Tài liệu Nghiên cứu ảnh hướng của bôi trơn làm nguội tối thiểu mql sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép skd11

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN QUYẾT CHIẾN Nghiên cứu ảnh hƣớng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái nguyên, năm 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN QUYẾT CHIẾN Nghiên cứu ảnh hƣớng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 8520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN CB HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS HOÀNG VỊ PGS. TS TRẦN MINH ĐỨC Thái Nguyên, năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Trần Quyết Chiến Học viên: Lớp cao học K18 Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Đơn vị công tác: Xƣởng cơ khí – Trung tâm Thực nghiệm Trƣờng Đại học KTCN Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Trần Minh Đức Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Ngƣời thực hiện Trần Quyết Chiến LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Minh Đức đã hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, thiết kế, thực hiện và đánh giá kết quả thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp -Bộ môn CTM - Khoa Cơ khí, Xƣởng Cơ khí - Trung tâm Thực Nghiệm Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Trần Quyết Chiến i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i MỤC LỤC .................................................................................................................... i Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ...................................................................... iv Danh mục các bảng ..................................................................................................... v Danh mục các hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị .................................................................... vi PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 3 Tổng quan về ảnh hƣởng của MQL dùng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt khi gia công vật liệu cứng ....................................................................................................... 3 1.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) ................................................................ 3 1.1.1 Khái niệm ....................................................................................................3 1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng ........................................................4 1.2. MQL sử dung dung dịch lạnh .......................................................................... 5 1.2.1. Khái niệm về MQL sử dung dung dịch lạnh .............................................5 1.2.2. Phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL....................................5 1.3. Ứng dụng MQL sử dung dung dịch lạnh trong gia công vật liệu cứng .......... 7 1.3.1. Giới thiệu về gia công vật liệu cứng ..........................................................7 1.3.2. Ảnh hƣởng của MQL đến quá trình cắt khi gia công vật liệu cứng ...........8 1.3.3. Ảnh hƣởng của MQL sử dung dung dịch lạnh đến một số thông số của quá trình cắt khi gia công vật liệu cứng, vật liệu khó gia công. .........................12 1.4. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .................................................................... 15 1.4.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài ....................................15 1.4.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc ....................................17 1.5. Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................... 18 CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 19 Nghiên cứu ảnh hƣởng MQL sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay vật liệu cứng ..................................................................................................... 19 2.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 19 2.2. Nhám bề mặt gia công .................................................................................... 19 ii 2.2.1. Khái niệm..................................................................................................... 19 2.2.2. Cấu trúc bề mặt (Surface texture) ................................................................ 20 2.2.3. Kiểm tra nhám bề mặt.................................................................................. 25 2.