

3.2. THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

3.2.1. Yêu cầu của hệ thống thiết bị bôi trơn tối thiểu

Hệ thống thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đáp ứng được yêu cầu lý thuyết cần nghiên cứu.

- Đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và ổn định.

- Đảm bảo việc thu thập, lưu trữ và xử lý số liệu thuận lợi.

- Đảm bảo tính khả thi.

- Sử dụng đơn giản, đảm bảo tính linh hoạt cao nghĩa là có thể sử dụng

cho nhiều loại máy công cụ.

- Đảm bảo tính kinh tế.

3.2.2. Thiết kế và xây dựng hệ thống.

3.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống.

Ở nghiên cứu này, tác giả sử dụng hệ thống bôi trơn tối thiểu được bố trí

vòi phun trực tiếp vào mặt sau của dao.

Hệ thống bôi trơn tối thiểu phải đảm bảo các yêu cầu:

- Áp suất dòng khí nén phải ổn định và điều chỉnh được trong phạm vi cần

thiết. Việc điều chỉnh phải dễ dàng, thuận lợi.

- 46 -


- Lưu lượng dòng chất lỏng phải ổn định, khả năng tạo sương mù tốt. Phải

điều chỉnh được lưu lượng một cách chủ động và độc lập với việc điều chỉnh áp

suất dòng khí.

- Dễ chế tạo, lắp đặt và sử dụng.

Để đáp ứng các yêu cầu trên theo nguyên lý hoạt động của hệ thống phun

dung dịch, tác giả sử dụng hệ thống phun có dòng khí nén trộn trực tiếp với dung

dịch trơn nguội tạo thành sương mù phun trực tiếp vào vùng cắt.

Sơ đồ nguyên lý như hình 3.1

8

30

20

2 10

3

5 6

4

1

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý đầu phun.

Dòng khí áp lực cao từ máy nén khí 1 qua hệ thống điều chỉnh và ổn định

áp suất 2, qua van 3, buồng tạo chân không và trộn 4. Khi dòng khí áp lực cao

qua buồng tạo chân không 4 tạo nên lực hút chân không nên dung dịch trơn

nguội từ bình 8 sẽ theo hệ thống ống dẫn và van điều chỉnh lưu lượng 7 vào

buồng 4. Tại đây dung dịch trơn nguội được trộn lẫn với dòng khí nén tạo thành

sương mù phun vào vùng cắt.

Như vậy, áp suất dòng khí ra được điều chỉnh và ổn định nhờ van số 2.

Lưu lượng dòng dung dịch được điều chỉnh và ổn định nhờ van 7.

- 47 -


- 48 -


Kết cấu đầu phun như hình 3.2.

Hình 3.2. Đầu phun

Ưu điểm của sở đồ này là:

- Kết cấu đầu phun đơn giản.

- Dung dịch được phun vào vùng cắt dưới dạng sương mù nên khả năng

thẩm thấu tốt, hiệu quả bôi trơn cao.

- Dòng khí nén áp lực cao sẽ đẩy nhiệt, phoi ra khỏi vùng cắt nên hiệu quả

của quá trình làm nguội cao.

Nhược điểm:

Lưu lượng tưới phụ thuộc vào áp lực dòng khí nên việc điều chỉnh lưu

lượng gặp nhiều khó khăn.

3.2.2.2. Thiết bị cung cấp khí nén.

Tuỳ điều kiện cụ thể mà có thể sử dụng hệ thống cung cấp khí nén trung

tâm hoặc sử dụng các máy nén khí độc lập. Ở đây tác giả sử dụng máy nén khí

độc lập như hình 3.3

Hình 3.3. Máy nén khí

- 49 -


Các thiết bị trên được kết nối thành hệ thống hoàn chỉnh. Hệ thống này có

ưu điểm:

- Đáp ứng được các yêu cầu của một hệ thống bôi trơn tối thiểu.

- Thiết bị khá đơn giản, dễ kiếm trên thị trường (trừ đầu phun).