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công trong gia công vật liệu cứng........................................................................................................................ 27 2.3. Ảnh hƣởng MQL sử dụng dung dịch lạnh đến quá trình cắt khi phay cứng .. 32 2.3.1. Nhiệt cắt ....................................................................................................... 32 2.3.2. Lực cắt ......................................................................................................... 33 2.3.3. Mòn, tuổi bền dụng cụ cắt ........................................................................... 33 2.3.4. Độ nhám....................................................................................................... 34 2.4. Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................... 35 2.4.1. Giới hạn nội dung nghiên cứu ..................................................................... 36 2.4.2. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................. 36 2.4.3. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 36 2.4.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 36 CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 37 Nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................................... 37 3.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 37 3.2. Xây dựng hệ thống thí nghiệm. ...................................................................... 37 3.2.1. Hệ thống thí nghiệm .................................................................................... 37 3.2.1. Chế độ công nghệ ........................................................................................ 39 3.2.3. Triển khai thí nghiệm................................................................................... 40 3.3. Kết quả và thảo luận ....................................................................................... 40 3.3.1. Khi gia công mẫu 1 có độ cứng HRC = 56 ................................................. 40 3.3.1.1. Kết quả ...................................................................................................... 40 iii 3.3.1.2. Thảo luận .................................................................................................. 41 3.3.2. Khi gia công mẫu 2 có độ cứng HRC = 60 ................................................. 42 3.3.2.1. Kết quả ...................................................................................................... 42 3.3.3.2. Thảo luận kết quả...................................................................................... 43 3.4. Kết luận ........................................................................................................... 44 PHẦN KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 46 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 49 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Ký hiệu MQL MQL+CO2 RHVT Đơn vị Bôi trơn làm nguội tối thiểu Bôi trơn làm nguội tối thiểu kết hợp với khí C02 Ống Vortex Ranque – Hilsch RHVT + MQL Ống Vortex Ranque – Hilsch kết hợp với MQL D Cắt khô E Công nghệ tƣới tràn CLBM Chất lƣợng bề mặt V Vận tốc cắt S Lƣợng chạy dao t Chiều sâu cắt mm b Chiều rộng phay mm Pz Thành phần lực cắt tiếp tuyến N Pv Thành phần lực cắt pháp tuyến N Ra, Rz, T vòng/ph mm/v Thông số đánh giá độ nhám bề mặt gia công m Tuổi bền của dụng cụ cắt phút v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Ký hiệu và Cách ghi vết nhám bề mặt ...................................................... 24 Bảng 2.2. bán kính (r), góc dao (k), góc nâng (y) và các giá trị nhám bề mặt ........ 28 Bảng 2.3. Thông số cắt .............................................................................................. 30 Bảng 2.4. Kết quả thí nghiệm và các giá tỷ lệ S/N .................................................... 30 Bảng 2.5: ảnh hưởng của phương pháp làm mát đến nhám bề mặt ......................... 35 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của thép SKD11 ...................................................... 