- Tính linh hoạt cao, có thể sử dụng cho tất cả các loại máy công cụ và

việc áp dụng vào thực tiễn rất thuận lợi.

3.2.2.3. Thiết bị đo.

Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu và thu thập số liệu. tác giả sử dụng

một số loại dụng cụ đo sau:

* Panme đo ngoài điện tử 0-25; 0,0001 mm. Mitutoyo - Nhật bản.

* Máy đo nhám Mitutoyo SJ-201 (Nhật bản).

Hình 3.4- Máy đo nhám cầm tay Mitutoyo SJ-201

* Máy chụp mòn dao: Sử dụng kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi,

Nhật Bản, có độ phóng đại 10.000 lần.

Hình 3.5. Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản

- 50 -


3.2.2.3. Dung dịch trơn nguội.

Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng dung dịch bôi trơn là dầu lạc. Dầu

lạc là loại dầu sẵn có ở Việt Nam, việc sử dụng làm dung dịch bôi trơn sẽ không

gây ô nhiễm môi trường.

3.2.2.4. Máy công cụ.

Sử dụng máy tiện vạn năng OKUMA LS365, Nhật Bản.

3.2.2.4. Dụng cụ cắt.

Với mục đích nghiên cứu là ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào

tiện cứng, tác giả sử dụng dao tiện gắn mảnh CBN

Hình 3.6. Thân dao MTENN 2020K16-N (hãng KANELA)

Mảnh dao: Sử dụng mảnh dao CBN: TPGN 160308 T2100

Hình 3.7. Mảnh dao CBN: TPGN 160308

- 51 -


3.2.2.5. Phôi gia công.

Thép 9CrSi (9XC). L = 350 mm, Ø62, tôi thể tích đạt độ cứng 56 - 58 HRC.

Thành phần hoá học:

Nguyên

tố hoá

học

C

Si

P

Mn

Ni

Cr

Mo

Hàm

lƣợng

(%)

0,8623

1,2351

0,0241

0,58613

0,03216

1,113

0,01917

Nguyên

tố hoá

học

V

Cu

W

Ti

Al

Fe

Hàm

lƣợng

(%)

0,14987

0,28763

0,1768

0,0299

0,0011

95,4722

3.3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.

3.3.1. Mục đích nghiên cứu.

Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn tối thiểu sử dụng dầu lạc

với phương pháp gia công khô về mòn dao và độ nhám bề mặt chi tiết gia công

khi gia công tinh thép 9XC đã qua tôi (đạt độ cứng 55 - 60 HRC). Qua đó đánh

giá được ưu nhược điểm của bôi trơn tối thiểu so với gia công khô.

Các chỉ tiêu đánh giá là các thông số công nghệ của quá trình gia công

gồm:

- Cơ chế mòn của dao (qua chụp ảnh mòn dao bằng kính hiển vi điện tử).

- Độ mòn của dao.

- Nhám bề mặt gia công.

3.3.2. Quá trình thí nghiệm.

3.3.2.1. Bố trí trang thiết bị thí nghiệm.

Máy tiện vạn năng OKUMA LS365, Nhật Bản.

Dao tiện gắn mảnh CBN.

Vật liệu phôi: thép 9XC đã qua tôi (đạt độ cứng 55-60HRC).

Kích thước phôi: L = 350 mm, Ø62

- 52 -


Cách bố trí đầu phun như hình 2.2.

3.3.2.2. Chế độ công nghệ.

Tiện tinh ngoài với các thông số công nghệ:

Tốc độ vòng quay trục chính: n = 1970 vòng/phút

Lượng chạy dao : S = 0,1 mm/vòng

Chiều sâu cắt : t = 0,15 mm.

Khi gia công sử dụng hai phương pháp là gia công khô và gia công có bôi

trơn tối thiểu.

Gia công có bôi trơn tối thiểu sử dụng dung dịch bôi trơn là dầu lạc. Áp

suất khí P = 5 KB/cm2, lưu lượng 0,22 ml/phút.

Vòi phun được bố trí phun vào mặt sau của dao (hình 3.8).

3.3.2.3. Tiến trình thí nghiệm.

Tiến trình gia công được tiến hành theo 2 quá trình gia công.

* Quá trình gia công sử dụng bôi trơn tối thiểu.

Phôi gia công có chiều dài 350 mm. Mỗi lượt sẽ gia công chiều dài 300

mm (3,25 phút) với chế độ cắt được giữ không đổi. Sau mỗi lượt cắt sẽ tiến hành

đo nhám bề mặt của chi tiết.

Khi gia công bằng phương pháp bôi trơn tối thiểu, sử dụng 3 mảnh dao CBN.

Mảnh 1 gia công 5 lượt cắt tương ứng với 16,25 phút gia công.



* Quá trình gia công khô.

Phôi gia công và chế độ cắt được giữ nguyên như khi bôi trơn tối thiểu.

Sử dụng 3 mảnh dao trong quá trình gia công khô.




Sau mỗi lượt cắt tiến hành đo nhám bề mặt của chi tiết gia công.

Các mảnh dao được đánh số thứ tự theo trình tự gia công.

* Chụp ảnh mòn dao.

- 53 -


Các mảnh dao sau khi gia công sử dụng kính hiển vi điện tử TM-1000

Hitachi, Nhật Bản, có độ phóng đại 10.000 lần để tiến hành chụp mòn mặt trước

và mặt sau của dao.

Căn cứ vào các ảnh chụp thu được, đo được độ mòn của dao và tìm hiểu

cơ chế mòn.

3.3.2.4. Các số liệu thí nghiệm.

* Số liệu thí nghiệm được tổng hợp từ phụ lục 1 đến phụ lục 3.

* Xử lý kết quả thí nghiệm:

a) Cơ chế mòn của dụng cụ cắt.

Ảnh chụp mòn dụng cụ cắt được trình bầy trong phụ lục 3.

Kết quả quan sát các mảnh dao sau khi tiện tinh trên kính hiển vi điện tử

cho thấy các mảnh dao khi gia công khô và gia công có bôi trơn tối thiểu đều bị

mòn cả mặt trước và mặt sau.

+ Mòn mặt trước dụng cụ.

a b

Hình 3.8. Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút.

a) Bôi trơn tối thiểu; b) Gia công khô

- 54 -


a b



a b



Nhận xét: Từ ảnh chụp mặt trước của dao cho thấy, mòn xẩy ra trên mặt

trước của dụng cụ đối với cả hai phương pháp gia công khô và bôi trơn tối thiểu

có thể chia ra thành 3 vùng rõ rệt theo phương thoát phoi thông qua mức độ bám

dính của vật liệu dụng cụ cắt với mặt trước. Vùng 1 là vùng ngay sát lưỡi cắt với

những vết biến dạng dẻo do các hạt cứng gây nên; vùng 2 tiếp theo với sự dính

nhẹ của vật liệu gia công lên mặt trước, vùng 3 là vùng phoi thoát ra khỏi mặt

trước. Quan sát ảnh chụp mảnh dao khi tiện ở 16,25, 32,5 và 48,75 phút gia công

(hình 3.8, hình 3.9, hình 3.10) đều cho thấy vật liệu gia công dính tập trung ở

vùng phoi thoát ra phỏi mặt trước của dụng cụ cắt chứ không phải ở vùng gần

lưỡi cắt. Chiều dài tiếp xúc phoi và mặt trước tăng dần từ mũi dao đến vùng tiếp

- 55 -


xúc giữa bề mặt tự do của phoi với mặt trước đối với cả gia công khô và bôi trơn

tối thiểu.