38 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH CHỤP, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Các phương pháp phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt ......................4 Hình 1.2: Phương pháp tạo dung dịc lạnh MQL kết hợp C02 ...................................5 Hình 1.3. Nguyên lý tạo dòng khí lạnh trong ống xoáy Ranque-Hilsch .....................6 Hình 1.4: Nhám và độ sóng bề mặt phụ thuộc vào công nghệ bôi trơn làm nguộivà các thống số cắt ...........................................................................................................9 Hình 1.5: Thông số nhám bề mặt Ra cắt khô và cắt có MQL .....................................9 Hình 1.6: Tuổi bền dụng cụ cắt phụ thuộc vào phương pháp bôi trơn làm nguội và vận tốc cắt .................................................................................................................11 Hình 1.7: Nhám bề mặt phụ thuộc lượng chạy dao và công nghệ bôi trơn (Ra)......11 Hình 1.8: Độ mòn dụng cụ cắt sau 2 m chiều dài, chiều sâu cắt 0,15 mm với vận tốc căt V= 150 m/phút và V =250m/phút........................................................................12 Hình 1.9: Nhiệt vùng cắt phụ thuộc vào vật tốc cắt và chiều sâu cắt .......................13 Hình 1.10: Ảnh hưởng của công nghệ bôi trơn làm nguội đến lực cắt ....................14 Hình 1.11: Mòn dụng cụ cắt 400mm chiều dài cắt với V = 3.1m/s và lượng chạy dao s = 0.055mm/v ....................................................................................................14 Hình 2.1. Mặt cắt ngang cấu trúc bề mặt chi tiết .....................................................20 Hình 2.2. Cấu trúc bề mặt .........................................................................................21 Hình 2.3. Sai lệch trung bình cộng của profin Ra .....................................................22 Hình 2.4. Chiều cao lớn nhất của profin Rz ..............................................................22 Hình 2.5.Ký hiệu bằng hình vẽ cơ bản đối với nhám bề mặt ....................................23 Hình 2.6. Vị trí các yêu cầu bổ sung của nhám bề mặt ............................................23 Hình 2.7: Ví dụ về ghi ký hiệu nhám bề mặt trên bản vẽ kỹ thuật ............................25 Hình 2.8. Phương pháp đo cơ học ............................................................................25 Hình 2.9: Đo trên các bề mặt khác nhau ..................................................................26 Hình 2.10: biểu đồ nhám bề mặt Ra với r, k, y .........................................................29 Hình 2.11. Ảnh hưởng chiều sâu cắt đến nhám bề mặt ...........................................31 Hình 2.12. Ảnh hưởngbôi trơn làm nguội đến nhám bề mặt ....................................31 Hình 2.13. Ảnh hướng thông số cắt và bôi trơn làm nguội đến mòn dụng cụ cắt ...33 vii Hình 2.14: Đồ thị nhám bề mặt MQL và MQL lạnh ................................................34 Hình 3.1. Dao phay mặt đầu Ø50 .............................................................................37 Hình 3.2. Mảnh dao APMT 1604 PDTR LT30 .........................................................37 Hình 3.2. ống xoáy Ranque-Hilsch ...........................................................................38 Hình 3.3. Máy đo nhám Mitutoyo SJ-210 – Nhật bản ..............................................38 Hình 3.5. Đầu phun Noga tạo sương mù ..................................................................39 Hình 3.6. Hệ thống thí nghiệm với đầu phun dung dịch lạnh ...................................39 Hình 3.7. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến lưc Py ...........................................40 Hình 3.8. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến lưc Pz ...........................................40 Hình 3.9. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Rz ........................................41 Hình 3.10. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Ra ......................................41 Hình 3.11.Tuổi bền của dụng cụ cắt phụ thuộc vào chế độ BTLN ...........................41 Hình 3.12. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến đến lưc Py ..................................42 Hình 3.13. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến lưc Pz .........................................42 Hình 3.14. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Ra ......................................43 Hình 3.15. Ảnh hưởng của chế độ trơn nguội đến trị số Rz ......................................43 Hình 3.16. Tuổi bền dụng cụ cắt phụ thuộc vào chế độ BTLN ................................43 Hình 3.17. So sánh tuổi bền dụng cụ cắt với vật liệu có độ cứng HRC = 56 và .....43 HRC = 60 ..................................................................................................................43 Hình 3.18. Hệ thống thí nghiệm ................................................................................59 Hình 3.19: Phay cứng thép SKD11 với mẫu có độ cứng HRC = 56; .......................59 sử dụng dung dịch lạnh .............................................................................................59 Hình 3.20: Thu thập dữ liệu ......................................................................................60 1 PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay ngành cơ khí đang ngày càng phát triển và không ngừng tạo ra những sản phẩm có độ chính xác ngày càng cao nhằm mục đích nội địa hóa các sản phẩm cơ khí phục vụ cho quá trình sản xuất. Đáp ứng đƣợc các yếu tố về kinh tế kỹ thuật bên cạnh đó không gây ô nhiễm tới môi trƣờng. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minimum Quantity Lubrication-viết tắt MQL) ngoài việc thân thiện với môi trƣờng, còn có nhiều ƣu điểm nổi bật khác nhƣ hiệu quả bôi trơn cao, ma sát trong vùng cắt giảm do đó làm giảm lực cắt, nhiệt cắt, độ mòn của dụng cụ v.v. Nhƣợc điểm cơ bản của MQL là khả năng làm nguội bị hạn chế, nhiệt cắt truyền vào phoi, vào chi tiết gia công lớn. Do đó, việc ứng dụng công nghệ MQL trong sản xuất còn một số hạn chế. Đặc biệt trong gia công vật liệu cứng, độ bền cao; vật liệu khó gia công, v.v. Để khắc phục tồn tại này, một hƣớng nghiên cứu mới đang đƣợc quan tâm đó là MQL phối hợp với làm nguội tích cực nghĩa là MQL sử dụng dòng khí lạnh trộn với dung dịch trơn nguội để tạo ra dòng dung dịch dƣới dạng sƣơng mù nhiệt độ thấp để phun trực tiếp vào vùng cắt (gọi chung là MQL sử dụng dung dịch lạnh). MQL sử dụng dung dịch lạnh là một giải pháp mới đang đƣợc quan tâm nghiên cứu, ứng dụng trong gia công vật liệu nói chung và đặc biệt trong gia công vật liệu cứng, vật liệu khó gia công... Gia công vật liệu cứng bằng dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định thƣờng là gia công tinh và là giải pháp nhằm thay thế một phần cho nguyên công mài. Vì vậy việc sử dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh sẽ góp phần làm giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt... do đó làm giảm độ mòn dao, tăng tuổi bền dụng cụ cắt ... Phay vật liệu cứng sau nhiệt luyện một phần thay thế cho nguyên công mài. Hiện nay công nghệ gia công vật liệu cứng bằng dụng cụ cắt xác định bƣớc đầu đƣợc sử dụng khá phổ biến ở nƣớc ta. Việc nghiên cứu ứng dụng MQL sử dụng dung dịch lạnh vào qúa trình gia công vật liệu cứng nếu làm giảm đƣợc nhiệt cắt, giảm lực cắt, nâng cao tuổi bền dụng cụ cắt, nâng cao chất lƣợng bề mặt gia công thì sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. 2 Từ cơ sở trên, tác giả chọn đề tài nghiên cứu : “Nghiên cứu ảnh hướng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguôi tối thiểu (MQL) sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công khi phay cứng thép SKD11. Đối tƣợng nghiên cứu Các ảnh hƣởng của MQL dung dịch lạnh đến chất lƣợng bề mặt (nhám bề mặt), tuổi bền dụng cụ cắt khi phay cứng thép SKD11 sau nhiệt luyện (HRC=56-60) bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC APMT 1604 PDTR LT30. Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan về công nghệ MQL, Thiết bị tạo dung dịch lạnh; MQL sử dụng dung dịch lạnh; gia công vật liệu cứng v.v. Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến một số hiện tƣợng vật lý xảy ra trong vùng cắt, đến kết quả quả của quá trình cắt, chất lƣợng bề mặt gia công. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến nhám bề mặt gia công, tuổi bền dụng cụ cắt. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học: Bổ sung thêm một phần lý thuyết về MQL sử dụng dung dịch lạnh, về ảnh hƣởng của MQL sử dụng dung dịch lạnh đến một số hiện tƣợng vật lý xảy ra trong vùng cắt khi gia công vật liệu cứng. Ý nghĩa thực tiễn: Đề xuất đƣợc giải pháp và thông số công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công vật liệu cứng phục vụ thực tiễn sản xuất ở nƣớc ta hiện nay. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA MQL DÙNG DUNG DỊCH LẠNH ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU CỨNG 1.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) 1.1.1. Khái niệm Khái niệm bôi trơn làm nguội tổi thiểu (Minimum quantity lubrication MQL) đã đƣợc đề xuất một thập kỷ trƣớc đây nhƣ là môt giải pháp để giải quyết vấn đề về môi trƣờng và nguy cơ mắc các bệnh nghề nghiệp liên quan đến chất bôi trơn làm nguội. Giảm thiểu chất bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt dẫn đến lợi ích kinh tế bởi tiết kiệm chi phí xử lý chất thải. Giảm thời gian làm sạch phôi, dụng cụ cắt và máy. Kỹ thuật MQL là phun sƣơng hoặc dƣới dạng tia một số lƣợng rất nhỏ các chất bôi trơn, thông thƣờng lƣu lƣợng 50 – 500ml/h cùng với áp lực khí hƣớng vào vùng cắt (Autret và Liang, 2003). Phun các chất bôi trơn làm nguội bao gồm một hoặc nhiều vòi phun. Có hai loại hệ thống phun cơ bản MQL (Hình 1.1). Phun ngoài và phun thông qua trục chính máy. Hệ thống phun bên ngoài bao gồm có một thùng hay một bể chứa dung dịch làm mát, hệ thống kết nối với các ống đƣợc trang bị một hoặc nhiều vòi phun. Hệ thống này có thể đƣợc lắp ráp gần hoặc trên máy và có thể điều chỉnh một cách độc lập áp ruất khí, lƣu lƣợng nƣớc làm mát cung cấp vào vùng cắt (Hình 1.1a). Không tốn chi phí đầu từ, di động và phù hợp hầu hết cho các quá trình gia công [17]. Hệ thống phun qua dụng cụ cắt, dầu và không khí đƣợc trộn lẫn bên ngoài chảy qua đƣờng ống của trục chính và dụng cụ cắt (Hình 1.1b) [17]. Những thông số cơ bản của công nghệ MQL ảnh hƣởng đết quá trình và kết quả gia công gồm: loại dung dịch trơn nguội, lƣu lƣợng, áp suất phun, phƣơng pháp phun (tƣới) dung dịch vào vùng cắt (dạng sƣơng mù hay chùm tia chất lỏng), vị trí 4 đặt vòi phun (vào mặt trƣớc hay mặt sau của dao,v.v.), khoảng cách phun, phƣơng pháp gia công (cắt hở, nửa kín hay cắt kín),v.v. a. MQL phun ngoài b. MQL phun qua dụng cụ cắt Hình 1.1: Các phương pháp phun dung dịch trơn nguội vào vùng cắt 1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng Ƣu điểm: Phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu đƣa dung dịch bôi trơn làm nguội áp suất cao vào vùng cắt nên có các ƣu điểm sau. - Hiệu quả bôi trơn – làm nguội cao, rất tiết kiệm dung dịch trơn nguội và đặc biệt là không gây ô nhiểm môi trƣờng. - Giảm ma sát, nhiệt vùng cắt, giảm lƣợng mòn dao, giảm hiện tƣợng lẹo dao do đó cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia công. - Môi trƣờng làm việc sạch, phoi sạch. - Tiết kiệm chi phí do tiết kiệm đƣợc dung dịch trơn nguội và tiết kiệm chi phí xử lý chất thải công nghiệp. Nhƣợc điểm: - Khó vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công. - Nhiệt độ chi tiết cao. Phạm vi ứng dụng: 5 MQL đƣợc sử dụng cho hầu hết các phƣơng pháp gia công bằng dụng cụ cắt có lƣỡi cắt xác định. Ngoài ra, MQL còn đƣợc sử dụng đối với một số phƣơng pháp gia công mà phƣơng pháp tƣới tràn không sử dụng đƣợc nhƣ khi tiện cứng, phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC, v.v. [12, 13, 14, 15]. 1.2.MQL sử dung dung dịch lạnh 1.2.1. Khái niệm về MQL sử dung dung dịch lạnh MQL phối hợp với làm nguội tích cực với một số giải pháp nhƣ dùng dòng khí lạnh phun trực tiếp vào vùng cắt hoặc dùng dòng khí lạnh trộn với dung dịch trơn nguội để tạo ra dòng dung dịch dƣới dạng sƣơng mù nhiệt độ thấp,v.v. (MQL dùng dung dịch lạnh) 1.2.2. Phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL Có một số phƣơng pháp tạo dung dịch lạnh dùng trong MQL nhƣ sau: MQL kết hợp khí C02, ống xoáy Vortex Ranque – Hilsch (RHVT)… a. Phương pháp MQL kết hợp khí C02. Cấu tạo vòi phun MQL kết hợp khí C02. Giữa thân vòi phun trung tâm là MQL và các khí còn lại nằm ở bên sƣờn vòi phun (Hình 1.2). Dòng khí đi vào trung tâm vòi phun mang theo khí C02 từ hệ thống vòi phun bên sƣờn. Ở đầu ra vòi phun trung tâm giống nhƣ một buồng trộn nội bộ, trỗn lẫn dung dịch làm mát và khí C02. Khí C02 đƣợc đẩy đi dƣới áp lực của đầu phun MQL. Hình 1.2: Phương pháp tạo dung dịc lạnh MQL kết hợp C02 6 Ƣu điểm: - Nhiệt độ dung dịch bôi trơn làm nguội có thể đạt đến 780 C . Nhƣợc điểm: - Chi phí đầu tƣ ban đầu của hệ thống lớn. - Quá trình trỗn lẫn dung dịch ở đầu hệ thống phụ thuộc vào áp ruất khí MQL và khí CO2 [20]. b. Ống Vortex Ranque – Hilsch (RHVT) Ống Vortex Ranque – Hilsch [gọi tắt là hiệu ứng „Ống xoáy‟] là thiết bị tạo ra dòng khí lạnh và nóng đƣợc tách từ một dòng khí nén duy nhất. Ống Ranque – Hilsch đƣợc phát minh bởi Ranque năm 1933 và đƣợc cải tiến bởi Hilsch vào năm 1947 [2]. Sơ đồ nguyên lý tạo khí lạnh ở (Hình 1.3). Hình 1.3. Nguyên lý tạo dòng khí lạnh trong ống xoáy Ranque-Hilsch Dòng khí nén đƣợc đƣa vào cửa 1 theo phƣơng tiếp tuyến với thành ống và tạo nên dòng xoáy thuận 2 trong thành ống đi về phía cửa nóng có van điều chỉnh 4. Tại đây, dòng xoáy khí gặp van 4, một phần khí nóng 3 thoát ra ngoài, phần còn lại bị phản xạ tạo dòng xoáy ngƣợc về phía cửa lạnh 5. Van 4 điều chỉnh sự cân bằng giữa lƣợng khí nóng thoát ra và lƣợng khí đƣợc đẩy ngƣợc lại. Hai dòng khí nóng và lạnh này đƣợc mô tả trong mô hình ống Ranque-Hilsch (Hình 1.3). Sự thay đổi nhiệt độ giữa các luồng không khí nóng và lạnh phụ thuộc các thông số nhƣ áp suất khí nén, nhiệt độ môi trƣờng, các đặc tính hình học của ống,v.v. [2]. 