Vùng 1 ngay sát lưỡi cắt là vùng mà lớp vật liệu gia công sát mặt trước

dính và dừng trên mặt trước tạo nên vùng biến dạng thứ 2 trên phoi. Quan sát

hình ảnh cho thấy vùng này mòn đã tạo nên một mặt trước phụ với góc trước phụ

âm. Qua hình ảnh chụp mòn mặt trước cho thấy chiều rộng của vùng này đối với

gia công khô và bôi trơn tối thiểu là khác nhau. Cả 3 thời gian khi tiện ở 16,25,

32,5 và 48,75 phút đều cho thấy chiều rộng của vùng 1 khi gia công có bôi trơn

tối thiểu bé hơn nhiều so với khi gia công khô. Điều này có nghĩa là vùng 2 khi

gia công có bôi trơn tối thiểu tiến sát về lưỡi cắt hơn khi gia công khô. Việc tạo

ra góc trước phụ âm ở vùng 1 ngay sát lưỡi khi gia công là kết quả không mong

muốn vì điều này sẽ làm cho phoi bị trượt ngược lại tạo nên lớp biến trắng trên

bề mặt gia công. Có thể giải thích hiện tượng này là do khi bôi trơn tối thiểu,

dung dịch bôi trơn được phun trực tiếp vào vùng cắt làm giảm ma sát giữa mặt

trước của dao với phoi làm cho phoi trượt dễ dàng hơn trên mặt trước, hơn nữa

áp lực khí nén cũng giúp nâng cánh phoi làm cho vùng 2 tiến sát hơn vào phía

lưỡi cắt.

a b



Quan sát trên toàn bộ chiều dài lưỡi cắt ở vùng sát lưỡi cắt (vùng 1) cho

thấy khi bôi trơn tối thiểu các rãnh biến dạng dẻo do cào xước của các hạt cứng

trên bề mặt ở vùng này ít hơn so với khi gia công khô thể hiện rõ trên hình 3.11.

- 56 -


Điều này chứng tỏ dung dịch bôi trơn đã thâm nhập vào vùng cắt và tạo nên

màng dầu bôi trơn giữa phoi và mặt trước dao và ma sát giữa các hạt cứng với

lưỡi cắt giúp chúng dễ dàng trượt ra khỏi bề mặt gia công.

Vùng 2 là vùng dính của vật liệu gia công, vùng này phát triển từ mũi dao

và tăng dần về phía vùng phoi thoát ra khỏi mặt trước. diện tích vùng này đối với

cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu là tương đương nhau.

Vùng 3 là vùng vật liệu gia công dính nhiều trên mặt trước với các vết

trượt của phoi ở cả gia công khô và bôi trơn tối thiểu là giống nhau.

+ Mòn mặt sau dụng cụ cắt:

a b

Hình 3.12. Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút.


a b



- 57 -


Lư

ợn

g m

òn

mặ

t sa

u

a b



Nhận xét: Ma sát giữa mặt sau của dụng cụ cắt và bề mặt gia công là ma

sát thông thường kèm theo sự bám dính của vật liệu gia công và các vết cào xước

trên bề mặt sau của dụng cụ.

Quan sát hình 3.12, hình 3.13 và 3.14 đều cho thấy bề rộng của vết mòn

theo mặt sau khi gia công có bôi trơn tối thiểu (a) bé hơn so với khi gia công khô

(b). Do cách bố trí đầu phun trực tiếp vào mặt sau của dao đã làm giảm đáng kể

ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết gia công.

b) Lượng mòn mặt sau.

Từ ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử TM-1000 Hitachi, Nhật Bản đo

được lượng mòn mặt sau của dao, số liệu được ghi trong phụ lục 2. Xử lý số liệu

bằng phần mềm EXCEL cho ra biểu đồ về mòn mặt sau như hình vẽ.

µm 30

25

20

15

10

5

0

16.25 32.5 48.75

Thời gian gia công (phút) Bôi trơn tối thiểu Gia công khô

Hình 3.15. Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia công

khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu.

- 58 -


Nhận xét: Qua biểu đồ về lượng mòn mặt sau của dao cho thấy lượng mòn

đo được ở các thời điểm sau khi tiện 16,25, 32,5 và 48,75 phút khi bôi trơn tối

thiểu nhỏ hơn khi gia công khô điều này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu

của Ronan Autret [1].

Từ ảnh chụp về cơ chế mòn và những nhận xét ở trên cho thấy dầu bôi

trơn đã được phun trực tiếp vào vùng cắt và tạo nên màng dầu làm giảm ma sát

giữa mặt sau của dao với chi tiết gia công và giữa mặt trước của dao với bề mặt

phoi. Từ đó làm lượng mòn mặt sau của dao theo phương hướng kính cũng giảm

đi. Nhìn vào biểu đồ cũng cho thấy lượng mòn mặt sau theo phương hướng kính

khi gia công khô có xu hướng tăng nhanh hơn so với khi bôi trơn tối thiểu.

Nếu lấy lượng mòn cho phép là [u] = 15 μm, ta xác định được tuổi bền

của dao, sử dụng phần mềm EXCEL cho ra biểu đồ về tuổi bền của dao theo

lượng mòn cho phép như hình vẽ.

[u] = 15 μm

40

35

30

25

20

15

10

5

0 Bôi trơn tối thiểu Gia công khô

Phương pháp gia công

Hình 3.16. Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép

So sánh kết quả về tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép thì, với [u]

= 15 μm, tuổi bền của dao khi gia công khô là 23,5 phút, còn khi gia công có bôi

trơn tối thiểu là 37,9 phút (tăng 162 %).

- 59 -


c) Nhám bề mặt

Các số liệu về nhám bề mặt được trình bày ở Phụ lục 1. Xử lý số liệu bằng

phần mềm EXCEL vẽ được biểu đồ nhám bề mặt khi gia công khô và gia công

có bôi trơn tối thiểu như hình 3.17.

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

3.25 6.5 9.75 13 16.3 19.5 22.8 26 29.3 32.5 35.8 39 42.3 45.5 48.8

Thời gian gia công (phút)

Ra (Gia công khô) Ra (Bôi trơn tối thiểu)

Hình 3.17. Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công khô

và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu.

Nhận xét: Từ biểu đồ trên hình 3.17 ta thấy: nhám bề mặt khi gia công có

bôi trơn tối thiểu thấp hơn so với khi tiện khô. Kết quả này cũng phù hợp với

nghiên cứu của Ronan Autret [1] đối với quá trình tiện cứng sử dụng bôi trơn tối

thiểu.

Nhám bề mặt khi bôi trơn tối thiểu thấp hơn khi gia công khô là do khi gia

công có bôi trơn tối thiểu thì ma sát giữa bề mặt sau dụng cụ cắt và bề mặt chi

tiết gia công, ma sát giữa phoi và mặt trước dao giảm đi nên lượng mòn dao cũng

giảm theo, dẫn đến nhám bề mặt khi bôi trơn tối thiểu sẽ thấp hơn khi gia công

khô. Quan sát biểu đồ cho thấy nhám bề mặt khi gia công khô tăng nhanh hơn so

với khi gia công có bôi trơn tối thiểu; điều này cũng phù hợp với diễn biến mòn

mặt sau của hai phương pháp gia công này.

3.4. KẾT LUẬN

- Kết quả nghiên cứu về cơ chế mòn cho thấy đối với cả hai phương pháp

gia công khô và gia công có bôi trơn tối thiểu khi gia công tinh thép 9CrSi đã qua

- 60 -


tôi, thì mòn xảy ra cả ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt. Mòn mặt trước của

dụng cụ cắt đều chia thành 3 vùng rõ rệt: vùng sát lưỡi cắt (vùng), tiếp đến là

vùng chuyển tiếp (vùng 2) và vùng ma sát thông thường (vùng 3). Khi sử dụng

bôi trơn tối thiểu thì mòn ở vùng 2 và vùng 3 cũng tương tự khi gia công khô.