7 Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng: - Ƣu điểm nổi bật của đầu phun khí lạnh theo hiệu ứng “ống xoáy” là kết cấu đơn giản, hiệu suất làm việc cao, không cần điện, không cần bảo dƣỡng, sử dụng an toàn,v.v. [2] nên ngoài việc ứng dụng vào công nghệ bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt thì thiết bị này còn đƣợc sử dụng vào nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhƣ để làm nguội các thiết bị công nghiệp, sử dụng dòng khí nóng để sấy khô linh kiện điện tử, làm nóng các sản phẩm,v.v. Nhƣợc điểm: - Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng - Cơ chế vật lý của việc tách nhiệt vẫn chƣa đƣợc giải quyết hoàn toàn Phạm vi ứng dụng: Việc tách khí lạnh và nóng bằng cách sử dụng các nguyên lý của ống xoáy có thể đƣợc áp dụng cho các ứng dụng công nghiệp nhƣ thiết bị làm mát trong máy CNC, tủ lạnh, bộ tản nhiệt, quá trình gia nhiệt… ống xoáy thích hợp cho các ứng dụng này vì kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, nhẹ, yên tĩnh và không sử dụng chất làm lạnh Freon hoặc chất làm lạnh khác (CFCs / HCFCs). Ống xoáy không có bộ phận chuyển động cho nên không bị vỡ hoặc mòn dẫn đến cần ít sự bảo trì [7]. 1.3. Ứng dụng MQL sử dung dung dịch lạnh trong gia công vật liệu cứng 1.3.1. Giới thiệu về gia công vật liệu cứng Gia công cứng (gia công vật liệu cứng) là một công nghệ mới đƣợc áp dụng để gia công các vật liệu có độ cứng trong khoảng từ 45-75 HRC, sử dụng các dụng cụ có lƣỡi cắt xác định để gia công. Và thƣờng đƣợc quan tâm nhiều nhất là các vật liệu có độ cứng từ 58-60 HRC. Đối tƣợng trong gia công cứng bao gồm các loại hợp kim có độ cứng khác nhau, thép dụng cụ, thép cứng, siêu hợp kim, thép thấm ni tơ, thép phủ crom và các chi tiết đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp luyện kim bột. Gia công cứng chủ yếu đƣợc dùng để gia công tinh và bán tinh các chi tiết máy nhằm đạt đƣợc độ chính xác về kích thƣớc, hình dáng và chất lƣợng bề mặt. 8 Gia công cứng đƣợc giới thiệu rộng rãi vào khoảng giữa năm 1980 với phƣơng pháp gia công đầu tiên là tiện cứng. Kể từ đó đến nay gia công cứng đã có những bƣớc phát triển đáng kể với nhiều phƣơng pháp gia công khác nhau nhƣ: phay cứng, doa cứng, chuốt cứng và nhiều phƣơng pháp gia công cứng khác. Ngày nay với các máy công cụ có độ cứng vững cao và sử dụng các loại vật liệu siêu cứng để làm phần cắt của dụng cụ, đồng thời thân dụng cụ đƣợc thiết kế đặc biệt đã cho phép gia công cứng đƣợc thực hiện một cách dễ dàng và áp dụng khá phổ biến trong gia công cắt gọt. Thông thƣờng mài là phƣơng pháp gia công các vật liệu cứng đƣợc sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, có thể dùng phƣơng pháp gia công cứng (tiện cứng, phay cứng, doa cứng) để thay cho phƣơng pháp mài. Tiện cứng là phƣơng pháp gia công cứng đầu tiên đƣợc ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô. Ngƣời ta dùng tiện cứng để thay cho mài khi gia công các bề mặt lắp ghép của bánh răng, ổ bi bằng cách sử dụng dao tiện gắn mảnh cắt đƣợc làm từ Nitrit Bo lập phƣơng tinh thể (Polycrystalline Cubic Boron Nitride - PCBN) [24]. 1.3.2. Ảnh hƣởng của MQL đến quá trình cắt khi gia công vật liệu cứng a. Ảnh hưởng của MQL đến quá trình cắt khi gia công vật liệu thông thường. Chất lƣợng bề mặt là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy. Các thí nghiệm đƣợc thực hiện trên vật liệu thép C45 (AISI 1045) có đƣờng kính 60mm với chiều dài cho mỗi lần cắt là 15mm. Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm, để đảm bảo độ đồng đều bề mặt cho các vật mẫu sẽ đƣợc gia công trƣớc 1mm. Để giảm thiểu ảnh hƣởng của dụng cụ cắt trong quá trình thí nghiệm mỗi thí nghiệm sử dụng một dụng cụ cắt mới. Các công nghệ bôi trơn làm mát đƣợc ứng dụng trong thí nghiêm gồm có: D – Cắt khô, E – công nghệ tƣới tràn, MQL – Công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu. So sánh các trị số của tham số Ra phụ thuộc vào công nghệ làm mát giá trị thấp nhất đối với công nghệ MQL vì giảm ma sát giữa bề mặt gia công với dụng cụ cắt dẫn đến ổn định lực cắt và hạn chế rung động của hệ thống công nghệ. Kết quả