Tuy nhiên do hiệu quả của dầu bôi trơn làm giảm ma sát giữa phoi và mặt trước,

đồng thời làm giảm ma sát giữa các hạt cứng với mặt trước dao đã làm giảm

đáng kể hiện tượng mòn do các hạt cứng cào xước lên mặt trước dao dẫn đến bề

dày của vùng 1 giảm đi đáng kể so với khi tiện khô.

Dung dịch dầu bôi trơn được phun vào mặt sau cũng làm giảm đáng kể ma

sát giữa mặt sau và chi tiết gia công và làm giảm đáng kể lượng mòn mặt sau so

với khi gia công khô.

- Các kết quả về nhám bề mặt, lượng mòn mặt sau và tuổi bền của dụng cụ

cắt đã cho thấy hiệu quả rõ rệt của phương pháp tiện cứng có bôi trơn tối thiểu so

với phương pháp gia công khô.

- Nghiên cứu này cho thấy khả năng bôi trơn của dầu thực vật Việt Nam là

khả thi khi sử dụng làm dung dịch bôi trơn cho phương pháp bôi trơn tối thiểu

khi tiện cứng. Loại dầu ăn này hoàn toàn không độc hại, không ảnh hưởng đến

sức khoẻ người lao động và rất thân thiện với môi trường. Hơn nữa điều này còn

khẳng định ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu là hệ thống công nghệ

sạch sẽ, lưu lượng dung dịch tiêu hao là rất nhỏ, lượng tiêu hao đo được là 25ml

cho 100 phút gia công.

- Một ưu điểm nữa của phương pháp gia công này là do lưư lượng dung

dịch tiêu hao là rất nhỏ, không phải xử lý dung dịch thải nên tiết kiệm được rất

nhiều chi phí và không gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa còn có thể tăng tuổi

bền của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi tiện cứng. Dẫn đến sẽ làm giảm các

chi phí về dụng cụ cắt vốn khá tốn kém.

- 61 -


1. KẾT LUẬNCHUNG.

KẾT LUẬN CHUNG

+ Với sự phát triển của công nghệ vật liệu cũng như vật liệu dụng cụ cắt

thì tiện cứng đang ngày càng được áp dụng nhiều hơn vào trong sản xuất nhằm

thay thế cho nguyên công mài do chi phí cho mài là khá lớn. Khi tiện các vật liệu

có độ cứng cao, người ta thường sử dụng phương pháp tiện khô. Mà đặc trưng

của phương pháp này là ma sát giữa bề mặt gia công và phoi với dụng cụ cắt là

rất lớn, điều này ảnh hưởng tới tuổi bền của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt của

chi tiết. Với mục đích nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của công nghệ bôi

trơn tối thiểu, đặc biệt là phương pháp này cũng không ảnh hưởng tới người lao

động và thân thiện với môi trường.

+ Tác giả đã giới hạn được vấn đề nghiên cứu và lựa chọn được phương

pháp nghiên cứu phù hợp với điều kiện cụ thể.

+ Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong

cắt gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng.

+ Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu.

+ Qua nghiên cứu này tác giả đã chứng minh được ưu điểm của phương

pháp bôi trơn tối thiểu so với gia công khô khi áp dụng vào quá trình tiện cứng

qua các chỉ số về mòn dao, nhám bề mặt và cơ chế mòn.

+ Đã chứng minh được khả năng bôi trơn của dầu thực vật sẵn có ở Việt

Nam. Với lưu lượng sử dụng trong quá trình bôi trơn là rất ít, loại dầu thực vật

này vừa có tác dụng bôi trơn tốt, vừa không độc hại, thân thiện với môi trường lại

sẵn có và rẻ tiền nên việc áp dụng công nghệ này vào quá trình tiện cứng là khả thi.

+ Nghiên cứu thành công công nghệ bôi trơn tối thiểu áp dụng vào quá trình

tiện cứng sẽ là cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo đối với các phương pháp gia

công khác.

2. NHỮNG HẠN CHẾ, ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC KIẾN NGHỊ.

+ Trong nghiên cứu này tác giả mới chỉ nghiên cứu so sánh giữa gia công

khô và bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng. Đây là một vấn đề mới ở Việt Nam cần

được nghiên cứu và phát triển. Để có thể áp dụng một cách có hiệu quả vào thực

- 62 -


tiễn cần phải có các nghiên cứu sâu hơn về chế độ bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng

như: áp suất dòng khí, lưu lượng tưới...

+ Chưa nghiên cứu để tìm hiểu thêm các loại dầu thực vật cũng như các

dung dịch bôi trơn khác (ngoài dầu lạc sẵn có ở Việt Nam).

+ Chưa có các đánh giá sâu về ảnh hưởng đến bản chất vật lý của quá

trình cắt như: Nhiệt cắt, lực cắt, cấu trúc lớp bề mặt sau khi gia công...

Từ các điểm hạn chế của đề tài cho thấy cần phải tiếp tục đầu tư nghiên

cứu để có thể áp dụng một cách có hiệu quả vào thực tiễn sản xuất.

- 63 -


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ronan Autret, Minimum Quantity Lubrication in Finish Hard

Turning. Georgia Institute of Technology, Atlanta.

[2] Nikhil Ranjan Dhar, Effect of Minimum Quantity Lubricant (MQL)

on Tool Wear, Surface Rounghness and Dimensional Deviation in Turning AISI-

4340 Steel. Bangladesh University of Engineering and Technology

[3] Andrea Bareggi, Green Cutting using Supersonic Air Jets as Coolant

and Lubricant during Turning,Mechanical & Manufacturing Engineering,

Trinity College Dublin, Ireland

[4] Prof.Dr.-Ing. M. Schneider, Grinding with Internal Cooling

Lubricant Supply , Institute of Production and Machining Technology,

University of Applied Sciences, Giessen-Friedberg, Germany.

[5] TS. Trần Minh Đức, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn-làm

nguội tối thiểu trong gia công cắt gọt, Khoa cơ khí, trƣờng ĐHKT Công

nghiệp, Thái Nguyên.

[6] Trần Ngọc Giang, Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới tuổi bền

của dụng cụ cắt bằng dao gắn mảnh CBN khi tiện tinh cứng thép 9XC đã tôi,

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy, Thái

Nguyên, Trƣờng ĐHKT Công nghiệp

[7] Phạm Quang Đồng, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công

nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi

phay rãnh bằng dao phay ngón,Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Công

nghệ chế tạo máy, Thái Nguyên, Trƣờng ĐHKT Công nghiệp

[8] Nguyễn Thế Tranh, Trần Quốc Việt, Cơ sở cắt gọt kim loại, Khoa

Cơ khí, Trƣờng ĐH Bách khoa Đà Nẵng.

- 64 -


Phụ lục 1: NHÁM BỀ MẶT

1. Số liệu thí nghiệm khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi bằng phƣơng pháp

bôi trơn tối thiểu.

Áp suất: P = 5 atm.

n = 970 vòng/phút ; t = 0,15 mm ; S = 0,1 mm/vòng.

Vật liệu phôi: thép 9XC nhiệt luyện đạt độ cứng 56 ÷ 58 HRC

Vật liệu dao: CBN

Mảnh dao số

Lần cắt Thời gian

cắt (phút)

Ra (µm)

Rz (µm)

Ghi chú

1

1 3,25 0,41 2,39

2 3,25 0,40 2,37

3 3,25 0,38 2,20

4 3,25 0,42 2,45

5 3,25 0,43 2,62

2

1 3,25 0,43 2,70

2 3,25 0,46 3,10

3 3,25 0,45 3,08

4 3,25 0,46 3,10

5 3,25 0,48 3,19

6 3,25 0,50 3,23

7 3,25 0,52 3,45

8 3,25 0,57 3,48

9 3,25 0,62 3,72

10 3,25 0,63 3,64

3

1 3,25 0,40 2,10

2 3,25 0,42 2,13

3 3,25 0,42 2,25

4 3,25 0,44 2,31

5 3,25 0,46 2,45

6 3,25 0,43 2,50

7 3,25 0,45 2,58

8 3,25 0,48 2,20

9 3,25 0,52 2,50

10 3,25 0,55 2,78

11 3,25 0,58 2,76

12 3,25 0,59 3,10

13 3,25 0,61 3,15

14 3,25 0,64 3,34

15 3,25 0,66 3,67

- 65 -


2. Số liệu thí nghiệm khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi bằng phƣơng pháp

gia công khô.

n = 970 vòng/phút ; t = 0,15 mm ; S = 0,1 mm/vòng.

Vật liệu phôi: thép 9XC nhiệt luyện đạt độ cứng 56 ÷ 58 HRC

Vật liệu dao: CBN

Mảnh dao số

Lần cắt Thời gian

cắt (phút)

Ra (µm)

Rz (µm)

Ghi chú

1

1 3,25 0,43 2,91

2 3,25 0,43 2,90

3 3,25 0,45 3,10

4 3,25 0,47 3,07

5 3,25 0,50 3,20

2

1 3,25 0,45 2,50

2 3,25 0,48 2,78

3 3,25 0,50 3,10

4 3,25 0,48 3,15

5 3,25 0,54 3,57

6 3,25 0,56 3,74

7 3,25 0,58 3,65

8 3,25 0,62 3,94

9 3,25 0,66 4,06

10 3,25 0,69 4,20

3

1 3,25 0,44 2,40

2 3,25 0,46 2,58

3 3,25 0,50 2,95

4 3,25 0,51 2,87

5 3,25 0,48 3,10

6 3,25 0,54 3,48

7 3,25 0,56 3,56

8 3,25 0,49 3,25

9 3,25 0,65 3,97

10 3,25 0,67 4,24

11 3,25 0,69 4,78

12 3,25 0,74 4,90

13 3,25 0,76 4,81

14 3,25 0,78 5,07

15 3,25 0,75 4,98

- 66 -


Phụ lục 2: LƢỢNG MÕN MẶT SAU

Thời gian cắt (phút) Lƣợng mòn mặt sau (µm)

Gia công khô Bôi trơn tối thiểu

16,25 11 7

32,5 20 13

48,75 28 19

- 67 -


Phụ lục 3: ẢNH CHỤP MÕN DAO

1. Hình ảnh mặt trƣớc mảnh dao số 1 (hình a) và mảnh dao số 4 (hình b) sau

khi tiện 16,25 phút.

a) Bôi trơn tối thiểu

b) Gia công khô

Hình 1: Mặt trước mảnh dao số 1 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số

4 khi gia công khô (b) sau khi tiện 16,25 phút.

- 68 -


a) Bôi trơn tối

- 69 -


b) Gia công khô



- 70 -


2. Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 (hình a) và mảnh dao số 4 (hình b) sau



b) Gia công khô

Hình 3: Mặt sau mảnh dao số 1 khi bôi trơn tối thiểu (a) và mảnh dao số 4

khi gia công khô (b) sau khi tiện 16,25 phút.

- 71 -



b) Gia công khô



- 72 -



b) Gia công khô



- 73 -





b) Gia công khô



- 74 -



b) Gia công khô



- 75 -



b) Gia công khô



- 76 -





b) Gia công khô



- 77 -



b) Gia công khô



- 78 -



b) Gia công khô



- 79 -





b) Gia công khô



- 80 -



b) Gia công khô



- 81 -



b) Gia công khô



- 82 -





b) Gia công khô



- 83 -



b) Gia công khô



- 84 -



b) Gia công khô



Documents

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬTdulieu.tailieuhoctap.vn/books/luan-van-de-tai/luan-van-de-tai-cao-hoc/... · 12 Hình 1.12 Mài mòn Crater 13 Hình 1.13 Các dạng mài mòn